JP2995744B2 - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JP2995744B2 JP2995744B2 JP1072124A JP7212489A JP2995744B2 JP 2995744 B2 JP2995744 B2 JP 2995744B2 JP 1072124 A JP1072124 A JP 1072124A JP 7212489 A JP7212489 A JP 7212489A JP 2995744 B2 JP2995744 B2 JP 2995744B2
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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、超高速光検出器に用いられる半導体の積層
構造に関するものである。
構造に関するものである。
（従来の技術） 従来の光検出器は、主に光吸収層とウィンドウ層より
成っており、光検出可能な波長は、光吸収層の光吸収端
と、ウィンドウ層の吸収端の間の広い範囲に渡っている
ため、光の入射は検出できるが、その光の波長がいかな
るものか同定することは出来なかった（ジャーナル・オ
ブ・クオンタム・エレクトロニクスQE−17,232ページ19
81年）。
成っており、光検出可能な波長は、光吸収層の光吸収端
と、ウィンドウ層の吸収端の間の広い範囲に渡っている
ため、光の入射は検出できるが、その光の波長がいかな
るものか同定することは出来なかった（ジャーナル・オ
ブ・クオンタム・エレクトロニクスQE−17,232ページ19
81年）。
（発明が解決しようとする問題点） このため、従来は光の強弱に関する情報のみを使って
おり、光の波長に関する情報に関しては、直接的には検
出できないでいた。本発明の目的は、この光の波長に関
して直接的に検出出来る半導体の積層構造を提供するこ
とにある。
おり、光の波長に関する情報に関しては、直接的には検
出できないでいた。本発明の目的は、この光の波長に関
して直接的に検出出来る半導体の積層構造を提供するこ
とにある。
（問題を解決するための手段） 本発明による光検出器は化合物半導体基板上に複数個
の量子井戸構造が積層され、前記量子井戸構造は歪と光
吸収端エネルギー値を有する２つ以上の量子井戸層から
なる光吸収層を備え、かつ前記量子井戸層は（111）面
を有することを特徴とする。
の量子井戸構造が積層され、前記量子井戸構造は歪と光
吸収端エネルギー値を有する２つ以上の量子井戸層から
なる光吸収層を備え、かつ前記量子井戸層は（111）面
を有することを特徴とする。
（作用） 以下図面を用いて本発明の作用を説明する。第１図
は、本発明による光検出器に用いる半導体積層構造のバ
ンド図を示す。ここで歪の入った半導体層11内は、ピエ
ゾエレクトリック効果により第１図のように積層方向に
変化している。半導体層11は（111）面を有し、かつ化
合物半導体である。歪の入った半導体層11内では、量子
効果のため、第１図のE1という遷移エネルギーを有す
る。さて、入射光エネルギーがE1以上の光に対しては、
半導体層11は光吸収層となる。そのさい、半導体層11
は、上述のようにバンドが変化しているので光を吸収
し、励起された電子及び正孔は、互いに逆の方向に半導
体層11内を動く。この動きにより、もともとのバンドの
変化を打ち消す双極子モーメントが生じ、瞬間的に外部
に電圧変化をもたらす。このようにエネルギーE1以上の
光に対して、本積層構造は、光検出器の働きをする。さ
てこのE1というエネルギーは、主に半導体層11の組成と
半導体膜厚により、自由に設計することが出来る。ま
た、もともとの歪層11内のバンド変化の方向は、引張性
の応力がかかる場合と圧縮性の応力のかかる場合とでそ
れぞれ逆の方向をとることが出来るので、それを考慮す
ると、入射光の波長により、外部にさまざまな電圧を発
生させることが可能である。
は、本発明による光検出器に用いる半導体積層構造のバ
ンド図を示す。ここで歪の入った半導体層11内は、ピエ
ゾエレクトリック効果により第１図のように積層方向に
変化している。半導体層11は（111）面を有し、かつ化
合物半導体である。歪の入った半導体層11内では、量子
効果のため、第１図のE1という遷移エネルギーを有す
る。さて、入射光エネルギーがE1以上の光に対しては、
半導体層11は光吸収層となる。そのさい、半導体層11
は、上述のようにバンドが変化しているので光を吸収
