JP2998375B2 - 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
- Publication number
- JP2998375B2 JP2998375B2 JP3338651A JP33865191A JP2998375B2 JP 2998375 B2 JP2998375 B2 JP 2998375B2 JP 3338651 A JP3338651 A JP 3338651A JP 33865191 A JP33865191 A JP 33865191A JP 2998375 B2 JP2998375 B2 JP 2998375B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- superlattice
- type
- well
- band
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低雑音・低暗電流・高
速応答特性を有する半導体受光素子に関する。
速応答特性を有する半導体受光素子に関する。
【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１．３〜１．６μｍに適応できるＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓ系アバランシェ・フォトダイオード
（ＡＰＤ）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・トラップの制御により、利得帯域幅（ＧＢ）
積７５ＧＨｚの高速化が実現されている。
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１．３〜１．６μｍに適応できるＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓ系アバランシェ・フォトダイオード
（ＡＰＤ）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・トラップの制御により、利得帯域幅（ＧＢ）
積７５ＧＨｚの高速化が実現されている。
【０００３】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（イオン化率化が小さいほど
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。
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（イオン化率化が小さいほど
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。
【０００４】そこで、カパッソ（Ｆ．Ｃａｐａｓｓｏ）
等はアプライド・フイジックス・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△Ｅｃ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・フイジッ
クス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、
ｐ．９９３−９９５、５５（１０）巻、１９８９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。そのアバランシェ増倍層のバイ
アス印加時のエネルギーバンド図を図３に示す。３１は
ｎ- 型Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0 . 48 Ａｓ障壁層、３２はｎ
- Ｉｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ井戸層であり、３１と
３２の繰り返しが超格子アバランシェ増倍層を構成して
いる。また、３３、３４はそれぞれ伝導帯不連続量△Ｅ
ｃ、価電子帯不連続量△Ｅｖである。また、３５、３６
は電子と正孔である。３７は同一井戸内のバンド間トン
ネル遷移を示す。この構造では伝導帯不連続量△Ｅｃが
０．５ｅＶと価電子帯不連続量△Ｅｖ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３５の方が正孔３６より大き
く、これによって電子３５がイオン化しきい値エネルギ
ーに達しやすくすることで電子イオン化率を増大させ、
イオン化率比α／βの増大を図っている。
等はアプライド・フイジックス・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△Ｅｃ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・フイジッ
クス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、
ｐ．９９３−９９５、５５（１０）巻、１９８９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。そのアバランシェ増倍層のバイ
アス印加時のエネルギーバンド図を図３に示す。３１は
ｎ- 型Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0 . 48 Ａｓ障壁層、３２はｎ
- Ｉｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ井戸層であり、３１と
３２の繰り返しが超格子アバランシェ増倍層を構成して
いる。また、３３、３４はそれぞれ伝導帯不連続量△Ｅ
ｃ、価電子帯不連続量△Ｅｖである。また、３５、３６
は電子と正孔である。３７は同一井戸内のバンド間トン
ネル遷移を示す。この構造では伝導帯不連続量△Ｅｃが
０．５ｅＶと価電子帯不連続量△Ｅｖ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３５の方が正孔３６より大き
く、これによって電子３５がイオン化しきい値エネルギ
ーに達しやすくすることで電子イオン化率を増大させ、
イオン化率比α／βの増大を図っている。
【０００５】
【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、増倍率が数倍以
上の実用的使用領域において、超格子アバランシェ増倍
