JP2974053B2 - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JP2974053B2 JP2974053B2 JP8017261A JP1726196A JP2974053B2 JP 2974053 B2 JP2974053 B2 JP 2974053B2 JP 8017261 A JP8017261 A JP 8017261A JP 1726196 A JP1726196 A JP 1726196A JP 2974053 B2 JP2974053 B2 JP 2974053B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，半導体受光素子に
関し，特に高速応答可能な光伝導素子に関する。
関し，特に高速応答可能な光伝導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速・高感度な半導体受光素子として光
伝導素子は注目されており，例えば，１９８４年のアプ
ライド・フィジックス・レターズ（Appl. Phys. Lett.
，以下，従来技術１と呼ぶ) のVol. 44, No. 12,第１
１４２頁に報告がなされている。
伝導素子は注目されており，例えば，１９８４年のアプ
ライド・フィジックス・レターズ（Appl. Phys. Lett.
，以下，従来技術１と呼ぶ) のVol. 44, No. 12,第１
１４２頁に報告がなされている。
【０００３】図４は，従来技術１の光伝導素子を示す斜
視図である。図４において，半絶縁性ＩｎＰ基板４１上
にアンドープＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ（以下，ＩｎＧａＡ
ｓ層と呼ぶ）層４２を１．５μｍの層厚でエピタキシャ
ル成長させ，その一端面に電極４３を形成している。
尚，アンドープＩｎＧａＡｓ層４２は，１００ｎｍ程度
のアンドープＩｎＰバッファ層４５及び１０ｎｍ程度の
アンドープＩｎＰキャップ層４６に挟まれた形となって
いる。電極４３は，ＡｕＧｅＮｉにより電極間隔３μｍ
の櫛形電極とされている。ここで，矢印４４に示すよう
に，光入射時に光キャリアが発生し素子の伝導率が変化
し，それを電流変化として外部検知することにより，信
号認識が可能となる。
視図である。図４において，半絶縁性ＩｎＰ基板４１上
にアンドープＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ（以下，ＩｎＧａＡ
ｓ層と呼ぶ）層４２を１．５μｍの層厚でエピタキシャ
ル成長させ，その一端面に電極４３を形成している。
尚，アンドープＩｎＧａＡｓ層４２は，１００ｎｍ程度
のアンドープＩｎＰバッファ層４５及び１０ｎｍ程度の
アンドープＩｎＰキャップ層４６に挟まれた形となって
いる。電極４３は，ＡｕＧｅＮｉにより電極間隔３μｍ
の櫛形電極とされている。ここで，矢印４４に示すよう
に，光入射時に光キャリアが発生し素子の伝導率が変化
し，それを電流変化として外部検知することにより，信
号認識が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の光伝導素子にお
いて，高速応答特性を達成するには，光吸収によって発
生した電子，正孔等の光キャリアを正負各々の櫛形電極
から高速にスィープアウトする必要がある。それゆえ，
現在まで高速化のため，（イ）光吸収層又は伝導層（以
下，光吸収層と呼ぶ）として，高移動度を有する高純度
層を適用し，光キャリアのスィープアウトを速くするこ
と，及び（ロ）光吸収層として，高キャリア濃度層，或
は多くの再結合センター（欠陥ライク）を有する層を適
用し，光キャリアのライフタイムをスィープアウト時間
より短くし，実効的に高速化すること等が，考えられて
いる。特に上記（イ）の場合，原理上キャリアの走行時
間に依らないため，上記（イ）より更に高速化が期待で
き，例えば，特開昭６３−９６９６９号公報（以下，従
来技術２と呼ぶ）等に例示されている。ところが，上記
（ロ）においては，結晶品質を犠牲にしてキャリアライ
フタイム低減を図っており，このために光吸収−光キャ
リア発生の過程に影響を与え，感度劣化等の問題を生じ
る。
いて，高速応答特性を達成するには，光吸収によって発
生した電子，正孔等の光キャリアを正負各々の櫛形電極