し、励起された電子及び正孔は、互いに逆の方向に半導
体層11内を動く。この動きにより、もともとのバンドの
変化を打ち消す双極子モーメントが生じ、瞬間的に外部
に電圧変化をもたらす。このようにエネルギーE1以上の
光に対して、本積層構造は、光検出器の働きをする。さ
てこのE1というエネルギーは、主に半導体層11の組成と
半導体膜厚により、自由に設計することが出来る。ま
た、もともとの歪層11内のバンド変化の方向は、引張性
の応力がかかる場合と圧縮性の応力のかかる場合とでそ
れぞれ逆の方向をとることが出来るので、それを考慮す
ると、入射光の波長により、外部にさまざまな電圧を発
生させることが可能である。
今吸収端エネルギーの異なる２つの量子井戸層を考え
る。２つの吸収端エネルギーE1,E2（E1＜E2）とする
と、入射光エネルギーＥがE1＜Ｅ＜E2の時は、一方の量
子井戸層による光吸収が生じ、Ｅ＞E2の時は、両方の量
子井戸層による光吸収が生じる。このため、前記の効果
により入射光エネルギーＥの変化に伴い、外部に発生す
る電圧は変化する。従って外部に発生する電圧をモニタ
ーすることにより入射光エネルギーをあるエネルギー範
囲において判定できる。
る。２つの吸収端エネルギーE1,E2（E1＜E2）とする
と、入射光エネルギーＥがE1＜Ｅ＜E2の時は、一方の量
子井戸層による光吸収が生じ、Ｅ＞E2の時は、両方の量
子井戸層による光吸収が生じる。このため、前記の効果
により入射光エネルギーＥの変化に伴い、外部に発生す
る電圧は変化する。従って外部に発生する電圧をモニタ
ーすることにより入射光エネルギーをあるエネルギー範
囲において判定できる。
外部に発生する電圧は入射光強度により変化し、吸収
飽和を起こさない範囲では入射光強度が大きいほど電圧
は大きくなる。
飽和を起こさない範囲では入射光強度が大きいほど電圧
は大きくなる。
またその時間応答は、量子井戸内に閉じ込められた電
子、正孔が再結合する時間に関係しており、ナノ秒程度
である。
子、正孔が再結合する時間に関係しており、ナノ秒程度
である。
（実施例） 以下図面を用いて本発明の実施例について説明する。
第２図（ａ）は、本発明第１の実施例による積層構造
の断面図、（ｂ）は、そのエネルギーバンド構造図であ
る。これは分子線エピタキシー法により製作したもので
ある。製作手順は、SnドープInP（111）Ｂ基板21上に、
SiドープIn0.52Al0.48Asバッファー層22を１μｍ積み、
その上に、InPと約−１％の格子歪を有するIn0.4Al0.6A
s層23を100Å、InPと約＋１％の格子歪を有するIn0.65G
a0.35As層24を100Åを交互に40周期積み、更に100ÅのI
n0.65Al0.35As層26と100ÅのIn0.4Ga0.6As層27を交互に
40周期積み、最後にBeドープIn0.52Al0.48As層29を0.5
μｍ積む。このように量子井戸層とバリア層の歪の方向
を逆にするのは、これにより、多重量子井戸全体として
InP基板に格子整合させ、光吸収層である多重量子井戸
層を転位なしで厚く積むためである。第２図（ｂ）中の
エネルギーE1、E2は、それぞれの多重量子井戸の遷移エ
ネルギーである。本実施例の場合、このエネルギーの違
いは量子井戸層の組成の違いによる。この積層構造のBe
ドープIn0.52Al0.48As層29の上に中空円状のＰ型オーミ
ック電極31を形成し、また下のInP基板にもｎ型オーミ
ック電極30を形成し、上の窓の部分より波長を変えた光
を入射したときの両端に表われた電圧を示したのが第３
図である。エネルギーE1以下の光に対しては、電圧はほ
ぼ0Vであったが、E1以上E2以下のエネルギーの光に対し
ては、約4Vの電圧が発生した。これは、このエネルギー
の光が、基板21に近い多重量子井戸でのみ吸収され、量
子井戸層内のバンドの傾きを打ち消したためと考えられ
る。更にE2以上のエネルギーの光を入射させると、表面
に近い方の多重量子井戸層で光が吸収され、その一部が
基板21に近い多重量子井戸に吸収されるという状況とな
る。この２つの多重量子井戸の量子井戸層では、ハンド
の傾きが逆なので互いに電圧の発生の向きが異なる。こ
のため第３図に示したような入射光エネルギー−電圧曲
線となる。このように光の入射光エネルギーを検出する
ことができる。
の断面図、（ｂ）は、そのエネルギーバンド構造図であ
る。これは分子線エピタキシー法により製作したもので
ある。製作手順は、SnドープInP（111）Ｂ基板21上に、