層中の禁制帯幅の小さな井戸層（ｎ- −型Ｉｎ0 . 5 3
Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ３２）で発生するトンネル暗電流がμ
Ａオーダー以上に著しく増加し、この暗電流による雑音
増加がイオン化率比改善による低雑音効果を打ち消して
しまう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、増倍率が数倍以
上の実用的使用領域において、超格子アバランシェ増倍
層中の禁制帯幅の小さな井戸層（ｎ- −型Ｉｎ0 . 5 3
Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ３２）で発生するトンネル暗電流がμ
Ａオーダー以上に著しく増加し、この暗電流による雑音
増加がイオン化率比改善による低雑音効果を打ち消して
しまうという欠点を有する。
【０００６】そこで、本発明は、波長１．３〜１．６μ
ｍ帯に受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑音
・高速応答特性と同時に、低暗電流なアバランシェフォ
トダイオードを実現することを目的とする。
ｍ帯に受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑音
・高速応答特性と同時に、低暗電流なアバランシェフォ
トダイオードを実現することを目的とする。
【０００７】
【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、基板と前記基板に格子整合する半導
体超格子増倍層と光吸収層とを備えたアバランシェフォ
トダイオードであって、前記超格子構造の井戸層は２種
類以上の３元半導体で短周期構造を形成し、前記短周期
構造における実効的な禁制帯幅が井戸層を構成する半導
体のバルク状態の禁制帯幅より大きいことを特徴とす
る。
ォトダイオードは、基板と前記基板に格子整合する半導
体超格子増倍層と光吸収層とを備えたアバランシェフォ
トダイオードであって、前記超格子構造の井戸層は２種
類以上の３元半導体で短周期構造を形成し、前記短周期
構造における実効的な禁制帯幅が井戸層を構成する半導
体のバルク状態の禁制帯幅より大きいことを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】本発明は、上述の構成により従来例より特性を
改善した。図１は本発明の素子構造図であり、図２は本
発明のアバランシェフォトダイオードのエネルギーバン
ド構造図である。
改善した。図１は本発明の素子構造図であり、図２は本
発明のアバランシェフォトダイオードのエネルギーバン
ド構造図である。
【０００９】図１において、１１はｎ+ 型半導体基板、
１２はｎ型バッファー層、１３は本発明の特徴であるｎ
- 型超格子アバランシェ増倍層である。ｎ- 型超格子ア
バランシェ増倍層１３は半導体障壁層１４と井戸層を構
成する第１種の半導体層１５と同じく井戸層を構成する
第２種の半導体層１６で構成されている。１７はｐ型ワ
イドキャップ電界降下層、１８はｐ- 型光吸収層、１９
はｐ+ 型キャップ層、１１０はｎ側電極、１１１はｐ側
電極、１１２は絶縁保護膜である。
１２はｎ型バッファー層、１３は本発明の特徴であるｎ
- 型超格子アバランシェ増倍層である。ｎ- 型超格子ア
バランシェ増倍層１３は半導体障壁層１４と井戸層を構
成する第１種の半導体層１５と同じく井戸層を構成する
第２種の半導体層１６で構成されている。１７はｐ型ワ
イドキャップ電界降下層、１８はｐ- 型光吸収層、１９
はｐ+ 型キャップ層、１１０はｎ側電極、１１１はｐ側
電極、１１２は絶縁保護膜である。
【００１０】また、図２において、２１は超格子障壁
層、２２は超格子井戸層を構成する第１種半導体層、及
び、２３は超格子井戸層を構成する第２種半導体層であ
る。２４はミニバンド（電子）、２５はミニバンド（正
孔）である。２６は井戸層の実効的禁制帯幅、２７は第
２種半導体層２３のバルク状態における禁制帯幅であ
る。
層、２２は超格子井戸層を構成する第１種半導体層、及
び、２３は超格子井戸層を構成する第２種半導体層であ
る。２４はミニバンド（電子）、２５はミニバンド（正
孔）である。２６は井戸層の実効的禁制帯幅、２７は第
２種半導体層２３のバルク状態における禁制帯幅であ
る。
【００１１】これらの図を用いて本発明の作用を説明す
る。
る。
【００１２】図３に示す従来例のＩｎ0 . 5 2 Ａｌ
0 . 4 8 Ａｓ／Ｉｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 47 Ａｓ超格子増
倍層の井戸層の禁制帯幅は０．７５ｅＶと小さいため、
増倍率が数倍以上の実用的使用領域、すなわち電界強度
３５０〜４００ｋＶ／ｃｍにおいて、同一井戸内でのバ
ンド間トンネル遷移３７による暗電流がμＡオーダ以上
に著しく増加する。
0 . 4 8 Ａｓ／Ｉｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 47 Ａｓ超格子増
倍層の井戸層の禁制帯幅は０．７５ｅＶと小さいため、
増倍率が数倍以上の実用的使用領域、すなわち電界強度
３５０〜４００ｋＶ／ｃｍにおいて、同一井戸内でのバ
ンド間トンネル遷移３７による暗電流がμＡオーダ以上
に著しく増加する。
【００１３】これに対して、図２に示す本発明の構成で
は超格子井戸層が、２種類以上の半導体の短周期超格子
により等価的に該半導体の混晶と見なせる層となってお
り、短周期構造によってミニバンド２４、２５が形成さ
れ、その実効的禁制帯幅２６は該井戸層を構成する第２
種半導体層２３のバルク状態における禁制帯幅２７より
も大きくなっている。したがって、本構造では、井戸層
内でのバンド間トンネル遷移による暗電流を、禁制帯幅
の大きさに伴って指数関数的に減少させることができ
る。ミニバンドによる伝導帯不連続量△Ｅｃの減少量を
０．２ｅＶ程度以下とすれば、電子のヘテロ界面で獲得
するエネルギー値（伝導帯不連続量△Ｅｃ）は顕著に減
少しないのでイオン化率比α／β・雑音特性の劣化は顕
著でない。
は超格子井戸層が、２種類以上の半導体の短周期超格子
により等価的に該半導体の混晶と見なせる層となってお
り、短周期構造によってミニバンド２４、２５が形成さ
れ、その実効的禁制帯幅２６は該井戸層を構成する第２
