JP2695092B2 - 超格子受光素子 - Google Patents
超格子受光素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、長波長領域まで感度を
有し、高速動作が可能な超格子受光素子に関する。
有し、高速動作が可能な超格子受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、１．７μｍ以上の長波長帯の光を
受光する受光素子としては、ＩｎＡｓ基板、或いはこの
上に成長したＩｎＡｓエピタキシャル結晶を用いた受光
素子が用いられている。ＩｎＡｓを受光層とした受光素
子は、そのバンドギャップエネルギーが０．３５ｅＶで
あり、３μｍ以上の波長の光に対しても感度を有する
が、バンドギャップが小さいために室温ではノイズが多
く、冷却して使う必要があった。
受光する受光素子としては、ＩｎＡｓ基板、或いはこの
上に成長したＩｎＡｓエピタキシャル結晶を用いた受光
素子が用いられている。ＩｎＡｓを受光層とした受光素
子は、そのバンドギャップエネルギーが０．３５ｅＶで
あり、３μｍ以上の波長の光に対しても感度を有する
が、バンドギャップが小さいために室温ではノイズが多
く、冷却して使う必要があった。
【０００３】一方、１〜１．６μｍ帯の波長に感度を有
する受光素子としては、ＩｎＰ基板上に成長させＩｎＰ
に格子整合したＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ結晶を受光層とす
る受光素子が一般的に用いられている。ＧａＩｎＡｓ結
晶の室温でのバンドギャップエネルギーは０．７４ｅＶ
であり、１．７μｍ程度までの波長の光に対して感度を
有する。また、ＧａＩｎＡｓは高い電子移動度を有する
ため、キャリアの走行時間が問題となるような超高速受
光素子を作成した場合に、その特性を十分に発揮する。
する受光素子としては、ＩｎＰ基板上に成長させＩｎＰ
に格子整合したＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ結晶を受光層とす
る受光素子が一般的に用いられている。ＧａＩｎＡｓ結
晶の室温でのバンドギャップエネルギーは０．７４ｅＶ
であり、１．７μｍ程度までの波長の光に対して感度を
有する。また、ＧａＩｎＡｓは高い電子移動度を有する
ため、キャリアの走行時間が問題となるような超高速受
光素子を作成した場合に、その特性を十分に発揮する。
【０００４】ここで、Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ結晶につい
て説明する。Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ結晶は、そのｘの値
によりバンドキャップ、電子移動度などの特性が変化す
る。ｘの値が大きいほど、バンドギャップが小さくな
り、受光層として用いた場合に長い波長まで吸収できる
ようになる。また、ｘの値が大きくなるほど電子の質量
が軽くなり電子の移動度が増加する。ＧａＩｎＡｓ結晶
はＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓなる組成において、格子定数が
ＩｎＰ結晶と等しくなり、格子欠陥が入ることなくＩｎ
Ｐ結晶上に成長できる。このため、通常、１．３μｍ
帯、１．５５μｍ帯などの光通信など、１．７μｍ以下
の波長の光を受光する受光素子にはＩｎｐ基板に格子整
合したＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ結晶が用いられている。
て説明する。Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ結晶は、そのｘの値
によりバンドキャップ、電子移動度などの特性が変化す
る。ｘの値が大きいほど、バンドギャップが小さくな
り、受光層として用いた場合に長い波長まで吸収できる
ようになる。また、ｘの値が大きくなるほど電子の質量
が軽くなり電子の移動度が増加する。ＧａＩｎＡｓ結晶
はＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓなる組成において、格子定数が
ＩｎＰ結晶と等しくなり、格子欠陥が入ることなくＩｎ
Ｐ結晶上に成長できる。このため、通常、１．３μｍ
帯、１．５５μｍ帯などの光通信など、１．７μｍ以下
の波長の光を受光する受光素子にはＩｎｐ基板に格子整
合したＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ結晶が用いられている。
【０００５】ｘの値を、０．５３からずらしていくと、
Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓの格子定数（ａ1 ）とＩｎＰの格