から高速にスィープアウトする必要がある。それゆえ，
現在まで高速化のため，（イ）光吸収層又は伝導層（以
下，光吸収層と呼ぶ）として，高移動度を有する高純度
層を適用し，光キャリアのスィープアウトを速くするこ
と，及び（ロ）光吸収層として，高キャリア濃度層，或
は多くの再結合センター（欠陥ライク）を有する層を適
用し，光キャリアのライフタイムをスィープアウト時間
より短くし，実効的に高速化すること等が，考えられて
いる。特に上記（イ）の場合，原理上キャリアの走行時
間に依らないため，上記（イ）より更に高速化が期待で
き，例えば，特開昭６３−９６９６９号公報（以下，従
来技術２と呼ぶ）等に例示されている。ところが，上記
（ロ）においては，結晶品質を犠牲にしてキャリアライ
フタイム低減を図っており，このために光吸収−光キャ
リア発生の過程に影響を与え，感度劣化等の問題を生じ
る。
【０００５】そこで，本発明の一つの技術的課題は，高
速応答可能且つ高感度な光伝導素子を提供することにあ
る。
速応答可能且つ高感度な光伝導素子を提供することにあ
る。
【０００６】また，本発明の他の技術的課題は，上記光
伝導素子を利用した表面入射型半導体受光素子，裏面入
射型半導体受光素子，及び導波路型半導体受光素子を提
供することにある。
伝導素子を利用した表面入射型半導体受光素子，裏面入
射型半導体受光素子，及び導波路型半導体受光素子を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体受光素子
は，半導体光伝導型素子において，光吸収層が，２０ｎ
ｍ以下に近接したｎ型及びｐ型高濃度デルタドープ層か
らなる周期的なドーピングダイポール領域と、前記ｎ型
及びｐ型高濃度デルタドープ層間の近接距離よりも長い
距離を備えたアンドープ層領域とを１周期とした、多周
期構造から実現される鋸歯型バンド構造を有しているこ
とを特徴としている。
は，半導体光伝導型素子において，光吸収層が，２０ｎ
ｍ以下に近接したｎ型及びｐ型高濃度デルタドープ層か
らなる周期的なドーピングダイポール領域と、前記ｎ型
及びｐ型高濃度デルタドープ層間の近接距離よりも長い
距離を備えたアンドープ層領域とを１周期とした、多周
期構造から実現される鋸歯型バンド構造を有しているこ
とを特徴としている。
【０００８】また，本発明の表面入射型半導体受光素子
は，前記半導体受光素子において，半導体基板上に前記
光吸収層を有し，前記光吸収層上に５μｍ以下に近接し
た櫛形電極を有し，且つその光入射方向が前記櫛形電極
方向であることを特徴としている。
は，前記半導体受光素子において，半導体基板上に前記
光吸収層を有し，前記光吸収層上に５μｍ以下に近接し
た櫛形電極を有し，且つその光入射方向が前記櫛形電極
方向であることを特徴としている。
【０００９】また，本発明の裏面入射型半導体受光素子
は，前記半導体受光素子において，半導体基板上に前記
光吸収層を有し，前記光吸収層上に５μｍ以下に近接し
た櫛形電極を有し，且つその光入射方向が前記半導体基
板方向であることを特徴としている。
は，前記半導体受光素子において，半導体基板上に前記
光吸収層を有し，前記光吸収層上に５μｍ以下に近接し
た櫛形電極を有し，且つその光入射方向が前記半導体基
板方向であることを特徴としている。
【００１０】さらに，本発明の導波路型半導体受光素子
は，前記半導体受光素子において，半導体基板上に前記
光吸収層を有し，前記光吸収層が導波路構造を呈し層上
に５μｍ以下に近接した櫛形電極を有し，且つその光入
射方向が導波方向からなることを特徴としている。
は，前記半導体受光素子において，半導体基板上に前記
光吸収層を有し，前記光吸収層が導波路構造を呈し層上
に５μｍ以下に近接した櫛形電極を有し，且つその光入
射方向が導波方向からなることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】図１は本発明の第１の実施の形態による光
伝導型半導体素子の構造断面図を示す図である。図１を
参照して，本発明の第１の実施の形態による光吸収層又
は光伝導層が従来技術とは異なっている。第１の実施の
形態では，半絶縁性ＩｎＰ基板２１上に，アンドープＩ
ｎＰバッファ層２２を１００ｎｍ，ＩｎＧａＡｓ光吸収
層又は光伝導層２３を７００ｎｍ，アンドープＩｎＰキ
ャップ層２４を１０ｎｍ，順次積層し，その後に，積層
体の端面に，ＡｕＧｅＮｉからなる櫛形電極２５をリフ
トオフ法により形成する。この場合，櫛形電極２５の各
電極片の間の距離は５μｍである。
伝導型半導体素子の構造断面図を示す図である。図１を
参照して，本発明の第１の実施の形態による光吸収層又
は光伝導層が従来技術とは異なっている。第１の実施の
形態では，半絶縁性ＩｎＰ基板２１上に，アンドープＩ
ｎＰバッファ層２２を１００ｎｍ，ＩｎＧａＡｓ光吸収
層又は光伝導層２３を７００ｎｍ，アンドープＩｎＰキ
ャップ層２４を１０ｎｍ，順次積層し，その後に，積層
体の端面に，ＡｕＧｅＮｉからなる櫛形電極２５をリフ
トオフ法により形成する。この場合，櫛形電極２５の各
電極片の間の距離は５μｍである。
【００１３】図２は本発明の第１の実施の形態によるＩ
ｎＧａＡｓ光吸収層２３を示す図である。図２の下図を
参照して，本発明の第１の実施の形態による周期的なド
ーピングダイポール構造により実現される鋸歯型バンド
構造が示されている。このドーピングダイポール構造
は，少なくとも２０ｎｍ以下に近接したｎ型及びｐ型高
濃度デルタドープ（δ−dope）層からなる。ここで，こ
の様な半導体層を光伝導素子の光伝導層でもある光吸収
層２３として適用すると，図２の上図に示した様に，効
率良く矢印１に示された信号線としての入射光２６が入
射すると光吸収によって発生した電子，正孔からなる光
キャリアは，矢印２に示すように，鋸歯型バンド構造の
有する内部電界によりドーピングダイポール領域の近傍
に空間的に編集する。ここで，編集した光キャリアは，
空間的に光キャリアが近接しているため，矢印３に示さ
れた直接再結合及び再結合中心を介した内部再結合等に
より，再結合確率が高まり，次に，ｎ型，ｐ型シートド
ープ領域は高濃度或は欠陥が関与した再結合中心が多い
等により，実効的なライフタイム低減がはかられる。こ
の場合，ライフタイムは光伝導素子の櫛形電極からの電
界スィープアウト時間より短いのが原則である。これに
より，キャリアの走行時間によらないライフタイムに律
速された，超高速の光伝導素子が可能となる。
ｎＧａＡｓ光吸収層２３を示す図である。図２の下図を
参照して，本発明の第１の実施の形態による周期的なド
ーピングダイポール構造により実現される鋸歯型バンド
構造が示されている。このドーピングダイポール構造
は，少なくとも２０ｎｍ以下に近接したｎ型及びｐ型高
濃度デルタドープ（δ−dope）層からなる。ここで，こ
の様な半導体層を光伝導素子の光伝導層でもある光吸収
層２３として適用すると，図２の上図に示した様に，効
率良く矢印１に示された信号線としての入射光２６が入
射すると光吸収によって発生した電子，正孔からなる光
キャリアは，矢印２に示すように，鋸歯型バンド構造の
有する内部電界によりドーピングダイポール領域の近傍
に空間的に編集する。ここで，編集した光キャリアは，
空間的に光キャリアが近接しているため，矢印３に示さ
れた直接再結合及び再結合中心を介した内部再結合等に
より，再結合確率が高まり，次に，ｎ型，ｐ型シートド
ープ領域は高濃度或は欠陥が関与した再結合中心が多い
等により，実効的なライフタイム低減がはかられる。こ
の場合，ライフタイムは光伝導素子の櫛形電極からの電
界スィープアウト時間より短いのが原則である。これに
より，キャリアの走行時間によらないライフタイムに律
速された，超高速の光伝導素子が可能となる。
【００１４】図２において，具体的な数値を挙げれば，
ＩｎＧａＡｓ光吸収層２３は，１周期がＢｅデルタドー
プ層（ｐ型＝１×１０19ｃｍ-3）１０ｎｍ，アンドープ
スペーサ層７．５ｎｍ，Ｓｉデルタドープ層（ｎ型＝１
×１０19ｃｍ-3）１０ｎｍ，アンドープ層４２．５ｎｍ
からなっており，本発明の第１の実施の形態では１０周
期構造となっている。
ＩｎＧａＡｓ光吸収層２３は，１周期がＢｅデルタドー
プ層（ｐ型＝１×１０19ｃｍ-3）１０ｎｍ，アンドープ
スペーサ層７．５ｎｍ，Ｓｉデルタドープ層（ｎ型＝１
×１０19ｃｍ-3）１０ｎｍ，アンドープ層４２．５ｎｍ
からなっており，本発明の第１の実施の形態では１０周
期構造となっている。
【００１５】また，本発明の第１の実施の形態による光
吸収層の効果として，光キャリアの再結合領域をドーピ
ングダイポール領域近傍に特定する事が可能なため，光
吸収層は効率的に光吸収・光キャリア発生に寄与でき
る。このため，高濃度・高欠陥層を光伝導層である光吸
収層として適用した場合に生じていた，光吸収−光キャ
リア発生の過程に起因する感度劣化等の問題を回避出来
る。
吸収層の効果として，光キャリアの再結合領域をドーピ
ングダイポール領域近傍に特定する事が可能なため，光
吸収層は効率的に光吸収・光キャリア発生に寄与でき
る。このため，高濃度・高欠陥層を光伝導層である光吸
収層として適用した場合に生じていた，光吸収−光キャ
リア発生の過程に起因する感度劣化等の問題を回避出来
る。
【００１６】図１において入射光の方向が，符号２６に
示すように，櫛形電極面上からの表面入射の場合が第１
の実施の形態による表面入射型半導体受光素子である。
しかし，入射光の方向が符号２７に示すように，基板側
からの裏面入射の場合を第２の実施の形態による裏面入
射型半導体受光素子と呼ぶ。第３の実施の形態による光
伝導素子は，第２の実施の形態に比較し，櫛形電極の影
効果が除去でき高量子効率が期待できる。
示すように，櫛形電極面上からの表面入射の場合が第１
の実施の形態による表面入射型半導体受光素子である。
しかし，入射光の方向が符号２７に示すように，基板側
からの裏面入射の場合を第２の実施の形態による裏面入
射型半導体受光素子と呼ぶ。第３の実施の形態による光
伝導素子は，第２の実施の形態に比較し，櫛形電極の影
効果が除去でき高量子効率が期待できる。
【００１７】図３は本発明の第３の実施の形態による導
波路型半導体受光素子を示す斜視図である。図３を参照
すると，半絶縁性ＩｎＰ基板２１上に，中央部から台を
なすようにアンドープＩｎＰバッファ層２２，光吸収層
２３，及びアンドープＩｎＰギャップ層２４を順次積層
して形成し，これら積層体の両側を挟むように，アンド
ープＩｎＰ層２９，３０が形成されている。この一端面
に櫛形電極２４が，アンドープＩｎＰギャップ層の表面
上で互い違いに交差するように形成されている。このよ
うに，符号２８に示す断面から入射する導波路型の場合
を導波路型半導体受光素子と呼ぶ。また，第３の実施の
形態による光伝導素子は，本発明の利点を保ちつつフォ
トニク集積素子等での導波デバイスとして適用可能であ
る。
波路型半導体受光素子を示す斜視図である。図３を参照
すると，半絶縁性ＩｎＰ基板２１上に，中央部から台を
なすようにアンドープＩｎＰバッファ層２２，光吸収層
２３，及びアンドープＩｎＰギャップ層２４を順次積層
して形成し，これら積層体の両側を挟むように，アンド
ープＩｎＰ層２９，３０が形成されている。この一端面
に櫛形電極２４が，アンドープＩｎＰギャップ層の表面
上で互い違いに交差するように形成されている。このよ
うに，符号２８に示す断面から入射する導波路型の場合
を導波路型半導体受光素子と呼ぶ。また，第３の実施の
形態による光伝導素子は，本発明の利点を保ちつつフォ
トニク集積素子等での導波デバイスとして適用可能であ
る。
【００１８】以上，本発明の実施の形態による光伝導素
子は超高速・高感度化が，実現可能となる。
子は超高速・高感度化が，実現可能となる。
【００１９】
【発明の効果】以上，説明したように，本発明による光
伝導型半導体受光素子は，光吸収層が，２０ｎｍ以下に
近接したｎ型及びｐ型高濃度デルタドープ層からなる周
期的なドーピングダイポール構造により実現される鋸歯
型バンド構造を有している事により，超高速応答且つ高
感度化が可能となる。
伝導型半導体受光素子は，光吸収層が，２０ｎｍ以下に
近接したｎ型及びｐ型高濃度デルタドープ層からなる周
期的なドーピングダイポール構造により実現される鋸歯
型バンド構造を有している事により，超高速応答且つ高
感度化が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による光伝導型半導
体受光素子を示す図である。
体受光素子を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による基本原理を示
す図であり，光吸収層中に，少なくとも２０ｎｍ以下に
近接したｎ型及びｐ型高濃度デルタドープ層からなる周
期的なドーピングダイポール構造を形成し鋸歯型バンド
構造を有している。
す図であり，光吸収層中に，少なくとも２０ｎｍ以下に
近接したｎ型及びｐ型高濃度デルタドープ層からなる周
期的なドーピングダイポール構造を形成し鋸歯型バンド
構造を有している。
【図３】本発明の第３の実施の形態による導波路構造を
有する光伝導型半導体受光素子を示す図である。
有する光伝導型半導体受光素子を示す図である。
【図４】従来技術による光伝導型半導体受光素子を示す
図である。
図である。
２１，４１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２２，４５ アンドープＩｎＰバッファ層 ２３ Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層（光伝導層）；
７００ｎｍ ２４，４６ アンドープＩｎＰキャップ層；１０ｎｍ ２５ ＡｕＧｅＮｉ櫛形電極：電極間隔５μｍ ２６，２７，２８ 入射光 ２９，３０ アンドープＩｎＰ層 ４２ アンドープＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層３２，１．
５μｍ ４３ ＡｕＧｅＮｉ櫛形電極：電極間隔３μｍ
７００ｎｍ ２４，４６ アンドープＩｎＰキャップ層；１０ｎｍ ２５ ＡｕＧｅＮｉ櫛形電極：電極間隔５μｍ ２６，２７，２８ 入射光 ２９，３０ アンドープＩｎＰ層 ４２ アンドープＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層３２，１．
５μｍ ４３ ＡｕＧｅＮｉ櫛形電極：電極間隔３μｍ
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体光伝導型素子において，光吸収層
が，２０ｎｍ以下に近接したｎ型及びｐ型高濃度デルタ
ドープ層からなる周期的なドーピングダイポール領域
と、前記ｎ型及びｐ型高濃度デルタドープ層間の近接距
離よりも長い距離を備えたアンドープ層領域とを１周期
とした、多周期構造から実現される鋸歯型バンド構造を
有していることを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体受光素子におい
て，半導体基板上に前記光吸収層を有し，前記光吸収層
上に５μｍ以下に近接した櫛形電極を有し，且つその光
入射方向が前記櫛形電極方向であることを特徴とする表
面入射型半導体受光素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の半導体受光素子におい
て，半導体基板上に前記光吸収層を有し，前記光吸収層
上に５μｍ以下に近接した櫛形電極を有し，且つその光
入射方向が前記半導体基板方向であることを特徴とする
裏面入射型半導体受光素子。 - 【請求項４】 請求項１記載の半導体受光素子におい
て，半導体基板上に前記光吸収層を有し，前記光吸収層
が導波路構造を呈し層上に５μｍ以下に近接した櫛形電
極を有し，且つその光入射方向が導波方向からなること
を特徴とする導波路型半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8017261A JP2974053B2 (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8017261A JP2974053B2 (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09213985A JPH09213985A (ja) | 1997-08-15 |
| JP2974053B2 true JP2974053B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=11939035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8017261A Expired - Lifetime JP2974053B2 (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2974053B2 (ja) |
-
1996
- 1996-02-02 JP JP8017261A patent/JP2974053B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09213985A (ja) | 1997-08-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990804 |