種半導体層２３のバルク状態における禁制帯幅２７より
も大きくなっている。したがって、本構造では、井戸層
内でのバンド間トンネル遷移による暗電流を、禁制帯幅
の大きさに伴って指数関数的に減少させることができ
る。ミニバンドによる伝導帯不連続量△Ｅｃの減少量を
０．２ｅＶ程度以下とすれば、電子のヘテロ界面で獲得
するエネルギー値（伝導帯不連続量△Ｅｃ）は顕著に減
少しないのでイオン化率比α／β・雑音特性の劣化は顕
著でない。
【００１４】以上の作用と効果により、本発明の構造に
よりイオン化率比α／β改善による低雑音特性と高速応
答特性を損なうことなしに、井戸層でのトンネル暗電流
の発生を抑制したアバランシェ・フォトダイオードが実
現できる。
よりイオン化率比α／β改善による低雑音特性と高速応
答特性を損なうことなしに、井戸層でのトンネル暗電流
の発生を抑制したアバランシェ・フォトダイオードが実
現できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例として、ＩｎＰに格子
整合するＩｎＡｌＡｓ／（ＩｎＡｌＡｓ）m （ＩｎＧａ
Ａｓ）n 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ＩｎＡｌＡｓ／（ＩｎＡｌＡｓ）m （ＩｎＧａ
Ａｓ）n 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。
【００１６】図１、図２に示す本発明である半導体受光
素子を以下の工程によって製作した。
素子を以下の工程によって製作した。
【００１７】ｎ+ 型ＩｎＰ基板１１上に、ｎ型ＩｎＰバ
ッファ層１２を１μｍ厚に、キャリア濃度〜１×１０
1 5 ｃｍ- 3 のｎ- 型Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0 . 4 8 Ａｓ障
壁層１４と（Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0 . 4 8 Ａｓ）m ／（Ｉ
ｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ）n 短周期超格子井戸層
（順に１５及び、１６）よりなる超格子増倍層を０．５
μｍ厚に、キャリア濃度〜１×１０1 7 ｃｍ- 3 のｐ+
型ＩｎＰ電界降下層１７を０．２μｍ、キャリア濃度〜
２×１０1 5 ｃｍ- 3 のｐ- 型Ｉｎ0 . 5 3 Ｇａ
0. 4 7 Ａｓ光吸収層１８を〜１．５μｍ厚に、キャリ
ア濃度〜５×１０1 8 ｃｍ- 3 のｐ+ 型ＩｎＰキャップ
層１９を１μｍ厚に順次、有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ）を用いて成長する。この超格子は、厚さ１０Ａの
Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0. 4 8 Ａｓ１５、厚さ２０ＡのＩｎ
0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ１６、の４周期よりなる短周
期超格子井戸層と、厚さ１５０ＡのＩｎ0 . 5 2 Ａｌ
0 . 4 8 Ａｓ障壁層１４とを交互に１２周期積層した構
造である。
ッファ層１２を１μｍ厚に、キャリア濃度〜１×１０
1 5 ｃｍ- 3 のｎ- 型Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0 . 4 8 Ａｓ障
壁層１４と（Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0 . 4 8 Ａｓ）m ／（Ｉ
ｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ）n 短周期超格子井戸層
（順に１５及び、１６）よりなる超格子増倍層を０．５
μｍ厚に、キャリア濃度〜１×１０1 7 ｃｍ- 3 のｐ+
型ＩｎＰ電界降下層１７を０．２μｍ、キャリア濃度〜
２×１０1 5 ｃｍ- 3 のｐ- 型Ｉｎ0 . 5 3 Ｇａ
0. 4 7 Ａｓ光吸収層１８を〜１．５μｍ厚に、キャリ
ア濃度〜５×１０1 8 ｃｍ- 3 のｐ+ 型ＩｎＰキャップ
層１９を１μｍ厚に順次、有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ）を用いて成長する。この超格子は、厚さ１０Ａの
Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0. 4 8 Ａｓ１５、厚さ２０ＡのＩｎ
0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ１６、の４周期よりなる短周
期超格子井戸層と、厚さ１５０ＡのＩｎ0 . 5 2 Ａｌ
0 . 4 8 Ａｓ障壁層１４とを交互に１２周期積層した構
造である。
【００１８】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直径５０μｍ円形メサを
形成し、絶縁保護膜１１２を形成する。ｐ側電極１１１
をＡｕ Ｚｎで形成した後、裏面研磨を行ってからｎ側
電極１１０をＡｕＧｅで形成した。
ットエッチングの技術を用いて直径５０μｍ円形メサを
形成し、絶縁保護膜１１２を形成する。ｐ側電極１１１
をＡｕ Ｚｎで形成した後、裏面研磨を行ってからｎ側
電極１１０をＡｕＧｅで形成した。
【００１９】上記の実施例の構造と、超格子井戸層を同
一厚みのＩｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7Ａｓ層で構成した従
来例（他の構造は同じ）の構造を比較した結果、従来例
では初期入力光１μＡ（波長１．５５μｍ）の時の増倍
率１０を与えるバイアス時の暗電流は数１０μＡである
のに対して、本発明の構造では同様の暗電流値は０．１
μＡ以下と著しく小さい値であった。増倍雑音特性は両
者とも波長１．５５μｍ光で増倍率１０の時の過剰雑音
指数は４〜４．５ｄＢと実効イオン化率比〜１０程度の
低雑音性が確認された。従来例では、暗電流による雑音
が数倍以上の増倍率において増倍雑音を上回ったが、本
発明の構造では暗電流による雑音は増倍雑音に比べて無
視しうる価であった。また、高周波特性については両者
とも最大帯域、ＧＢ積は各々〜９ＧＨｚ、〜８０ＧＨｚ
と良好であった。
一厚みのＩｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7Ａｓ層で構成した従
来例（他の構造は同じ）の構造を比較した結果、従来例
では初期入力光１μＡ（波長１．５５μｍ）の時の増倍
率１０を与えるバイアス時の暗電流は数１０μＡである
のに対して、本発明の構造では同様の暗電流値は０．１
μＡ以下と著しく小さい値であった。増倍雑音特性は両
者とも波長１．５５μｍ光で増倍率１０の時の過剰雑音
指数は４〜４．５ｄＢと実効イオン化率比〜１０程度の
低雑音性が確認された。従来例では、暗電流による雑音
が数倍以上の増倍率において増倍雑音を上回ったが、本
発明の構造では暗電流による雑音は増倍雑音に比べて無
視しうる価であった。また、高周波特性については両者
とも最大帯域、ＧＢ積は各々〜９ＧＨｚ、〜８０ＧＨｚ
と良好であった。
【００２０】本実施例では、ｎ- 型半導体の組み合わせ
による超格子を用いたが、ｐ- 型、あるいは、高抵抗の
場合でも同様である。また短周期超格子の層厚は超格子
に印加する電界強度により適宜変化させても、本発明の
主旨にそうものであることは言うまでもない。
による超格子を用いたが、ｐ- 型、あるいは、高抵抗の
場合でも同様である。また短周期超格子の層厚は超格子
に印加する電界強度により適宜変化させても、本発明の
主旨にそうものであることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】本発明によって、波長１．３〜１．６μ
ｍ帯に受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑音
・高速応答特性と同時に低暗電流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。
ｍ帯に受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑音
・高速応答特性と同時に低暗電流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構造
図である。
図である。
【図２】本発明のアバランシェフォトダイオードの超格
子増倍層のエネルギーバンド図である。
子増倍層のエネルギーバンド図である。
【図３】従来例の超格子増倍層のエネルギーバンド図で
ある。
ある。
１１ ｎ+ 型半導体基板 １２ ｎ型バッファー層 １３ ｎ- 型超格子アバランシェ増倍層 １４ ｎ- 型超格子アバランシェ増倍層１３を構成する
半導体層障壁層 １５ ｎ- 型超格子アバランシェ増倍層１３の井戸層を
構成する第１種の半導体層 １６ ｎ- 型超格子アバランシェ増倍層１３の井戸層を
構成する第２種の半導体層 １７ ｐ型ワイドギャップ電界降下層 １８ ｐ- 型光吸収層 １９ ｐ+ 型キャップ層 １１０ ｎ側電極 １１１ ｐ側電極 １１２ 絶縁保護膜 ２１ 超格子障壁層 ２２ 超格子井戸層を構成する第１種半導体層 ２３ 超格子井戸層を構成する第２種半導体層 ２４ ミニバンド（電子） ２５ ミニバンド（正孔） ２６ 井戸層の実効的禁制帯幅 ２７ 第２種半導体層２３のバルク状態における禁制帯
幅 ３１ ｎ- 型Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0 . 4 8 Ａｓ障壁層 ３２ ｎ- 型Ｉｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ井戸層 ３３ 伝導帯不連続量△Ｅｃ ３４ 価電子帯不連続量△Ｅｖ ３５ 電子 ３６ 正孔 ３７ 同一井戸内のバンド間トンネル遷移
半導体層障壁層 １５ ｎ- 型超格子アバランシェ増倍層１３の井戸層を
構成する第１種の半導体層 １６ ｎ- 型超格子アバランシェ増倍層１３の井戸層を
構成する第２種の半導体層 １７ ｐ型ワイドギャップ電界降下層 １８ ｐ- 型光吸収層 １９ ｐ+ 型キャップ層 １１０ ｎ側電極 １１１ ｐ側電極 １１２ 絶縁保護膜 ２１ 超格子障壁層 ２２ 超格子井戸層を構成する第１種半導体層 ２３ 超格子井戸層を構成する第２種半導体層 ２４ ミニバンド（電子） ２５ ミニバンド（正孔） ２６ 井戸層の実効的禁制帯幅 ２７ 第２種半導体層２３のバルク状態における禁制帯
幅 ３１ ｎ- 型Ｉｎ0 . 5 2 Ａｌ0 . 4 8 Ａｓ障壁層 ３２ ｎ- 型Ｉｎ0 . 5 3 Ｇａ0 . 4 7 Ａｓ井戸層 ３３ 伝導帯不連続量△Ｅｃ ３４ 価電子帯不連続量△Ｅｖ ３５ 電子 ３６ 正孔 ３７ 同一井戸内のバンド間トンネル遷移
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/10 - 31/119
Claims (2)
- 【請求項１】 基板と前記基板に格子整合する半導体超
格子増倍層と光吸収層とを備えたアバランシェフォトダ
イオードであって、前記超格子構造の井戸層は２種類以
上の３元半導体で短周期構造を形成し、前記短周期構造
における実効的な禁制帯幅が井戸層を構成する半導体の
バルク状態の禁制帯幅より大きい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】 前記基板がＩｎＰであり、前記短周期構
造の井戸層が（ＩｎＡｌＡｓ）と（ＩｎＧａＡｓ）とを
交互に積層した構造であることを特徴とする請求項１記
載のアバランシェフォトダイオード。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3338651A JP2998375B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | アバランシェフォトダイオード |
| EP92311628A EP0549292B1 (en) | 1991-12-20 | 1992-12-21 | Avalanche photodiode |
| DE69218157T DE69218157T2 (de) | 1991-12-20 | 1992-12-21 | Lawinenfotodiode |
| US07/993,706 US5338947A (en) | 1991-12-20 | 1992-12-21 | Avalanche photodiode including a multiplication layer and a photoabsorption layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3338651A JP2998375B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05211344A JPH05211344A (ja) | 1993-08-20 |
| JP2998375B2 true JP2998375B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=18320183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3338651A Expired - Lifetime JP2998375B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5338947A (ja) |
| EP (1) | EP0549292B1 (ja) |
| JP (1) | JP2998375B2 (ja) |
| DE (1) | DE69218157T2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3318391B2 (ja) * | 1993-06-14 | 2002-08-26 | ローム株式会社 | 半導体発光装置 |
| JPH07115184A (ja) * | 1993-08-24 | 1995-05-02 | Canon Inc | 積層型固体撮像装置及びその製造方法 |
| JP2762939B2 (ja) * | 1994-03-22 | 1998-06-11 | 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 |
| JP2601231B2 (ja) * | 1994-12-22 | 1997-04-16 | 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 |
| US5771256A (en) * | 1996-06-03 | 1998-06-23 | Bell Communications Research, Inc. | InP-based lasers with reduced blue shifts |
| US5757057A (en) * | 1997-06-25 | 1998-05-26 | Advanced Photonix, Inc. | Large area avalanche photodiode array |
| US5831322A (en) * | 1997-06-25 | 1998-11-03 | Advanced Photonix, Inc. | Active large area avalanche photodiode array |
| 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 |
| AU2002216611A1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-08 | Board Of Regents, The University Of Texas System | A theory of the charge multiplication process in avalanche photodiodes |
| JP2003168818A (ja) * | 2001-09-18 | 2003-06-13 | Anritsu Corp | 順メサ型アバランシェフォトダイオード及びその製造方法 |
| US6720588B2 (en) | 2001-11-28 | 2004-04-13 | Optonics, Inc. | Avalanche photodiode for photon counting applications and method thereof |
| US8239176B2 (en) * | 2008-02-13 | 2012-08-07 | Feng Ma | Simulation methods and systems for carriers having multiplications |
| US10381502B2 (en) * | 2015-09-09 | 2019-08-13 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc | Multicolor imaging device using avalanche photodiode |
| JP6776888B2 (ja) * | 2016-12-26 | 2020-10-28 | 住友電気工業株式会社 | 光スイッチ及び光スイッチ装置 |
| JP7344912B2 (ja) * | 2018-07-11 | 2023-09-14 | エスアールアイ インターナショナル | 過剰雑音の出ない線形モードアバランシェフォトダイオード |
| 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 |
| CN110690314B (zh) * | 2019-09-05 | 2023-06-27 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 吸收层与倍增层为分离结构的紫外探测器及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03227074A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-08 | Nec Corp | 半導体光検出器 |
| JP2937404B2 (ja) * | 1990-04-18 | 1999-08-23 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子 |
| US5204539A (en) * | 1991-01-28 | 1993-04-20 | Nec Corporation | Avalanche photodiode with hetero-periodical structure |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP3338651A patent/JP2998375B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-12-21 US US07/993,706 patent/US5338947A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-21 EP EP92311628A patent/EP0549292B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-21 DE DE69218157T patent/DE69218157T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0549292A1 (en) | 1993-06-30 |
| JPH05211344A (ja) | 1993-08-20 |
| DE69218157D1 (de) | 1997-04-17 |
| DE69218157T2 (de) | 1998-02-05 |
| US5338947A (en) | 1994-08-16 |
| EP0549292B1 (en) | 1997-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2998375B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2937404B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2845081B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS6328506B2 (ja) | ||
| EP0497279B1 (en) | Avalanche photodiode | |
| JP2941349B2 (ja) | 超格子ａｐｄ | |
| US5432361A (en) | Low noise avalanche photodiode having an avalanche multiplication layer of InAlAs/InGaAlAs | |
| JPH0521829A (ja) | 半導体装置 | |
| US5324959A (en) | Semiconductor optical device having a heterointerface therein | |
| Kagawa et al. | InGaAs/InAlAs superlattice avalanche photodiode with a separated photoabsorption layer | |
| Watanabe et al. | Gain-bandwidth product analysis of InAlGaAs-InAlAs superlattice avalanche photodiodes | |
| JPH0661521A (ja) | アバランシェホトダイオード | |
| JP2844822B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2745826B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP3061203B2 (ja) | 半導体受光装置 | |
| JPH051629B2 (ja) | ||
| JP2671569B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2700492B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2739824B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP3018589B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH05291609A (ja) | 光半導体装置 | |
| JP2669040B2 (ja) | アバランシェ・フオトダイオード | |
| Dries et al. | In0. 53Ga0. 47As/In0. 52Al0. 48As separate absorption, charge, and multiplication layer long wavelength avalanche photodiode | |
| JP2936770B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2819629B2 (ja) | アバランシェ・フォトダイオード |
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: 19991005 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071105 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081105 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081105 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091105 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091105 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101105 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111105 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111105 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121105 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121105 Year of fee payment: 13 |