子定数（ａ0 ）とが異なってくる。（ａ1 −ａ0 ）／ａ
0を格子不整量と呼ぶ。格子不整合がある結晶を成長さ
せていくと、ある程度の厚みまでは格子の歪みによる転
位が発生することなく成長するが、ある厚みを越えると
結晶に転位が発生し歪を緩和する。この厚みを臨界膜厚
と呼ぶ。転位が発生すると、これが電子の散乱中心とな
って、電気的特性が劣化してしまう。臨界膜厚以内の歪
んだＧａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ結晶を利用したデバイスとし
ては、ｘ＞０．５３として移動度の増大をねらった psu
domorphic HEMT などがある。このデバイスの場合、Ｇ
ａ(1-x) Ｉｎx Ａｓは電子が走行するのに十分な厚み、
即ち１０ｎｍ程度でよい。従って、ｘ＝０．８程度の組
成のＧａ(1-x) Ｉｎx Ａｓを転位の入らない厚みで用い
ることができ、素子の動作速度の向上が得られる。
Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓの格子定数（ａ1 ）とＩｎＰの格
子定数（ａ0 ）とが異なってくる。（ａ1 −ａ0 ）／ａ
0を格子不整量と呼ぶ。格子不整合がある結晶を成長さ
せていくと、ある程度の厚みまでは格子の歪みによる転
位が発生することなく成長するが、ある厚みを越えると
結晶に転位が発生し歪を緩和する。この厚みを臨界膜厚
と呼ぶ。転位が発生すると、これが電子の散乱中心とな
って、電気的特性が劣化してしまう。臨界膜厚以内の歪
んだＧａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ結晶を利用したデバイスとし
ては、ｘ＞０．５３として移動度の増大をねらった psu
domorphic HEMT などがある。このデバイスの場合、Ｇ
ａ(1-x) Ｉｎx Ａｓは電子が走行するのに十分な厚み、
即ち１０ｎｍ程度でよい。従って、ｘ＝０．８程度の組
成のＧａ(1-x) Ｉｎx Ａｓを転位の入らない厚みで用い
ることができ、素子の動作速度の向上が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、受光素子の受
光層（光吸収層）として用いる場合、Ｇａ(1-x) Ｉｎx
Ａｓの厚みは、光を吸収するのに十分な厚みとして１μ
ｍ以上が必要である。ｘが０．５３から離れている場
合、転位を発生させることなく、このような厚い結晶を
成長させることは不可能である。換言すれば、ＧａＩｎ
Ａｓ層だけで受光層を形成した場合には、そのバンドギ
ャップエネルギーより小さなエネルギーを持つ波長、つ
まり波長１．７μｍ以上の光を検出できなかった。
光層（光吸収層）として用いる場合、Ｇａ(1-x) Ｉｎx
Ａｓの厚みは、光を吸収するのに十分な厚みとして１μ
ｍ以上が必要である。ｘが０．５３から離れている場
合、転位を発生させることなく、このような厚い結晶を
成長させることは不可能である。換言すれば、ＧａＩｎ
Ａｓ層だけで受光層を形成した場合には、そのバンドギ
ャップエネルギーより小さなエネルギーを持つ波長、つ
まり波長１．７μｍ以上の光を検出できなかった。
【０００７】本発明は上記問題点を解決すべくなされた
ものであり、その目的は、比較的大面積の基板が容易に
得られるＩｎＰ結晶を基板として、１．７μｍ以上の波
長を室温でも検出できる超格子受光素子を提供すること
にある。
ものであり、その目的は、比較的大面積の基板が容易に
得られるＩｎＰ結晶を基板として、１．７μｍ以上の波
長を室温でも検出できる超格子受光素子を提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる超格子受
光素子は、ＩｎＰ基板上に、Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層（０
＜ｘ＜０．５２）とＧａ(1-y)ＩｎyＡｓ層（１＞ｙ＞
０．５４）とを交互に積層させて超格子構造を形成し、
各層の厚みが、各層の歪量に対する臨界膜厚以下であ
り、かつ、平均した格子定数が、ＩｎＰ基板の格子定数
に対して±０．１％以内に格子整合させている光吸収層
と、光吸収層の上に形成されたＡｌＩｎＡｓショットキ
ーバリア層と、ショットキーバリア層の上に形成された
一対のショットキー電極とを、備えるＭＳＭ型の受光素
子であることを特徴とするものである。
光素子は、ＩｎＰ基板上に、Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層（０
＜ｘ＜０．５２）とＧａ(1-y)ＩｎyＡｓ層（１＞ｙ＞
０．５４）とを交互に積層させて超格子構造を形成し、
各層の厚みが、各層の歪量に対する臨界膜厚以下であ
り、かつ、平均した格子定数が、ＩｎＰ基板の格子定数