SiドープIn0.52Al0.48Asバッファー層22を１μｍ積み、
その上に、InPと約−１％の格子歪を有するIn0.4Al0.6A
s層23を100Å、InPと約＋１％の格子歪を有するIn0.65G
a0.35As層24を100Åを交互に40周期積み、更に100ÅのI
n0.65Al0.35As層26と100ÅのIn0.4Ga0.6As層27を交互に
40周期積み、最後にBeドープIn0.52Al0.48As層29を0.5
μｍ積む。このように量子井戸層とバリア層の歪の方向
を逆にするのは、これにより、多重量子井戸全体として
InP基板に格子整合させ、光吸収層である多重量子井戸
層を転位なしで厚く積むためである。第２図（ｂ）中の
エネルギーE1、E2は、それぞれの多重量子井戸の遷移エ
ネルギーである。本実施例の場合、このエネルギーの違
いは量子井戸層の組成の違いによる。この積層構造のBe
ドープIn0.52Al0.48As層29の上に中空円状のＰ型オーミ
ック電極31を形成し、また下のInP基板にもｎ型オーミ
ック電極30を形成し、上の窓の部分より波長を変えた光
を入射したときの両端に表われた電圧を示したのが第３
図である。エネルギーE1以下の光に対しては、電圧はほ
ぼ0Vであったが、E1以上E2以下のエネルギーの光に対し
ては、約4Vの電圧が発生した。これは、このエネルギー
の光が、基板21に近い多重量子井戸でのみ吸収され、量
子井戸層内のバンドの傾きを打ち消したためと考えられ
る。更にE2以上のエネルギーの光を入射させると、表面
に近い方の多重量子井戸層で光が吸収され、その一部が
基板21に近い多重量子井戸に吸収されるという状況とな
る。この２つの多重量子井戸の量子井戸層では、ハンド
の傾きが逆なので互いに電圧の発生の向きが異なる。こ
のため第３図に示したような入射光エネルギー−電圧曲
線となる。このように光の入射光エネルギーを検出する
ことができる。
第４図（ａ）は本発明の第２の実施例の積層構造の断
面図、（ｂ）は、その入射光エネルギーと電圧の関係を
示したものである。本実施例では量子井戸層のバンドの
変化の方向は同じであるが、その量子井戸層の膜厚が異
なるため遷移のエネルギーに差が生じている。
面図、（ｂ）は、その入射光エネルギーと電圧の関係を
示したものである。本実施例では量子井戸層のバンドの
変化の方向は同じであるが、その量子井戸層の膜厚が異
なるため遷移のエネルギーに差が生じている。
量子井戸層中のバンドの変化の方向が同方向のため、
発生する電圧の方向は同じであり、第４図（ｂ）のよう
な曲線が得られた。この構造においても光の入射エネル
ギーを検出することが可能である。
発生する電圧の方向は同じであり、第４図（ｂ）のよう
な曲線が得られた。この構造においても光の入射エネル
ギーを検出することが可能である。
以上ここでは本発明の２つの実施例について述べた
が、本発明は、半導体結晶方法、例えば有機気相成長方
法でも良い。また材料の種類は、量子井戸層に歪の入る
組み合わせであれば、例えばInGaAs/GaAs系などであっ
ても、発明の効果は得られる。これは、II−VI族化合物
の組み合わせであってもよい。更に実施例においては基
板は（111）Ｂ面を用いたがこれは（111）Ａ面を用いて
よい。
が、本発明は、半導体結晶方法、例えば有機気相成長方
法でも良い。また材料の種類は、量子井戸層に歪の入る
組み合わせであれば、例えばInGaAs/GaAs系などであっ
ても、発明の効果は得られる。これは、II−VI族化合物
の組み合わせであってもよい。更に実施例においては基
板は（111）Ｂ面を用いたがこれは（111）Ａ面を用いて
よい。
（発明の効果） 本発明によれば、入射光のエネルギーを検出すること
のできる超高速な光検出器を得ることが出来る。
のできる超高速な光検出器を得ることが出来る。
第１図は、本発明の積層構造のバンド構造図、第２図
（ａ）は第１の実施例による光検出器の模式的断面図、
第２図（ｂ）はそのバンド構造図であり、第３図は光検
出器の入射光エネルギーと発生する電圧特性を示した
図、第４図（ａ）は第２の実施例による積層構造の断面
図、（ｂ）はその入射光エネルギーと発生する電圧の関
係を示した図である。 図において、 11……歪の入った半導体層、21……SnドープInP（111）
Ｂ基板、22……SiドープIn0.52Al0.48Asバッファー層、
23……In0.4Al0.6As層、24……In0.65Ga0.35As層、25…
…In0.65Ga0.35As層、26……In0.65Al0.35As層、27……
