JP2877215B2 - アバランシェフォトダイオ―ド - Google Patents
アバランシェフォトダイオ―ドInfo
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Description
のに用い得るアバランシェフォトダイオ―ドに関する。
シェフォトダイオ―ドが提案されている。
を有する半導体基板2と、その半導体基板2上に形成さ
れ且つ例えばInP系でなるとともにn+ 型を有するバ
リア層としての半導体層3とからなる半導体領域1を有
する。
不純物及びp型不純物のいずれも意図的に導入させてい
ないアバランシェ増倍用層としての半導体領域4を有す
る。この半導体領域4は、バリア層としての半導体層5
aと井戸層としての半導体層5bとが交互順次に積層さ
れている超格子構造5でなり、そして、半導体層5a及
び5bが、例えばそれぞれIn 0.52 Al 0.48 As及
びIn 0.8Ga 0.2As 0.6P 0.4でなる。
且つ8×1017cm-3のような高いp型不純物濃度と16
0Aのような比較的薄い厚さとを有するシ―トド―プ層
としての半導体層7と、その半導体層7上に形成され、
且つIn 0.53 Ga 0.47 Asでなり且つ2×1015cm
-3のような半導体層7に比し低いp型不純物濃度と2μ
mのような半導体層7に比し厚い厚さとを有する光吸収
層としての半導体層8と、その半導体層8上に形成さ
れ、且つIn 0.53 Ga 0.47 Asでなり且つ2×10
17cm-3のような半導体層8に比し高いp型不純物濃度と
500Aのような半導体層8に比し薄い厚さとを有する
半導体層9と、半導体層9上に形成され、且つInPで
なり且つ1×1018cm-3のような高いp型不純物濃度と
1000Aの厚さとを有する表面再結合防止用窓層とし
ての半導体層10と、半導体層10上に形成され、且つ
In 0.53 Ga 0.47 Asでなり且つ1×1018cm-3の
ような高い不純物濃度と1000Aの厚さとを有するキ
ャップ層としての半導体層11とを有する。この場合、
シ―トド―プ層としての半導体層7が、光吸収層として
の半導体層8と等しいエネルギバンドギャップを有し、
また、光吸収層としての半導体層8が、アバランシェ増
倍用層としての半導体領域4を構成している井戸層と等
しいかそれに比し狭いエネルギバンドギャップを有す
る。
とは反対側においてオ―ミックに付された電極13と、
半導体領域6に、半導体領域4側とは反対側においてオ
―ミックに付され且つ窓15を有する電極14とを有す
る。
フォトダイオ―ドの構成である。
ェフォトダイオ―ドによれば、電極13及び14間に、
逆バイアス電源(図示せず)を通じて直流負荷(図示せ
ず)を予め接続している状態で、半導体領域6の光吸収
層としての半導体層8のエネルギバンドギャップに対応
している波長を有する検出されるべき光Lを、半導体領
域6上の外部から電極14の窓15を通じて内部に入射
させれば、その光Lが主として半導体領域6の半導体層
8において吸収され、それにもとずき、半導体領域6の
半導体層8において、光Lにもとずくキャリア(電子及
び正孔)が生成し、そのキャリア中の電子がアバランシ
ェ増倍用層としての半導体領域4に到達し、そして、そ
の半導体領域4においてアバランシェ増倍が生じ、それ
にもとずく増倍された光電流が直流負荷に出力される、
という機構で、アバランシェフォトダイオ―ドとしての
機能が得られる。
しての半導体領域4が、超格子構造5でなるので、半導
体領域4における電子のイオン化率(α)と正孔のイオ
ン化率(β)との比(α/β)が、半導体領域4が超格
子構造5を有するのに代え例えばGeまたはInPでな
る半導体層からなる単層構造を有するとした場合に比
し、1より十分大きな値で得られる。このため、半導体
領域4において生ずるアバランシェ増倍に伴う雑音が、
半導体領域4が超格子構造5を有するのに代え例えばG
eまたはInPでなる半導体層からなる単層構造を有す
るとした場合に比し、格段的に少なく、光電流に、格段
的に少ない雑音しか伴わない、という特徴を有する。
体層7及び9が、光吸収層としての半導体層8に比し高
いp型不純物濃度を有するので、それら半導体層には電
子に対する加速電界を実質的に有していないが、半導体
層7及び9間の光吸収層としての半導体層8が、半導体
層7及び9に比し低いp型不純物濃度を有するので、そ
の半導体層8に電子に対する加速電界を有し、また、半
導体層7及び9が薄い厚さしか有していないので、上述
したように半導体領域6の半導体層8に生成するキャリ
ア中の電子が、速やかに半導体領域4に到達する。この
ため、光Lが入射してから直流負荷に光電流が出力され
るまでの応答速度が、比較的速い、という特徴を有す
る。
用層としての半導体領域4が、光吸収用層としてほとん
ど作用しないので、半導体領域4に正孔が実効的に存在
していず、従って、アバランシェ増倍に伴う雑音が、無
視し得ない比較的多い量生ずる、ということがない、と
いう特徴も有する。
示す従来のアバランシェフォトダイオ―ドの場合、光吸
収層としての半導体層8を有する半導体領域6の、アバ
ランシェ増倍用層としての半導体領域4側に、高いp型
不純物濃度を有するシ―トド―プ層としての半導体層7
を有するので、アバランシェ増倍用層としての半導体領
域4に、図4に示すように、高い電界強度を有せしめる
ことができ、従って、半導体領域4においてアバランシ
ェ増倍作用が効果的に得ることができるが、シ―トド―
プ層としての半導体層7の半導体層8側とアバランシェ
増倍用層としての半導体領域4側との間に、図4に示す
ように、高い電位差が生じている。このため、半導体層
7に、トンネル電流が、暗電流として、無視し得ない量
で流れる。従って、光電流に、暗電流が無視し得ない量
伴う、という欠点を有していた。
新規なアバランシェフォトダイオ―ドを提案せんとする
ものである。
ェフォトダイオ―ドは、図3で上述した従来のアバラン
シェフォトダイオ―ドの場合と同様に、(i)n型を有
する第1の半導体領域と、(ii)その第1の半導体領
域上に形成され且つn型不純物及びp型不純物のいずれ
も意図的に導入させていないアバランシェ増倍領域とし
ての第2の半導体領域と、(iii)上記第2の半導体
領域上に形成され且つp型を有する第3の半導体領域
と、(iv)上記第1及び第3の半導体領域にそれぞれ
付された第1及び第2の電極とを有し、(v)そして、
上記第2の半導体領域が、バリア層としての第1の半導
体層と井戸層としての第2の半導体層とが交互順次に積
層されている超格子構造を有し、また、(vi)上記第
3の半導体領域が、シ―トド―プ層としての第3の半導
体層と、上記第3の半導体層上に形成され且つ上記第3
の半導体層に比し低い不純物濃度と厚い厚さとを有する
光吸収層としての第4の半導体層と、上記第4の半導体
層上に形成され且つ上記第4の半導体層に比し高い不純
物濃度を有する第5の半導体層とを有する。
フォトダイオ―ドは、このような構成を有するアバラン
シェフォトダイオ―ドにおいて、(vii)上記第3の
半導体層が、上記第4の半導体層に比し広いエネルギバ
ンドギャップを有し且つ上記第1の半導体層と等しいか
それに比し狭いエネルギバンドギャップを有する。
バランシェフォトダイオ―ドによれば、第3の半導体層
が、第4の半導体層に比し広いエネルギバンドギャップ
を有し且つ第1の半導体層と等しいかそれに比し狭いエ
ネルギバンドギャップを有し、また、第4の半導体層
が、第2の半導体層と等しいかそれに比し狭いエネルギ
バンドギャップを有することを除いて、図3で前述した
アバランシェフォトダイオ―ドの場合と同様の構成を有
するので、詳細説明は省略するが、図3で前述した従来
のアバランシェフォトダイオ―ドの場合と同様に、アバ
ランシェフォトダイオ―ドとしての機能が、アバランシ
ェ増倍された光電流に、少ない雑音しか伴わせずに、し
かも光電流を、光の入射に対する速い応答速度で得るこ
とができる、という特徴を有する。
フォトダイオ―ドの場合、シ―トド―プ層としての第3
の半導体層が、光吸収層としての第4の半導体層に比し
広いエネルギバンドギャップを有するので、シ―トド―
プ層としての第3の半導体層の光吸収層としての第4の
半導体層側とアバランシェ増倍用層としての第2の半導
体領域側との間に高い電位差が生じていることによっ
て、第3の半導体層に、トンネル電流が、暗電流として
流れんとしても、それが効果的に抑圧される。このた
め、光電流に、暗電流をほとんど伴わないか、伴うとし
ても、図3で前述した従来のアバランシェフォトダイオ
―ドの場合に比し格段的に少ない量でしか伴わない。
体層が、光吸収層としての第4の半導体層に比し広いエ
ネルギバンドギャップを有しているとしても、アバラン
シェ増倍用層としての第2の半導体領域を構成している
バリア層としての第1の半導体層と等しいかそれに比し
狭いエネルギバンドギャップしか有していないので、ア
バランシェ増倍用層としての第2の半導体領域におい
て、光吸収層としての第4の半導体層に比し高い加速電
界が得られることに変りがなく、従って、上述した、図
3で前述した従来のアバランシェフォトダイオ―ドの場
合と同様のアバランシェフォトダイオ―ドとしての機能
が、効果的に得られることに変りはない。
ェフォトダイオ―ドの実施例を述べよう。
符号を付して詳細説明を省略する。図1に示す本発明に
よるアバランシェフォトダイオ―ドは、次の事項を除い
て、図4で上述した従来のアバランシェフォトダイオ―
ドと同様の構成を有する。
等しいエネルギバンドギャップを有している図4で上述
した従来のアバランシェフォトダイオ―ドの場合の半導
体領域6を構成しているシ―トド―プ層としての半導体
層7が、光吸収層としての半導体層8に比し広いエネル
ギバンドギャップを有し且つアバランシェ増倍用層とし
ての半導体領域4を構成しているバリア層としての半導
体層5aと等しいかそれに比し狭いエネルギバンドギャ
ップを有する半導体領域6を構成しているシ―トド―プ
層としての半導体層17に置換されている。
層17は、図4で前述した従来のアバランシェフォトダ
イオ―ドの場合の半導体層7と同様に8×1017cm-3の
ような高いp型不純物濃度を有するのはもちろんである
が、例えばIn 0.52 Al 0 .48 Asでなるものとし得
る。
ダイオ―ドの実施例の構成である。このような構成を有
する本発明によるアバランシェフォトダイオ―ドによれ
ば、上述した事項を除いて、図3で前述した従来のアバ
ランシェフォトダイオ―ドと同様の構成を有するので、
詳細説明は省略するが、図4で前述した従来のアバラン
シェフォトダイオ―ドの場合と同様に、アバランシェフ
ォトダイオ―ドとしての機能が、アバランシェ増倍され
た光電流に、少ない雑音しか伴わせずに、しかも、光電
流を、光Lの入射に対する速い応答速度で得ることがで
きる。
バランシェフォトダイオ―ドの場合、図4で前述した従
来のアバランシェフォトダイオ―ドの場合の半導体層7
に対応しているシ―トド―プ層としての半導体層17
が、光吸収層としての半導体層8に比し広いエネルギバ
ンドギャップを有し且つアバランシェ増倍用層としての
半導体領域4を構成しているバリア層としての半導体層
5aと等しいかそれに比し狭いエネルギバンドギャップ
を有することを除いて、図3で前述したアバランシェフ
ォトダイオ―ドの場合と同様の構成を有するので、詳細
説明は省略するが、図3で前述した従来のアバランシェ
フォトダイオ―ドの場合と同様に、アバランシェフォト
ダイオ―ドとしての機能が、アバランシェ増倍された光
電流に、少ない雑音しか伴わせずに、しかも光電流を、
光の入射に対する速い応答速度で得ることができる、と
いう特徴を有する。
バランシェフォトダイオ―ドの場合、シ―トド―プ層と
しての半導体層17が、光吸収層としての半導体層8に
比し広いエネルギバンドギャップを有するので、シ―ト
ド―プ層としての半導体層17の光吸収層としての半導
体層8側とアバランシェ増倍用層としての半導体領域4
側との間に、図4で上述したと同様に、高い電位差が生
じていることによって、半導体層17に、トンネル電流
が、暗電流として流れんとしても、それが効果的に抑圧
される。このため、光電流に、暗電流をほとんど伴わな
いか、伴うとしても、図3で前述した従来のアバランシ
ェフォトダイオ―ドの場合に比し格段的に少ない量でし
か伴わない。
シェフォトダイオ―ドの場合、電極13及び14間の電
圧(V)に対する暗電流が、図2の「従来」で示すよう
に得られるとき、図2の「本発明」で示すように、電圧
の20V以上の高い値で、従来のアバランシェフォトダ
イオ―ドの場合に比し格段的に低い値で得られた。
7が、光吸収層としての半導体層8に比し広いエネルギ
バンドギャップを有しているとしても、アバランシェ増
倍用層としての半導体領域4を構成しているバリア層と
しての半導体層5aと等しいかそれに比し狭いエネルギ
バンドギャップしか有していないので、アバランシェ増
倍用層としての半導体領域4において、光吸収層として
の半導体層8に比し高い加速電界が得られることに変り
がなく、従って、上述した、図3で前述した従来のアバ
ランシェフォトダイオ―ドの場合と同様のアバランシェ
フォトダイオ―ドとしての機能が、効果的に得られるこ
とに変りはない。
ランシェフォトダイオ―ドの1つの実施例を示したに過
ぎず、半導体領域1においてバッファ用層としての半導
体層3を省略した構成とすることもできる。
及び10、または半導体層6及び7を省略した構成とす
ることもできる。
としての半導体層5aがIn 0.52Al 0.48 Asでな
るとき、井戸層としての半導体層5bをIn 0.53 Ga
0.4 7 Asでなるものとすることもでき、さらに、半導
体領域6において、光吸収層としての半導体層8がIn
0.53 Ga 0.47 Asでなるとき、シ―トド―プ層とし
ての半導体層17をInx Ga1-x Asy P1-y (0<
x≦1、0≦y<1)でなるものとすることもでき、も
ちろん、半導体領域1の半導体基板2及び半導体層3、
半導体領域4の超格子構造5の半導体領域5a及び5
b、及び半導体領域6の半導体層17、8及び11の材
料を、上例の場合とは変更して、上例の場合と同様の作
用効果を得るようにすることもでき、その他、本発明の
その他、本発明の精神を脱することなしに、種々の変
型、変更をなし得るであろう。
実施例を示す略線的断面図である。
イオ―ドの暗電流特性を図4に示す従来のアバランシェ
フォトダイオ―ドの場合と対比して示す図である。
線的断面図である。
フォトダイオ―ドの説明に供する内部の各位置における
電界強度分布図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 n型を有する第1の半導体領域と、上記
第1の半導体領域上に形成され且つn型不純物及びp型
不純物のいずれも意図的に導入させていないアバランシ
ェ増倍領域としての第2の半導体領域と、上記第2の半
導体領域上に形成され且つp型を有する第3の半導体領
域と、上記第1及び第3の半導体領域にそれぞれ付され
た第1及び第2の電極とを有し、上記第2の半導体領域
が、バリア層としての第1の半導体層と井戸層としての
第2の半導体層とが交互順次に積層されている超格子構
造を有し、上記第3の半導体領域が、シ―トド―プ層と
しての第3の半導体層と、上記第3の半導体層上に形成
され且つ上記第3の半導体層に比し低い不純物濃度と厚
い厚さとを有する光吸収層としての第4の半導体層と、
上記第4の半導体層上に形成され且つ上記第4の半導体
層に比し高い不純物濃度を有する第5の半導体層とを有
するアバランシェフォトダイオ―ドにおいて、上記第3
の半導体層が、上記第4の半導体層に比し広いエネルギ
バンドギャップを有し且つ上記第1の半導体層と等しい
かそれに比し狭いエネルギバンドギャップを有すること
を特徴とするアバランシェフォトダイオ―ド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3070620A JP2877215B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | アバランシェフォトダイオ―ド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3070620A JP2877215B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | アバランシェフォトダイオ―ド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04282874A JPH04282874A (ja) | 1992-10-07 |
JP2877215B2 true JP2877215B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=13436840
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3070620A Expired - Lifetime JP2877215B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | アバランシェフォトダイオ―ド |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2877215B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109148623A (zh) * | 2018-08-20 | 2019-01-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种具有低噪声的AlGaN基雪崩光电二极管及制备方法 |
Families Citing this family (2)
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) |
JP2001332759A (ja) | 2000-03-16 | 2001-11-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アバランシェフォトダイオード |
-
1991
- 1991-03-11 JP JP3070620A patent/JP2877215B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109148623A (zh) * | 2018-08-20 | 2019-01-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种具有低噪声的AlGaN基雪崩光电二极管及制备方法 |
CN109148623B (zh) * | 2018-08-20 | 2020-06-26 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种具有低噪声的AlGaN基雪崩光电二极管及制备方法 |
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---|---|
JPH04282874A (ja) | 1992-10-07 |
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