に対して±０．１％以内に格子整合させている光吸収層
と、光吸収層の上に形成されたＡｌＩｎＡｓショットキ
ーバリア層と、ショットキーバリア層の上に形成された
一対のショットキー電極とを、備えるＭＳＭ型の受光素
子であることを特徴とするものである。
【０００９】または、ＩｎＰ基板上に、Ｇａ(1-x)Ｉｎx
Ａｓ層（０＜ｘ＜０．５２）とＧａ(1-y)ＩｎyＡｓ層
（１＞ｙ＞０．５４）とを交互に積層させて超格子構造
を形成し、各層の厚みが、各層の歪量に対する臨界膜厚
以下であり、かつ、平均した格子定数が、ＩｎＰ基板の
格子定数に対して±０．１％以内に格子整合させている
光吸収層を備え、この層の一部に、ｐ型及びｎ型に不純
物をイオン注入した領域を有し、この各領域にそれぞれ
ｐ型及びｎ型のオーミック電極を有するＰＩＮフォトダ
イオード型の横形受光素子であることを特徴とするもの
でもよい。
Ａｓ層（０＜ｘ＜０．５２）とＧａ(1-y)ＩｎyＡｓ層
（１＞ｙ＞０．５４）とを交互に積層させて超格子構造
を形成し、各層の厚みが、各層の歪量に対する臨界膜厚
以下であり、かつ、平均した格子定数が、ＩｎＰ基板の
格子定数に対して±０．１％以内に格子整合させている
光吸収層を備え、この層の一部に、ｐ型及びｎ型に不純
物をイオン注入した領域を有し、この各領域にそれぞれ
ｐ型及びｎ型のオーミック電極を有するＰＩＮフォトダ
イオード型の横形受光素子であることを特徴とするもの
でもよい。
【００１０】また、Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層（０＜ｘ＜
０．５２）及びＧａ(1-y)ＩｎyＡｓ層（１＞ｙ＞０．５
４）は、ＩｎＰ基板上に、有機金属気相成長法、或い
は、分子線成長法を用いて形成することが望ましい。
０．５２）及びＧａ(1-y)ＩｎyＡｓ層（１＞ｙ＞０．５
４）は、ＩｎＰ基板上に、有機金属気相成長法、或い
は、分子線成長法を用いて形成することが望ましい。
【００１１】
【作用】Ｇａ(1-y) Ｉｎy Ａｓ層（１＞ｙ＞０．５４）
とＧａ(1-y) Ｉｎy Ａｓ層（１＞ｙ＞０．５４）との間
に、Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ層（０＜ｘ＜０．５２）を介
在させることにより、Ｇａ(1-y) Ｉｎy Ａｓ層の膜厚を
臨界膜厚以下に抑えることができる。従って、このＧａ
(1-x) Ｉｎx Ａｓ層は転位防止層として機能する。
とＧａ(1-y) Ｉｎy Ａｓ層（１＞ｙ＞０．５４）との間
に、Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ層（０＜ｘ＜０．５２）を介
在させることにより、Ｇａ(1-y) Ｉｎy Ａｓ層の膜厚を
臨界膜厚以下に抑えることができる。従って、このＧａ
(1-x) Ｉｎx Ａｓ層は転位防止層として機能する。
【００１２】また、入射した光は一層おきに存在する各
Ｇａ(1-y) Ｉｎy Ａｓ層によってそれぞれ吸収されるた
め、この光吸収層全体では、実効的にｘ＞０．５３のＧ
ａ(1-x) Ｉｎx Ａｓの特性が得られる。
Ｇａ(1-y) Ｉｎy Ａｓ層によってそれぞれ吸収されるた
め、この光吸収層全体では、実効的にｘ＞０．５３のＧ
ａ(1-x) Ｉｎx Ａｓの特性が得られる。
【００１３】さらに、ＭＳＭ型又はＰＩＮフォトダイオ
ード型の横形受光素子とすることにより、超格子構造に
平行にキャリアが流れる。
ード型の横形受光素子とすることにより、超格子構造に
平行にキャリアが流れる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例として有機金属気相成長（Ｏ
ＭＶＰＥ）法をもちいて、光導伝型の超格子受光素子を
作製する例について説明する。
ＭＶＰＥ）法をもちいて、光導伝型の超格子受光素子を
作製する例について説明する。
【００１５】図１（ａ）に光導伝型の超格子受光素子１
を示す。基板２としては、Ｆｅをドーピングして高抵抗
化したＩｎＰを用いている。この基板２の上に光吸収層
３を形成するには、先ず、基板２をＯＭＶＰＥ装置の反
応炉に入れ、水素（Ｈ2 ）とホスフィン（ＰＨ3 ）の混
合気中で６５０℃まで加熱する。このあと、ガスを水素
とアルシン（ＡｓＨ3 ）の混合気に切り替えて、すぐ
に、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）を導入する。このときの、ＴＥＧとＴＭ
Ｉの流量比でＧａ(1-x) Ｉｎx Ａｓのｘが決定される。
実際の流量を表１に示す。
を示す。基板２としては、Ｆｅをドーピングして高抵抗
化したＩｎＰを用いている。この基板２の上に光吸収層
３を形成するには、先ず、基板２をＯＭＶＰＥ装置の反
応炉に入れ、水素（Ｈ2 ）とホスフィン（ＰＨ3 ）の混
合気中で６５０℃まで加熱する。このあと、ガスを水素
とアルシン（ＡｓＨ3 ）の混合気に切り替えて、すぐ
に、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）を導入する。このときの、ＴＥＧとＴＭ
Ｉの流量比でＧａ(1-x) Ｉｎx Ａｓのｘが決定される。
実際の流量を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１で示すように、光吸収層３のａ層４の
厚み１５ｎｍは、歪量１．５％に対する臨界膜厚３００
オングストローム（R.People and J.C.Bean, Appl.Phy
s.Lett 47 322 ）より薄くしてある。また、ｂ層５の厚
みも１５ｎｍであり、歪は反対方向にやはり１．５％と
してある。超格子構造全体から得られる平均の格子定数
は、ａ，ｂ両層の弾性定数が等しいとして、 ａav＝（ａa ・ｈa ＋ａb ・ｈb ）／（ｈa ＋ｈb ） で現される。ここで、ａa 及びａb は、それぞれａ層４
及びｂ層５の格子定数（単位：オングストローム）であ
り、また、ｈa 及びｈb は、それぞれａ層４及びｂ層５
の厚み（単位：ｎｍ）である。
厚み１５ｎｍは、歪量１．５％に対する臨界膜厚３００
オングストローム（R.People and J.C.Bean, Appl.Phy
s.Lett 47 322 ）より薄くしてある。また、ｂ層５の厚
みも１５ｎｍであり、歪は反対方向にやはり１．５％と
してある。超格子構造全体から得られる平均の格子定数
は、ａ，ｂ両層の弾性定数が等しいとして、 ａav＝（ａa ・ｈa ＋ａb ・ｈb ）／（ｈa ＋ｈb ） で現される。ここで、ａa 及びａb は、それぞれａ層４
及びｂ層５の格子定数（単位：オングストローム）であ
り、また、ｈa 及びｈb は、それぞれａ層４及びｂ層５
の厚み（単位：ｎｍ）である。
【００１８】ａ層４、ｂ層５の各々の厚みが臨界膜厚以
下であり、超格子構造となる光吸収層３全体の厚みが、
格子不整量（ａav−ａ0 ）／ａ0 で表される臨界膜厚よ
りも薄ければ、転位が発生することはない。光吸収層に
用いるためには、１μｍ程度以上の厚みが必要であるの
で、臨界膜厚１μｍ以上とするために、数１の条件を満
すことが必要である。
下であり、超格子構造となる光吸収層３全体の厚みが、
格子不整量（ａav−ａ0 ）／ａ0 で表される臨界膜厚よ
りも薄ければ、転位が発生することはない。光吸収層に
用いるためには、１μｍ程度以上の厚みが必要であるの
で、臨界膜厚１μｍ以上とするために、数１の条件を満
すことが必要である。
【００１９】
【数１】
【００２０】この実施例では、ａ層４とｂ層５とを５０
周期繰り返して、１．５μｍ厚の超格子構造を成長させ
た。超格子構造の成長を終了した時点で、ＴＥＧとＴＭ
Ｉの供給を停止し、アルシンと水素の混合気中で冷却し
たあと、反応炉から取り出す。
周期繰り返して、１．５μｍ厚の超格子構造を成長させ
た。超格子構造の成長を終了した時点で、ＴＥＧとＴＭ
Ｉの供給を停止し、アルシンと水素の混合気中で冷却し
たあと、反応炉から取り出す。
【００２１】最後に、この光吸収層３の上に、対向する
一対の櫛形電極６ａ，６ｂを蒸着してオーミック電極を
形成する。蒸着金属としてＡｕＧｅを用い、蒸着後４０
０℃で合金化する。
一対の櫛形電極６ａ，６ｂを蒸着してオーミック電極を
形成する。蒸着金属としてＡｕＧｅを用い、蒸着後４０
０℃で合金化する。
【００２２】ここで、光吸収層３を構成する超格子構造
結晶の特性について説明する。図２に、この超格子構造
結晶の光吸収のスペクトルを示す。通常、ＩｎＰ結晶に
格子整合する組成のＧａo.47Ｉｎ0.53Ａｓでは、１．７
μｍ以上の波長の光を吸収しないのに対して、この超格
子構造結晶では２μｍ近い波長の光まで吸収している。
１．９８μｍおよび１．７８μｍに見える吸収のピーク
は、それぞれ、電子が２次元的な井戸層に量子的に閉じ
込められた効果により生じた準位を表しており、超格子
構造が形成されていることが確認できる。このように、
この超格子構造は、２μｍ帯の波長の長い光に対しても
感度を有する。
結晶の特性について説明する。図２に、この超格子構造
結晶の光吸収のスペクトルを示す。通常、ＩｎＰ結晶に
格子整合する組成のＧａo.47Ｉｎ0.53Ａｓでは、１．７
μｍ以上の波長の光を吸収しないのに対して、この超格
子構造結晶では２μｍ近い波長の光まで吸収している。
１．９８μｍおよび１．７８μｍに見える吸収のピーク
は、それぞれ、電子が２次元的な井戸層に量子的に閉じ
込められた効果により生じた準位を表しており、超格子
構造が形成されていることが確認できる。このように、
この超格子構造は、２μｍ帯の波長の長い光に対しても
感度を有する。
【００２３】また、この結晶の電気特性をホール効果に
よって評価した。この結果、残留キャリア密度２×１０
15ｃｍ-3で、移動度１２，０００ｃｍ2 ／Ｖｓが得られ
た。この値は、同様にして成長したＩｎＰ結晶に格子結
晶整合するＧａ0.47Ｉｎ０．５３Ａｓより大きな値であ
る。このことは、この超格子結晶の転位密度が十分に小
さく、受光素子の光吸収層（受光層）に適用可能である
ことを示している。
よって評価した。この結果、残留キャリア密度２×１０
15ｃｍ-3で、移動度１２，０００ｃｍ2 ／Ｖｓが得られ
た。この値は、同様にして成長したＩｎＰ結晶に格子結
晶整合するＧａ0.47Ｉｎ０．５３Ａｓより大きな値であ
る。このことは、この超格子結晶の転位密度が十分に小
さく、受光素子の光吸収層（受光層）に適用可能である
ことを示している。
【００２４】また、他の実施例として、分子線結晶成長
（ＭＢＥ）法を用いてＭＳＭ型の超格子受光素子を作製
する方法ついて説明する。
（ＭＢＥ）法を用いてＭＳＭ型の超格子受光素子を作製
する方法ついて説明する。
【００２５】図３（ａ），（ｂ）にこの方法で製作した
超格子受光素子７を示す。基板８としては、Ｆｅをドー
ピンクして高抵抗下したＩｎＰを用いている。基板８を
ＭＢＥ装置に導入した後、Ａｓ分子線を当てながら５０
０℃まで昇温する。ＭＢＥにおいては、Ｇａの分子線強
度ＦｇａとＩｎの分子線強度Ｆinの比を調整することに
よりｘの値を振ることができる。例えば表２に示す条件
で、ａ層９、ｂ層１０を成長させ、光吸収層１１を形成
する。
超格子受光素子７を示す。基板８としては、Ｆｅをドー
ピンクして高抵抗下したＩｎＰを用いている。基板８を
ＭＢＥ装置に導入した後、Ａｓ分子線を当てながら５０
０℃まで昇温する。ＭＢＥにおいては、Ｇａの分子線強
度ＦｇａとＩｎの分子線強度Ｆinの比を調整することに
よりｘの値を振ることができる。例えば表２に示す条件
で、ａ層９、ｂ層１０を成長させ、光吸収層１１を形成
する。
【００２６】
【表２】
【００２７】この光吸収層１１は、ａ層９、ｂ層１０を
１００周期繰り返して２μｍ厚の超格子構造に成長させ
て形成する。この超格子構造の成長に引き続いて、ショ
ットキーバリア層１２を形成するのに必要なＡｌｌｎＡ
ｓ結晶を成長させる。この為に、Ｇａの分子線を止め
て、Ａｌの分子線をＩｎの分子線と同時に供給する、Ａ
ｌＩｎＡｓの厚みは５０ｎｍとする。
１００周期繰り返して２μｍ厚の超格子構造に成長させ
て形成する。この超格子構造の成長に引き続いて、ショ
ットキーバリア層１２を形成するのに必要なＡｌｌｎＡ
ｓ結晶を成長させる。この為に、Ｇａの分子線を止め
て、Ａｌの分子線をＩｎの分子線と同時に供給する、Ａ
ｌＩｎＡｓの厚みは５０ｎｍとする。
【００２８】この後、ショットキーバリア層１２の上に
ショットキー電極としての一対の櫛形電極１３ａ、１３
ｂを形成する。このショットキー電極の材料としては、
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを用いる。
ショットキー電極としての一対の櫛形電極１３ａ、１３
ｂを形成する。このショットキー電極の材料としては、
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを用いる。
【００２９】ＭＳＭ型の超光子受光素子７の場合、キャ
リアの走行時間が受光素子の応答速度に大きな影響を与
える。従って、本実施例のＭＳＭ型の超格子受光素子７
では、長波長の光に対する感度を有することに加えて、
早い応答速度を有するという特長が得られる。
リアの走行時間が受光素子の応答速度に大きな影響を与
える。従って、本実施例のＭＳＭ型の超格子受光素子７
では、長波長の光に対する感度を有することに加えて、
早い応答速度を有するという特長が得られる。
【００３０】前述の各実施例では、歪の方向が異なるａ
層、ｂ層という２つの層から形成された超格子構造を用
いた例について説明したが、層の種類が２種類以上、あ
るいは、明確に区別できない層を繰り返しても製作する
ことが可能である。つまり、周期をＬとした時に、組成
ｘが、ｘ（ｚ）（ただし、０＜ｚ＜Ｌ）において、ｘ＞
０．５４となる層と、ｘ＜０．５２となる層が存在すれ
ば、吸収端の長波長化により、長い波長の光が受光可能
となる。さらに、この時、
層、ｂ層という２つの層から形成された超格子構造を用
いた例について説明したが、層の種類が２種類以上、あ
るいは、明確に区別できない層を繰り返しても製作する
ことが可能である。つまり、周期をＬとした時に、組成
ｘが、ｘ（ｚ）（ただし、０＜ｚ＜Ｌ）において、ｘ＞
０．５４となる層と、ｘ＜０．５２となる層が存在すれ
ば、吸収端の長波長化により、長い波長の光が受光可能
となる。さらに、この時、
【００３１】
【数２】
【００３２】で与えられる超格子構造の平均格子定数が
ＩｎＰ基板の格子定数と±０．１％以内で格子整合して
いれば、１μｍ厚み以上の光吸収層（受光層）を転位が
発生することなく成長できる。
ＩｎＰ基板の格子定数と±０．１％以内で格子整合して
いれば、１μｍ厚み以上の光吸収層（受光層）を転位が
発生することなく成長できる。
【００３３】そこで、このような明確な層構造をもたな
い超格子構造を有する具体例として、ＯＭＶＰＥを用い
て、ＰＩＮフォトダイオード型の超光子受光素子を作成
する方法について説明する。前述した第１の実施例と同
様にＯＭＶＰＥ装置を用いて結晶成長を行う。超格子構
造を作製する際にＴＥＧの流量を７×１０-6ｍｏｌ／ｍ
ｉｎに一定に保ったまま、ＴＭＩの流量を変化させるこ
とによって、組成ｘが連続的に変化した超格子構造を作
製する。ここでは、次式で与えられるように変化させ
る。 ＦTMI （ｔ）＝2.0×10-5-1.56×10-5×t （0<t<25） ＦTMI （ｔ）＝4.4×10-6 （25<t<85) ＦTMI （ｔ）＝4.4×10-6+1.56×10-5×(t-85) （85<t<110） ＦTIM （ｔ）＝2.0×10-6 （110<t<117) １１７秒間で１周期分、約３０ｎｍが成長する。この時
に得られる組成ｘの１周期の間での変化を図４に示す。
い超格子構造を有する具体例として、ＯＭＶＰＥを用い
て、ＰＩＮフォトダイオード型の超光子受光素子を作成
する方法について説明する。前述した第１の実施例と同
様にＯＭＶＰＥ装置を用いて結晶成長を行う。超格子構
造を作製する際にＴＥＧの流量を７×１０-6ｍｏｌ／ｍ
ｉｎに一定に保ったまま、ＴＭＩの流量を変化させるこ
とによって、組成ｘが連続的に変化した超格子構造を作
製する。ここでは、次式で与えられるように変化させ
る。 ＦTMI （ｔ）＝2.0×10-5-1.56×10-5×t （0<t<25） ＦTMI （ｔ）＝4.4×10-6 （25<t<85) ＦTMI （ｔ）＝4.4×10-6+1.56×10-5×(t-85) （85<t<110） ＦTIM （ｔ）＝2.0×10-6 （110<t<117) １１７秒間で１周期分、約３０ｎｍが成長する。この時
に得られる組成ｘの１周期の間での変化を図４に示す。
【００３４】このようにｘの値が連続的に変化している
場合でも、吸収端が長波長化し、２μｍ程度までの光を
受信することができ、また、高い電子移動度を示すため
高速応答が期待できる。
場合でも、吸収端が長波長化し、２μｍ程度までの光を
受信することができ、また、高い電子移動度を示すため
高速応答が期待できる。
【００３５】次に、ｎ型及びｐ型のドーピング領域を設
ける。通常のＰＩＮフォトダイオードでは、上部と下部
にｎ型およびｐ型のドーピング領域を設ける。本実施例
の超格子構造では、超格子構造に平行にキャリアを流し
た方が、キャリアの移動度が高く、良好な特性が期待で
きる。そこで、図５に示すようにドーピングをしていな
い超格子構造に、対向する櫛型状にそれぞれＳｉ、Ｂｅ
をイオン注入した領域を設け、それぞれｎ型ドーピング
領域１４、及びｐ型ドーピング領域１５とした上で、ｎ
型ドーピング領域１４の上には、ＡｕＧｅからなるオー
ミック電極１６、ｐ型ドーピング領域１５の上には、Ａ
ｕＺｎからなるオーミック電極１７を形成する。このよ
うな構成にすることによって、超格子構造に平行に電界
がかかる超格子受光素子が作製でき、２μｍ程度のまで
の長い波長の光を受信できる高速受光素子が得られる。
ける。通常のＰＩＮフォトダイオードでは、上部と下部
にｎ型およびｐ型のドーピング領域を設ける。本実施例
の超格子構造では、超格子構造に平行にキャリアを流し
た方が、キャリアの移動度が高く、良好な特性が期待で
きる。そこで、図５に示すようにドーピングをしていな
い超格子構造に、対向する櫛型状にそれぞれＳｉ、Ｂｅ
をイオン注入した領域を設け、それぞれｎ型ドーピング
領域１４、及びｐ型ドーピング領域１５とした上で、ｎ
型ドーピング領域１４の上には、ＡｕＧｅからなるオー
ミック電極１６、ｐ型ドーピング領域１５の上には、Ａ
ｕＺｎからなるオーミック電極１７を形成する。このよ
うな構成にすることによって、超格子構造に平行に電界
がかかる超格子受光素子が作製でき、２μｍ程度のまで
の長い波長の光を受信できる高速受光素子が得られる。
【００３６】
【発明の効果】本発明にかかる超格子受光素子は、Ｇａ
(1-x)ＩｎxＡｓ層（０＜ｘ＜０．５２とＧａ(1-y)Ｉｎy
Ａｓ層（１＞ｙ＞０．５４）とを交互に積層して光吸収
層を形成したので、Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層（０＜ｘ＜
０．５２）を介在させることによって、Ｇａ(1-y)Ｉｎy
Ａｓ層（１＞ｙ＞０．５４）の膜厚を臨界膜厚以下に抑
えることができると共に、一層おきに存在する各Ｇａ
(1-y)ＩｎyＡｓ層によって、入射した光を分担して吸収
できるため、この光吸収層全体では、実効的にｘ＞０．
５３のＧａ(1-x)ＩｎxＡｓの特性を得ることができる。
また、超格子構造に平行に電界がかかっているため、キ
ャリアの移動度が高く、良好な特性が得られる。従っ
て、１．７μｍ以上の波長を室温で検出できる超格子受
光素子を提供することが可能となる。
(1-x)ＩｎxＡｓ層（０＜ｘ＜０．５２とＧａ(1-y)Ｉｎy
Ａｓ層（１＞ｙ＞０．５４）とを交互に積層して光吸収
層を形成したので、Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層（０＜ｘ＜
０．５２）を介在させることによって、Ｇａ(1-y)Ｉｎy
Ａｓ層（１＞ｙ＞０．５４）の膜厚を臨界膜厚以下に抑
えることができると共に、一層おきに存在する各Ｇａ
(1-y)ＩｎyＡｓ層によって、入射した光を分担して吸収
できるため、この光吸収層全体では、実効的にｘ＞０．
５３のＧａ(1-x)ＩｎxＡｓの特性を得ることができる。
また、超格子構造に平行に電界がかかっているため、キ
ャリアの移動度が高く、良好な特性が得られる。従っ
て、１．７μｍ以上の波長を室温で検出できる超格子受
光素子を提供することが可能となる。
【図１】図１（ａ）は本発明にかかる光導伝型の超格子
受光素子を示す斜視図、図１（ｂ）は光吸収層の一部を
拡大して示す側面図である。
受光素子を示す斜視図、図１（ｂ）は光吸収層の一部を
拡大して示す側面図である。
【図２】本発明にかかる超格子受光素子の光吸収特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図３】図３（ａ）は本発明の他の実施例であるＭＳＭ
型の超格子受光素子を示す斜視図、図３（ｂ）は光吸収
層の一部を拡大して示す側面図である。
型の超格子受光素子を示す斜視図、図３（ｂ）は光吸収
層の一部を拡大して示す側面図である。
【図４】組成が連続的に変化する超光子構造の組成の変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施例であるＰＩＮフォトダイオ
ード型の超光子受光素子を示す斜視図である。
ード型の超光子受光素子を示す斜視図である。
１…超格子受光素子、２…基板、３…光吸収層、４…ａ
層（Ｇａ(1-y) ＩｎyＡｓ層（ｙ＞０．５４））、５…
ｂ層（Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ層（ｘ＜０．５２））。
層（Ｇａ(1-y) ＩｎyＡｓ層（ｙ＞０．５４））、５…
ｂ層（Ｇａ(1-x) Ｉｎx Ａｓ層（ｘ＜０．５２））。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−216378（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−217674（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−292382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−74618（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−106984（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−24473（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−216386（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 ＩｎＰ基板上に、Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層
（０＜ｘ＜０．５２）とＧａ(1-y)ＩｎyＡｓ層（１＞ｙ
＞０．５４）とを交互に積層させて超格子構造を形成
し、各層の厚みが、各層の歪量に対する臨界膜厚以下で
あり、かつ、平均した格子定数が、前記ＩｎＰ基板の格
子定数に対して±０．１％以内に格子整合させている光
吸収層と、 前記光吸収層の上に形成されたＡｌＩｎＡｓショットキ
ーバリア層と、 前記ショットキーバリア層の上に形成された一対のショ
ットキー電極とを、 備えるＭＳＭ型の受光素子であることを特徴とする超格
子受光素子。 - 【請求項２】 ＩｎＰ基板上に、Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層
（０＜ｘ＜０．５２）とＧａ(1-y)ＩｎyＡｓ層（１＞ｙ
＞０．５４）とを交互に積層させて超格子構造を形成
し、各層の厚みが、各層の歪量に対する臨界膜厚以下で
あり、かつ、平均した格子定数が、前記ＩｎＰ基板の格
子定数に対して±０．１％以内に格子整合させている光
吸収層を備え、この層の一部に、それぞれｐ型及びｎ型
に不純物をイオン注入した領域を有し、この各領域にそ
れぞれｐ型及びｎ型のオーミック電極を有するＰＩＮフ
ォトダイオード型の横形受光素子であることを特徴とす
る超格子受光素子。 - 【請求項３】 前記Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層（０＜ｘ＜
０．５２）及び前記Ｇａ(1-y)ＩｎyＡｓ層（１＞ｙ＞
０．５４）は、前記ＩｎＰ基板上に、有機金属気相成長
法を用いて形成したことを特徴とする請求項１又は２記
載の超格子受光素子。 - 【請求項４】 前記Ｇａ(1-x)ＩｎxＡｓ層（０＜ｘ＜
０．５２）及び前記Ｇａ(1-y)ＩｎyＡｓ層（１＞ｙ＞
０．５４）は、前記ＩｎＰ基板上に、分子線成長法を用
いて形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の超
格子受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4115940A JP2695092B2 (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 超格子受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4115940A JP2695092B2 (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 超格子受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315637A JPH05315637A (ja) | 1993-11-26 |
| JP2695092B2 true JP2695092B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=14674947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4115940A Expired - Lifetime JP2695092B2 (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 超格子受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2695092B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005150291A (ja) | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Seiko Epson Corp | 受光素子、光モジュール、及び光伝送装置 |
| JP5512583B2 (ja) * | 2011-03-29 | 2014-06-04 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 量子型赤外線センサ |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5974618A (ja) * | 1982-10-21 | 1984-04-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 超格子結晶 |
| JPH0732262B2 (ja) * | 1985-06-19 | 1995-04-10 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子 |
| JP2590817B2 (ja) * | 1986-03-18 | 1997-03-12 | 日本電気株式会社 | ホトデイテクタ |
| JPS62217674A (ja) * | 1986-03-19 | 1987-09-25 | Nec Corp | 光伝導素子 |
| JPH04106984A (ja) * | 1990-08-27 | 1992-04-08 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JPH0567802A (ja) * | 1991-09-09 | 1993-03-19 | Sony Corp | 半導体受光素子 |
-
1992
- 1992-05-08 JP JP4115940A patent/JP2695092B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05315637A (ja) | 1993-11-26 |
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