In0.4Ga0.6As層、28……In0.4Ga0.6As層、29……Beドー
プIn0.52Al0.48As層、30……ｎ型オーミック電極、31…
…Ｐ型オーミック電極、E1……遷移エネルギー、E2……
遷移エネルギー、41……SnドープInP（111）Ｂ基板、42
……SiドープIn0.52Al0.48Asバッファー層、43……In
0.4Al0.6As層、44……In0.65Ga0.35As層、45……In0.65
Ga0.35As層、46……In0.4Al0.6As層、47……In0.65Ga
0.35As層、48……In0.65Ga0.35As層、49……BeドープIn
0.52Al0.48As層。
（ａ）は第１の実施例による光検出器の模式的断面図、
第２図（ｂ）はそのバンド構造図であり、第３図は光検
出器の入射光エネルギーと発生する電圧特性を示した
図、第４図（ａ）は第２の実施例による積層構造の断面
図、（ｂ）はその入射光エネルギーと発生する電圧の関
係を示した図である。 図において、 11……歪の入った半導体層、21……SnドープInP（111）
Ｂ基板、22……SiドープIn0.52Al0.48Asバッファー層、
23……In0.4Al0.6As層、24……In0.65Ga0.35As層、25…
…In0.65Ga0.35As層、26……In0.65Al0.35As層、27……
In0.4Ga0.6As層、28……In0.4Ga0.6As層、29……Beドー
プIn0.52Al0.48As層、30……ｎ型オーミック電極、31…
…Ｐ型オーミック電極、E1……遷移エネルギー、E2……
遷移エネルギー、41……SnドープInP（111）Ｂ基板、42
……SiドープIn0.52Al0.48Asバッファー層、43……In
0.4Al0.6As層、44……In0.65Ga0.35As層、45……In0.65
Ga0.35As層、46……In0.4Al0.6As層、47……In0.65Ga
0.35As層、48……In0.65Ga0.35As層、49……BeドープIn
0.52Al0.48As層。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に化合物半導体から成る複数
個の量子井戸構造が積層され前記量子井戸構造は異なる
光吸収端エネルギー値と歪を有する２つ以上の量子井戸
層から成る光吸収層を備え、しかも前記量子井戸層は
（111）面を有する化合物半導体層であることを特徴と
する光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1072124A JP2995744B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1072124A JP2995744B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02250379A JPH02250379A (ja) | 1990-10-08 |
| JP2995744B2 true JP2995744B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=13480270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1072124A Expired - Fee Related JP2995744B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2995744B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5369362B2 (ja) * | 2005-03-01 | 2013-12-18 | ソニー株式会社 | 物理情報取得装置およびその製造方法 |
| JP2008153311A (ja) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子、視界支援装置および生体医療装置 |
-
1989
- 1989-03-23 JP JP1072124A patent/JP2995744B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02250379A (ja) | 1990-10-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |