JP2745826B2 - 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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- JP2745826B2 JP2745826B2 JP3002927A JP292791A JP2745826B2 JP 2745826 B2 JP2745826 B2 JP 2745826B2 JP 3002927 A JP3002927 A JP 3002927A JP 292791 A JP292791 A JP 292791A JP 2745826 B2 JP2745826 B2 JP 2745826B2
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- semiconductor
- avalanche
- avalanche photodiode
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Description
【０００１】
【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。
するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高速大容量光通信システムを構成するに
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（ＡＰ
Ｄ）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走行
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（ＧＢ）積７５ＧＨ
ｚ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。
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（ＡＰ
Ｄ）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走行
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（ＧＢ）積７５ＧＨ
ｚ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。
【０００３】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．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、４０（１）巻、ｐ．３８〜４
０、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
比α／βを人工的に増大させる構造を提案し、実際にＧ
ａＡｓ／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．１８９５−１８９７，（１８）巻、１９９０年で、
長距離光通信に用いられる波長１．３〜１．６μｍ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。そのバイアス印加時のエネルギ
ーバンド図を図３に示す。この構造に用いられているｎ
- 型ＩｎＡｌＡｓ障害層３１／ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ井戸
層３２からなる超格子増倍層では伝導帯不連続量ΔＥｃ
３３が０．５ｅＶと価電子帯不連続量ΔＥv ３４の０．
２ｅＶより大きく、井戸層３２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３９１の方が正孔３
９２より大きく、これによって電子がイオン化しきい値
エネルギーに達しやすくなることで電子イオン化率を増
大させ、イオン化率比α／βを増大させている。さら
に、基板表面から入射する波長１．５５μｍの光３９３
を厚さ１．７μｍのｐ- 型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収
層３６で〜７３％吸収させることで、電子のイオン化率
比α／βが大きいＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子に
ほぼ純粋な電子注入を実現し、イオン化率比α／β増大
による低雑音化を実現している。
等はアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、４０（１）巻、ｐ．３８〜４
０、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
比α／βを人工的に増大させる構造を提案し、実際にＧ
ａＡｓ／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．１８９５−１８９７，（１８）巻、１９９０年で、
長距離光通信に用いられる波長１．３〜１．６μｍ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。そのバイアス印加時のエネルギ
ーバンド図を図３に示す。この構造に用いられているｎ
- 型ＩｎＡｌＡｓ障害層３１／ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ井戸
層３２からなる超格子増倍層では伝導帯不連続量ΔＥｃ
３３が０．５ｅＶと価電子帯不連続量ΔＥv ３４の０．
２ｅＶより大きく、井戸層３２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３９１の方が正孔３
９２より大きく、これによって電子がイオン化しきい値
エネルギーに達しやすくなることで電子イオン化率を増
大させ、イオン化率比α／βを増大させている。さら
に、基板表面から入射する波長１．５５μｍの光３９３
を厚さ１．７μｍのｐ- 型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収
層３６で〜７３％吸収させることで、電子のイオン化率
比α／βが大きいＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子に
ほぼ純粋な電子注入を実現し、イオン化率比α／β増大
による低雑音化を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造のアバランシェフォトダイオードは、十分な量子効率
を得るために光吸収層３６が１．７μｍと厚く、この層
を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍２次正孔が
走行する時間遅れによって、素子の周波数応答帯域が、
イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効果（正孔の
超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧＢ積１００
程度）により期待できるほどには大きくならないという
欠点を有する。
造のアバランシェフォトダイオードは、十分な量子効率
を得るために光吸収層３６が１．７μｍと厚く、この層
を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍２次正孔が
走行する時間遅れによって、素子の周波数応答帯域が、
イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効果（正孔の
超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧＢ積１００
程度）により期待できるほどには大きくならないという
欠点を有する。
【０００５】そこで、本発明は、波長１．５５μｍ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
することを目的とする。
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
することを目的とする。
【０００６】
【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、以下の特徴を有する。
ォトダイオードは、以下の特徴を有する。
【０００７】半導体基板上に、少なくとも半導体光吸収
層、半導体超格子アバランシェ増倍層の順に積層された
構造を有し、前記半導体超格子アバランシェ増倍層がメ
サ形でありリブ型導波路の一部をなすことを特徴とす
る。
層、半導体超格子アバランシェ増倍層の順に積層された
構造を有し、前記半導体超格子アバランシェ増倍層がメ
サ形でありリブ型導波路の一部をなすことを特徴とす
る。
【０００８】または上記超格子アバランシェ増倍層が、
Ｉｎ（Ａｌz Ｇａ1-z ）Ａｓ（ｚ＝０〜１）、Ｉｎ1-x
Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y （ｘ＝０〜１，ｙ＝０〜１）の組合
せにより構成されることを特徴とする。
Ｉｎ（Ａｌz Ｇａ1-z ）Ａｓ（ｚ＝０〜１）、Ｉｎ1-x
Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y （ｘ＝０〜１，ｙ＝０〜１）の組合
せにより構成されることを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明は、上述の構成により従来より特性を改
善した。図１は、アバランシェフォトダイオードの一例
を示す構造斜視図、図２は、本発明及び、従来構造の走
行時間制限による応答遮断周波数の増倍率依存性を示す
図である。
善した。図１は、アバランシェフォトダイオードの一例
を示す構造斜視図、図２は、本発明及び、従来構造の走
行時間制限による応答遮断周波数の増倍率依存性を示す
図である。
【００１０】この図２において、点線は従来構造（光吸
収・増倍分離型＝ＳＡＭ型）の、直線は本発明の導波路
構造の走行時間制限による応答遮断周波数の増倍率依存
性を示す。どちらの場合も、超格子井戸層へ正孔トラッ
プがない場合の計算結果である。
収・増倍分離型＝ＳＡＭ型）の、直線は本発明の導波路
構造の走行時間制限による応答遮断周波数の増倍率依存
性を示す。どちらの場合も、超格子井戸層へ正孔トラッ
プがない場合の計算結果である。
【００１１】これらの図を用いて本発明の作用を説明す
る。従来の表面入射型構造では（図３のもの）、十分な
量子効率を得るために光吸収層３６が１．７μｍと厚
く、この層を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍
２次正孔が走行する時間遅れによって、素子の周波数応
答帯域が、イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効
果（正孔の超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧ
Ｂ積１００程度）により期待できるほどには大きくなら
ないという欠点を有する。
る。従来の表面入射型構造では（図３のもの）、十分な
量子効率を得るために光吸収層３６が１．７μｍと厚
く、この層を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍
２次正孔が走行する時間遅れによって、素子の周波数応
答帯域が、イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効
果（正孔の超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧ
Ｂ積１００程度）により期待できるほどには大きくなら
ないという欠点を有する。
【００１２】これは、図２に点線で示す応答遮断周波数
の増倍率依存性に示される。この点線は超格子層厚１．
０μｍ、超格子のイオン化率は電子αがバルクＩｎＧａ
Ａｓの２倍、電界４００ｋＶ／ｃｍのときのイオン化率
比α／βが１４、正孔トラップなしという条件での、光
吸収層厚１．７μｍのときの光吸収・増倍分離型（ＳＡ
Ｍ型）表面入射構造の計算結果である。これより、ＧＢ
積が７０、増倍率Ｍが１０の時の遮断周波数ｆｃは６Ｇ
Ｈｚであり、低増倍率（Ｍ＜７）での帯域も高々７ＧＨ
ｚであることがわかる。イオン化率比α／βが１４程度
のときのエモンズの理論式から予想されるＧＢ積１００
より小さい値となっているは、前述の理由、すなわち、
光吸収層が１．７μｍと厚く、この層を超格子アバラン
シェ増倍層で発生した増倍２次正孔が走行する時間遅れ
による。
の増倍率依存性に示される。この点線は超格子層厚１．
０μｍ、超格子のイオン化率は電子αがバルクＩｎＧａ
Ａｓの２倍、電界４００ｋＶ／ｃｍのときのイオン化率
比α／βが１４、正孔トラップなしという条件での、光
吸収層厚１．７μｍのときの光吸収・増倍分離型（ＳＡ
Ｍ型）表面入射構造の計算結果である。これより、ＧＢ
積が７０、増倍率Ｍが１０の時の遮断周波数ｆｃは６Ｇ
Ｈｚであり、低増倍率（Ｍ＜７）での帯域も高々７ＧＨ
ｚであることがわかる。イオン化率比α／βが１４程度
のときのエモンズの理論式から予想されるＧＢ積１００
より小さい値となっているは、前述の理由、すなわち、
光吸収層が１．７μｍと厚く、この層を超格子アバラン
シェ増倍層で発生した増倍２次正孔が走行する時間遅れ
による。
【００１３】これは、実線で示す、光吸収層厚を０．６
μｍと薄くして他のパラメーターは従来例と同じとした
計算結果と比較すれば明らかである。光吸収層を０．６
μｍまで薄くすると増倍２次正孔の走行時間遅れは低減
でき、ＧＢ積が〜１００、増倍率Ｍが１０の時の遮断周
波数ｆｃが９ＧＨｚ、低増倍率（Ｍ＜６）での帯域も１
０ＧＨｚ以上の広帯域化が可能である。しかし、従来の
表面入射構造では光吸収層を０．６μｍと薄くすると波
長１．５５μｍに対する量子効率は〜１５％と極端に低
下し、広帯域特性と、高感度特性を同時に満足できな
い。
μｍと薄くして他のパラメーターは従来例と同じとした
計算結果と比較すれば明らかである。光吸収層を０．６
μｍまで薄くすると増倍２次正孔の走行時間遅れは低減
でき、ＧＢ積が〜１００、増倍率Ｍが１０の時の遮断周
波数ｆｃが９ＧＨｚ、低増倍率（Ｍ＜６）での帯域も１
０ＧＨｚ以上の広帯域化が可能である。しかし、従来の
表面入射構造では光吸収層を０．６μｍと薄くすると波
長１．５５μｍに対する量子効率は〜１５％と極端に低
下し、広帯域特性と、高感度特性を同時に満足できな
い。
【００１４】これに対して、図１に示す本発明の構造で
は、キャップ層１８、及び、超格子アバランシェ増倍層
１５の一部が、ｐ+ 型ＩｎＰ電界降下層１４の上部まで
エッチング除去し、幅２０〜３０μｍ以下のメサを形成
することで、このメサと光吸収層１３、ワイドギャップ
電界降下層１４とでリブ導波路が構成される。この様な
導波路構造に端面から光入射させれば光吸収層が０．６
μｍ程度と薄くても導波路長を数１００μｍ程度にすれ
ば十分の光吸収が得られ、かつ接合容量はメサ幅を狭く
することで小さくすることができるので、広帯域特性と
高感度特性を同時に満足できる。
は、キャップ層１８、及び、超格子アバランシェ増倍層
１５の一部が、ｐ+ 型ＩｎＰ電界降下層１４の上部まで
エッチング除去し、幅２０〜３０μｍ以下のメサを形成
することで、このメサと光吸収層１３、ワイドギャップ
電界降下層１４とでリブ導波路が構成される。この様な
導波路構造に端面から光入射させれば光吸収層が０．６
μｍ程度と薄くても導波路長を数１００μｍ程度にすれ
ば十分の光吸収が得られ、かつ接合容量はメサ幅を狭く
することで小さくすることができるので、広帯域特性と
高感度特性を同時に満足できる。
【００１５】以上の効果により、本発明の構造によっ
て、光吸収層を超格子アバランシェ増倍層で発生した増
倍２次正孔が走行する時間遅れによって、素子の周波数
応答帯域が、イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大
効果（正孔の超格子井戸層へのトラップ効果がなければ
ＧＢ積１００程度）により期待できるほどには大きくな
らないという欠点を克服できる。
て、光吸収層を超格子アバランシェ増倍層で発生した増
倍２次正孔が走行する時間遅れによって、素子の周波数
応答帯域が、イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大
効果（正孔の超格子井戸層へのトラップ効果がなければ
ＧＢ積１００程度）により期待できるほどには大きくな
らないという欠点を克服できる。
【００１６】なお、導波路構造のアバランシェフォトダ
イオードとしては、アイトリプルイー、エレクトロンデ
バイスレターズ（ＩＥＥＥ，ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶ
ＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ）、ＥＤＬ−７巻、ＰＰ．３３
０−３３２、１９８６年にＳｉ／ＳｉＧｅ系の受光素子
が報告されているが、この構造では、光吸収層がＳｉＧ
ｅ短周期歪層超格子でアバランシェ増倍層がＳｉで各々
構成されている。これは光吸収層がバルクＩｎＧａＡｓ
でアバランシェ増倍層が超格子（ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系）で構成される本発明とは異なるものであ
り、本発明では長距離光通信に用いられる波長１．５５
μｍに受光感度を有するのに対して、ＳｉＧｅ系の従来
例ではこの系の吸収端の関係から波長１．３μｍより短
い波長の光にしか受光感度を有しない。
イオードとしては、アイトリプルイー、エレクトロンデ
バイスレターズ（ＩＥＥＥ，ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶ
ＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ）、ＥＤＬ−７巻、ＰＰ．３３
０−３３２、１９８６年にＳｉ／ＳｉＧｅ系の受光素子
が報告されているが、この構造では、光吸収層がＳｉＧ
ｅ短周期歪層超格子でアバランシェ増倍層がＳｉで各々
構成されている。これは光吸収層がバルクＩｎＧａＡｓ
でアバランシェ増倍層が超格子（ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系）で構成される本発明とは異なるものであ
り、本発明では長距離光通信に用いられる波長１．５５
μｍに受光感度を有するのに対して、ＳｉＧｅ系の従来
例ではこの系の吸収端の関係から波長１．３μｍより短
い波長の光にしか受光感度を有しない。
【００１７】従って、本発明の実施例に示す半導体を用
いることではじめて、波長１．５５μｍ帯に受光感度を
有し、イオン化率比α／β改善による低雑音特性と高速
応答特性を同時に満たす、アバランシェフォトダイオー
ドが実現できる。
いることではじめて、波長１．５５μｍ帯に受光感度を
有し、イオン化率比α／β改善による低雑音特性と高速
応答特性を同時に満たす、アバランシェフォトダイオー
ドが実現できる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例として、ＩｎＰに格子
整合するＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ／Ｉｎ1-x Ｇａx Ａｓy
Ｐ1-y 系超格子アバランシェフォトダイオードを用いて
説明する。
整合するＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ／Ｉｎ1-x Ｇａx Ａｓy
Ｐ1-y 系超格子アバランシェフォトダイオードを用いて
説明する。
【００１９】図１に示す本発明のアバランシェフォトダ
イオードの一実施例を以下の工程によって製作した。
イオードの一実施例を以下の工程によって製作した。
【００２０】ｐ+ 型ＩｎＰ基板１１に、ｐ型ＩｎＰバッ
ファ層１２を０．５μｍ厚に、キャリア濃度〜２×１０
15ｃｍ-3のｐ- 型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１３を
〜０．６μｍ厚に、キャリア濃度〜１×１０17ｃｍ-3の
ｐ型ＩｎＰ電界降下層１４を０．２μｍ厚に、キャリア
濃度〜１×１０15cm-3のｎ- 型Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ障
害層１６／Ｉｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y 井戸層１７より
なる超格子アバランシェ増倍層１５を１．０μｍ厚に、
キャリア濃度〜５×１０18ｃｍ-3のｎ+ 型ＩｎＰキャッ
プ層１８を１μｍ厚に順次、化学分子線気相成長法（Ｃ
ＢＥ）を用いて成長する。
ファ層１２を０．５μｍ厚に、キャリア濃度〜２×１０
15ｃｍ-3のｐ- 型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１３を
〜０．６μｍ厚に、キャリア濃度〜１×１０17ｃｍ-3の
ｐ型ＩｎＰ電界降下層１４を０．２μｍ厚に、キャリア
濃度〜１×１０15cm-3のｎ- 型Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ障
害層１６／Ｉｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y 井戸層１７より
なる超格子アバランシェ増倍層１５を１．０μｍ厚に、
キャリア濃度〜５×１０18ｃｍ-3のｎ+ 型ＩｎＰキャッ
プ層１８を１μｍ厚に順次、化学分子線気相成長法（Ｃ
ＢＥ）を用いて成長する。
【００２１】この超格子層１５は、厚さ４００Ａ（オン
グストローム）のＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ１６と厚さ２０
０Ａ（オングストローム）のＩｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ
1-y １７を交互に１７周期積層した構造である。Ｉｎ
1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y の組成Ｙは、正孔の超格子井戸
層へのトラップを抑制するために、Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａ
ｓとのあいだの価電子帯不連続量ΔＥｖが０〜０．１５
ｅＶの値となる組成領域により決定した。
グストローム）のＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ１６と厚さ２０
０Ａ（オングストローム）のＩｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ
1-y １７を交互に１７周期積層した構造である。Ｉｎ
1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y の組成Ｙは、正孔の超格子井戸
層へのトラップを抑制するために、Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａ
ｓとのあいだの価電子帯不連続量ΔＥｖが０〜０．１５
ｅＶの値となる組成領域により決定した。
【００２２】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深さがｐ+ 型ＩｎＰ電界
降下層１４の上部までの幅１０μｍのメサを形成し、リ
ブ導波路の一部とし、表面全体にＳｉＮ絶縁保護膜１９
を形成する。次にポリイミド絶縁埋込み層１１２をメサ
横に形成し、その上に直径６０μｍφ程度のｎ側電極パ
ッドを形成するための領域を形成したのち、ｎ側電極１
１０をＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＰｔで形成、裏面研磨を行っ
てからｐ側電極１１１をＡｕＺｎで形成した。素子はへ
き開により長さ２５０μｍとし、ＳｉＮによる無反射コ
ーティング膜１１３をへき開面に形成した。以上で本実
施例のアバランシェフォトダイオードが完成した。この
素子では入射先１１４を端面から入れて、光を検出す
る。
ットエッチングの技術を用いて深さがｐ+ 型ＩｎＰ電界
降下層１４の上部までの幅１０μｍのメサを形成し、リ
ブ導波路の一部とし、表面全体にＳｉＮ絶縁保護膜１９
を形成する。次にポリイミド絶縁埋込み層１１２をメサ
横に形成し、その上に直径６０μｍφ程度のｎ側電極パ
ッドを形成するための領域を形成したのち、ｎ側電極１
１０をＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＰｔで形成、裏面研磨を行っ
てからｐ側電極１１１をＡｕＺｎで形成した。素子はへ
き開により長さ２５０μｍとし、ＳｉＮによる無反射コ
ーティング膜１１３をへき開面に形成した。以上で本実
施例のアバランシェフォトダイオードが完成した。この
素子では入射先１１４を端面から入れて、光を検出す
る。
【００２３】尚メサ幅は３０μｍ以下であれば容量は十
分小さく高速応答でき、また導波路長は数１００μｍ程
度あれば十分な光吸収が得られる。
分小さく高速応答でき、また導波路長は数１００μｍ程
度あれば十分な光吸収が得られる。
【００２４】
【発明の効果】上記の実施例の構造では、電子のイオン
化率はバルクＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓの約２．０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ＩｎＧ
ａＡｓの約１／３倍程度に小さくなり、イオン化率比は
〜１０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、本発明のＩｎＧａＡｓ層光吸
収層が０．６μｍ、超格子層厚１．０μｍで導波路構造
であるため、容量が０．２ｐＦと十分小さく走行時間制
限となって、図２の実線で示される遮断周波数の増倍率
依存性とほぼ等しい結果が得られた。量子効率について
は、端面に先球ファイバを用いたバットカップリングを
行うことで結合損失を片端面当り−１．５〜−２ｄＢに
でき（この値は、導波路の厳密設計によりさらに低減可
能）、内部の吸収効率がほぼ１００％であることから、
外部量子効率として６０〜７０％が得られる。なお、リ
ブ超格子領域では、井戸層のＩｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ
1-y が波長１．５５μｍの光を吸収しないので、ＩｎＧ
ａＡｓ導波層からしみだした光がここで吸収されて超格
子に電子・正孔混合注入になることはなく、雑音特性は
悪化しない。
化率はバルクＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓの約２．０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ＩｎＧ
ａＡｓの約１／３倍程度に小さくなり、イオン化率比は
〜１０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、本発明のＩｎＧａＡｓ層光吸
収層が０．６μｍ、超格子層厚１．０μｍで導波路構造
であるため、容量が０．２ｐＦと十分小さく走行時間制
限となって、図２の実線で示される遮断周波数の増倍率
依存性とほぼ等しい結果が得られた。量子効率について
は、端面に先球ファイバを用いたバットカップリングを
行うことで結合損失を片端面当り−１．５〜−２ｄＢに
でき（この値は、導波路の厳密設計によりさらに低減可
能）、内部の吸収効率がほぼ１００％であることから、
外部量子効率として６０〜７０％が得られる。なお、リ
ブ超格子領域では、井戸層のＩｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ
1-y が波長１．５５μｍの光を吸収しないので、ＩｎＧ
ａＡｓ導波層からしみだした光がここで吸収されて超格
子に電子・正孔混合注入になることはなく、雑音特性は
悪化しない。
【００２５】これより、本発明によって、波長１．５５
μｍ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。
μｍ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。
【図１】本発明のアバランシェフォトダイオードの一実
施例を示す構造斜視図である。
施例を示す構造斜視図である。
【図２】本発明及び、従来構造の素子の走行時間制限に
よる応答遮断周波数の増倍率依存性を示す図である。
よる応答遮断周波数の増倍率依存性を示す図である。
【図３】従来例のアバランシェフォトダイオードの構造
を説明する図である。
を説明する図である。
１１ ｐ+ 型半導体基板 １２ ｐ型バッファー層 １３ ｐ- 型光吸収層 １４ ｐ型ワイドギャップ電界降下層 １５ ｎ- 型超格子アバランシェ増倍層 １６ 半導体障壁層 １７ 半導体井戸層 １８ ｎ+ 型キャップ層 １９ 絶縁保護膜 １１０ ｎ側電極 １１１ ｐ側電極 １１２ 絶縁埋込み層 １１３ 無反射コーティング膜 １１４ 入射光 ３１ ｎ- 型Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ障壁層 ３２ ｎ- 型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ井戸層 ３３ 伝導帯不連続量ΔＥｃ ３４ 価電子帯不連続量ΔＥｖ ３５ ｐ+ 型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ電界降下層 ３６ ｐ- 型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層 ３７ ｐ+ 型Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓキャップ層 ３８ ｎ+ 型Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓバッファ層 ３９１ 電子 ３９２ 正孔 ３９３ 入射光
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に、少なくとも半導体光吸
収層、半導体超格子アバランシェ増倍層の順に積層され
た構造を有し、前記半導体超格子アバランシェ増倍層が
メサ形でありリブ型導波路の一部をなすことを特徴とす
るアバランシェフォトダイオード。 - 【請求項２】 半導体基板上に、少なくとも半導体光吸
収層、電界降下層、半導体超格子アバランシェ増倍層の
順に積層された構造を有し、前記半導体超格子アバラン
シェ増倍層がメサ形でありリブ型導波路の一部をなすこ
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】 前記半導体超格子アバランシェ増倍層が
Ｉｎ（Ａｌz Ｇａ1-z ）Ａｓ（ｚ＝０〜１）とＩｎ1-x
Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y （ｘ＝０〜１，ｙ＝０〜１）の組み
合わせによる超格子で構成されることを特徴とする請求
項１又は２記載のアバランシェフォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002927A JP2745826B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP3002927A JP2745826B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04241473A JPH04241473A (ja) | 1992-08-28 |
| JP2745826B2 true JP2745826B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=11542975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3002927A Expired - Lifetime JP2745826B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2745826B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2730471B2 (ja) * | 1993-12-28 | 1998-03-25 | 日本電気株式会社 | 超格子アバランシェフォトダイオード |
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| JP2008252145A (ja) * | 2002-10-30 | 2008-10-16 | Fujitsu Ltd | アバランシェフォトダイオード |
| US11271130B2 (en) * | 2018-07-11 | 2022-03-08 | Sri International | Linear mode avalanche photodiodes without excess noise |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01259577A (ja) * | 1988-04-11 | 1989-10-17 | Fujitsu Ltd | 超格子構造を用いた受光素子 |
| JP2536116B2 (ja) * | 1989-01-18 | 1996-09-18 | 日本電気株式会社 | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
-
1991
- 1991-01-16 JP JP3002927A patent/JP2745826B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04241473A (ja) | 1992-08-28 |
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