JP3157509B2 - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体受光素子に関し、詳しくはチャープ型
の超格子構造を利用し、広い波長域に対応することがで
き、特に半導体基材のエネルギーギャップに相当する光
波長よりも長い波長域において、最大感度および半値全
幅を任意に設計できる半導体受光素子に関する。
の超格子構造を利用し、広い波長域に対応することがで
き、特に半導体基材のエネルギーギャップに相当する光
波長よりも長い波長域において、最大感度および半値全
幅を任意に設計できる半導体受光素子に関する。
［従来の技術］ 最近の光情報処理に必要な光検出デバイスには光波長
領域の広がりとともに高感度化、高速応答性や２次元処
理、信頼性、簡便化の要求を満たす必要性が高くなって
いる。これらの要求に応えるために、かっての光電池、
光電子倍増管等から半導体受光素子等が盛んに用いられ
るようになってきている。
領域の広がりとともに高感度化、高速応答性や２次元処
理、信頼性、簡便化の要求を満たす必要性が高くなって
いる。これらの要求に応えるために、かっての光電池、
光電子倍増管等から半導体受光素子等が盛んに用いられ
るようになってきている。
このような半導体受光素子として、GaAsやInGaAs等の
半導体が提案されている。
半導体が提案されている。
しかしながら、これらの半導体受光素子は第１図の半
導体エネルギーバンド図に示されるように、半導体基材
の有するエネルギーギャップEg1＝Ec−Ev（Ec:伝導帯エ
ネルギー、Ev:価電子帯エネルギー）よりも大きなエネ
ルギー（ｈν＜Eg1 … ）、つまり式で決まる波
長よりも短い波長の光についてのみ感度を有する。
導体エネルギーバンド図に示されるように、半導体基材
の有するエネルギーギャップEg1＝Ec−Ev（Ec:伝導帯エ
ネルギー、Ev:価電子帯エネルギー）よりも大きなエネ
ルギー（ｈν＜Eg1 … ）、つまり式で決まる波
長よりも短い波長の光についてのみ感度を有する。
従って、式で決まる波長よりも長い波長の光に感度
を有する受光素子を作製するには、より小さなエネルギ
ーギャップ（Eg2＜Eg1）の半導体基材を用意する必要が
あり、そのために新たに原料、装置、作製条件や方法を
求めなければならない。
を有する受光素子を作製するには、より小さなエネルギ
ーギャップ（Eg2＜Eg1）の半導体基材を用意する必要が
あり、そのために新たに原料、装置、作製条件や方法を
求めなければならない。
また受光素子の最適または最大感度およびその半値全
幅は半導体基材そのものでほぼ決定され設計の自由度が
少ない。
幅は半導体基材そのものでほぼ決定され設計の自由度が
少ない。
一方、半導体として多重量子井戸型超格子構造を有す
るものが提案されている。ここでいう多重量子井戸型超
格子構造とは、異なる２種類以上の半導体薄膜を同一周
期で繰り返し積み重ねて得られ、第２図に示されるよう
な量子（ポテンシャル）井戸層（Ｂ）と障壁層（Ａ）を
有する量子井戸構造を持つものである。同図において、
LZは量子井戸層の巾、LBは障壁層の厚みを示し、またΔ
Ec、ΔEvは伝導帯、価電子帯の障壁の高さ（エネルギー
バンドの不連続の大きさ）をそれぞれ示す。このような
多重量子井戸型超格子構造を有する半導体の一例とし
て、GaAsとAlXGa1-XAsとのヘテロ接合からなるものがあ
る。
るものが提案されている。ここでいう多重量子井戸型超
格子構造とは、異なる２種類以上の半導体薄膜を同一周
期で繰り返し積み重ねて得られ、第２図に示されるよう
な量子（ポテンシャル）井戸層（Ｂ）と障壁層（Ａ）を
有する量子井戸構造を持つものである。同図において、
LZは量子井戸層の巾、LBは障壁層の厚みを示し、またΔ
Ec、ΔEvは伝導帯、価電子帯の障壁の高さ（エネルギー
バンドの不連続の大きさ）をそれぞれ示す。このような
多重量子井戸型超格子構造を有する半導体の一例とし
て、GaAsとAlXGa1-XAsとのヘテロ接合からなるものがあ
る。
この多重量子井戸型超格子構造を有する半導体は、次
のようにして得られるものである。なお、この半導体に
おいて、Al1-XGaXAsのｘを0.3としたものである。
のようにして得られるものである。なお、この半導体に
おいて、Al1-XGaXAsのｘを0.3としたものである。
すなわち、上述した第２図において、半導体基材Ａ
（Al0.3Ga0.7As）と半導体基材Ｂ（GaAs）とを各々厚み
LB（30nm以上）、LZ（20nm以下）にとり交互に積層する
と、Ｂ部に形成される量子井戸層内に、Ｂ（GaAs）部の
伝導帯底より、 ΔEn（h2/2m＊）（πn/LZ）２（ｎ＝1,2,3,…） なるエネルギー位置にサブバンドが形成される。ここで
ΔＥはエネルギー固有値、ｍ＊は電子の有効質量、ｈは
プランク定数である。また、量子井戸層の価電子帯側に
も同様のサブバンドが形成される。
（Al0.3Ga0.7As）と半導体基材Ｂ（GaAs）とを各々厚み
LB（30nm以上）、LZ（20nm以下）にとり交互に積層する
と、Ｂ部に形成される量子井戸層内に、Ｂ（GaAs）部の
伝導帯底より、 ΔEn（h2/2m＊）（πn/LZ）２（ｎ＝1,2,3,…） なるエネルギー位置にサブバンドが形成される。ここで
ΔＥはエネルギー固有値、ｍ＊は電子の有効質量、ｈは
プランク定数である。また、量子井戸層の価電子帯側に
も同様のサブバンドが形成される。
ｎ＝１なるレベルΔE1に電子が充満した状態、例えば
GaAsの量子井戸層にｎ型の不純物Si,Sn,Se等を1016cm-3
以上の密度でドーピングし、熱エネルギーによりΔE1レ
ベルに多数の電子が存在する状態において、ΔEc（0.3e
V）よりエネルギーの大きい光（波長＜４μｍ）を照射
するとΔE1レベルの電子はＡの障壁層を超えて励起され
自由電子となり、外部電界を印加することにより電流信
号としてとり出せる。
GaAsの量子井戸層にｎ型の不純物Si,Sn,Se等を1016cm-3
以上の密度でドーピングし、熱エネルギーによりΔE1レ
ベルに多数の電子が存在する状態において、ΔEc（0.3e
V）よりエネルギーの大きい光（波長＜４μｍ）を照射
するとΔE1レベルの電子はＡの障壁層を超えて励起され
自由電子となり、外部電界を印加することにより電流信
号としてとり出せる。
この場合の光吸収係数の光波長スペクトラムが第３図
に示されるピークである。同図に示されるように、1.0
μｍ未満のGaAsの光吸収に加えて、4.0μｍ近傍に光吸
収のピークが見られる。このピーク半値全幅はGaAs量子
井戸層が１〜２個の場合であり、多数の同一量子井戸層
を形成することにより、ピーク半値全幅は狭められ、一
方ピーク吸収係数は大きくなり、この波長域で波長分布
に広がりを有する入射光に対する受光素子として用いる
には困難である。
に示されるピークである。同図に示されるように、1.0
μｍ未満のGaAsの光吸収に加えて、4.0μｍ近傍に光吸
収のピークが見られる。このピーク半値全幅はGaAs量子
井戸層が１〜２個の場合であり、多数の同一量子井戸層
を形成することにより、ピーク半値全幅は狭められ、一
方ピーク吸収係数は大きくなり、この波長域で波長分布
に広がりを有する入射光に対する受光素子として用いる
には困難である。
従って、同一材料を用い、広い波長域に対応可能であ
り、半値全幅を任意に設計し得る半導体受光素子が求め
られている。
り、半値全幅を任意に設計し得る半導体受光素子が求め
られている。
本発明の目的は、広い波長域に対応することができ、
特に半導体基材のエネルギーギャップに相当する光波長
（光吸収端）よりも長い波長域に対応して最大感度およ
びその半値全幅を任意に設計し得る半導体受光素子を提
供することにある。
特に半導体基材のエネルギーギャップに相当する光波長
（光吸収端）よりも長い波長域に対応して最大感度およ
びその半値全幅を任意に設計し得る半導体受光素子を提
供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の上記目的は２種類以上の半導体基材薄膜を交
互に積層して作成される格子構造を形成する半導体薄膜
に不純物を一定キャリア濃度でドーピングするか、或い
は該半導体薄膜の組成割合を特定し、かつ各々の半導体
薄膜の膜厚、不純物濃度、組成を順次変化させることに
より得られるチャープした超格子構造を用いることによ
って達成される。
互に積層して作成される格子構造を形成する半導体薄膜
に不純物を一定キャリア濃度でドーピングするか、或い
は該半導体薄膜の組成割合を特定し、かつ各々の半導体
薄膜の膜厚、不純物濃度、組成を順次変化させることに
より得られるチャープした超格子構造を用いることによ
って達成される。
すなわち本発明の半導体受光素子は、超格子構造を形
成する半導体薄膜に不純物をドーピングすることによ
り、障壁層および量子井戸層のエネルギーレベルを調整
するか、或いは該半導体薄膜の組成割合を特定すること
によって、障壁層の高さを調整し、このことにより伝導
帯障壁層の高さに相当するエネルギーギャップを光吸収
領域として使用し、かつチャープした超格子構造を用い
たことを特徴とする。
成する半導体薄膜に不純物をドーピングすることによ
り、障壁層および量子井戸層のエネルギーレベルを調整
するか、或いは該半導体薄膜の組成割合を特定すること
によって、障壁層の高さを調整し、このことにより伝導
帯障壁層の高さに相当するエネルギーギャップを光吸収
領域として使用し、かつチャープした超格子構造を用い
たことを特徴とする。
本発明に用いられる超格子構造とは、上述のように異
なる２種類以上の半導体薄膜を積み重ねて得られ、第２
図に示されるような量子井戸層と障壁層を有する多重量
子井戸型構造を持つものである。
なる２種類以上の半導体薄膜を積み重ねて得られ、第２
図に示されるような量子井戸層と障壁層を有する多重量
子井戸型構造を持つものである。
この多重量子井戸型超格子構造を構成する半導体基材
は２種以上の半導体によるヘテロ接合である。また、こ
こで用いられる半導体としてはGaAs、AlAs、AlXGa1-XA
s、InXGa1-XAs等の周期律表第III族の第Ｖ族の組合せ、
ZnSe,ZnTe等の周期律表第III族と第VI族の組合せ、GeS
e,PbTe等の周期律表第IV族と第VI族の組合せ、もしくは
Ge,Siといった単一元素半導体が挙げられる。
は２種以上の半導体によるヘテロ接合である。また、こ
こで用いられる半導体としてはGaAs、AlAs、AlXGa1-XA
s、InXGa1-XAs等の周期律表第III族の第Ｖ族の組合せ、
ZnSe,ZnTe等の周期律表第III族と第VI族の組合せ、GeS
e,PbTe等の周期律表第IV族と第VI族の組合せ、もしくは
Ge,Siといった単一元素半導体が挙げられる。
この多重量子井戸型超格子構造は、分子線エピタキシ
ー（MBE）や有機金属気相堆積（MOCVD）法によって得ら
れるが、特にガスセルを用いるガスソースMBEによって
得られたものが皮膜の安定性、均一性等から好ましく採
用される。
ー（MBE）や有機金属気相堆積（MOCVD）法によって得ら
れるが、特にガスセルを用いるガスソースMBEによって
得られたものが皮膜の安定性、均一性等から好ましく採
用される。
本発明では、これらの半導体薄膜に一定のキャリア濃
度を有するドナーやアクセプターといった不純物をドー
ピングし、ｎ型やｐ型とし、障壁層および量子井戸層の
エネルギーレベルを調整する。ｎ型不純物としては、S
i,Ge,Sn等が例示され、また、ｐ型不純物としては、Be,
Mn,Ge等が例示される。このような半導体薄膜に不純物
をドーピングするには、上記したMBE法等による半導体
薄膜の成長時に、不純物を半導体薄膜原料と共に、例え
ば蒸発源セルを用い、これを熱分解したり、電子銃によ
り基板表面に照射することによりなされる。
度を有するドナーやアクセプターといった不純物をドー
ピングし、ｎ型やｐ型とし、障壁層および量子井戸層の
エネルギーレベルを調整する。ｎ型不純物としては、S
i,Ge,Sn等が例示され、また、ｐ型不純物としては、Be,
Mn,Ge等が例示される。このような半導体薄膜に不純物
をドーピングするには、上記したMBE法等による半導体
薄膜の成長時に、不純物を半導体薄膜原料と共に、例え
ば蒸発源セルを用い、これを熱分解したり、電子銃によ
り基板表面に照射することによりなされる。
このように、半導体薄膜に不純物をドーピングするこ
とによって、障壁層および量子井戸層のエネルギーレベ
ルが調整され、伝導帯障壁層の高さに相当するエネルギ
ーギャップを光吸収領域とすることができる。
とによって、障壁層および量子井戸層のエネルギーレベ
ルが調整され、伝導帯障壁層の高さに相当するエネルギ
ーギャップを光吸収領域とすることができる。
本発明では、上記のように半導体薄膜に一定のキャリ
ア濃度を有するドナーやアクセプターといった不純物を
ドーピングし、ｎ型やｐ型としないで、半導体薄膜の組
成割合を特定してもよい。この組成割合を特定するに
は、上記したMBE法等による半導体薄膜の成長時に、各
半導体薄膜原料の供給量を制御することによりなされ
る。
ア濃度を有するドナーやアクセプターといった不純物を
ドーピングし、ｎ型やｐ型としないで、半導体薄膜の組
成割合を特定してもよい。この組成割合を特定するに
は、上記したMBE法等による半導体薄膜の成長時に、各
半導体薄膜原料の供給量を制御することによりなされ
る。
このように、半導体薄膜の組成割合を特定することに
よって、障壁層の高さが調整され、伝導帯障壁層の高さ
に相当するエネルギーギャップを光吸収領域とすること
もできる。
よって、障壁層の高さが調整され、伝導帯障壁層の高さ
に相当するエネルギーギャップを光吸収領域とすること
もできる。
そして、本発明では半導体薄膜に不純物をドーピング
したり、該半導体薄膜の組成割合を特定するのみなら
ず、チャープ型の超格子構造が用いられる。ここでいう
チャープ型の超格子構造とは、上記多重量子井戸型超格
子構造において、障壁層および量子井戸層のエネルギー
レベルや量子井戸層の幅や高さを逐次変化させるもので
ある。このようにチャープ型の超格子とするには、半導
体薄膜の膜厚、不純物濃度、組成割合の少なくともいず
れかを順次変化することによりなされる。すなわち、半
導体薄膜の膜厚を順次変化させることにより、量子井戸
層の幅が逐次変化し、光吸収領域が段階的に変化するた
め、広い波長域に対応することができ、最大感度および
半値全幅を任意に設計できる。また、同様に、半導体薄
膜の不純物濃度を順次変化させることにより、障壁層お
よび量子井戸層のエネルギーレベルが変化し、広い波長
域に対応できることとなる。さらに、半導体薄膜の組成
割合を順次変化させることにより、量子井戸層の高さが
変化し、広い波長域に対応できることとなる。もちろ
ん、これらの半導体薄膜の膜厚、不純物濃度、組成割合
をおのおの組合せて、チャープ型の超格子としてもよ
い。
したり、該半導体薄膜の組成割合を特定するのみなら
ず、チャープ型の超格子構造が用いられる。ここでいう
チャープ型の超格子構造とは、上記多重量子井戸型超格
子構造において、障壁層および量子井戸層のエネルギー
レベルや量子井戸層の幅や高さを逐次変化させるもので
ある。このようにチャープ型の超格子とするには、半導
体薄膜の膜厚、不純物濃度、組成割合の少なくともいず
れかを順次変化することによりなされる。すなわち、半
導体薄膜の膜厚を順次変化させることにより、量子井戸
層の幅が逐次変化し、光吸収領域が段階的に変化するた
め、広い波長域に対応することができ、最大感度および
半値全幅を任意に設計できる。また、同様に、半導体薄
膜の不純物濃度を順次変化させることにより、障壁層お
よび量子井戸層のエネルギーレベルが変化し、広い波長
域に対応できることとなる。さらに、半導体薄膜の組成
割合を順次変化させることにより、量子井戸層の高さが
変化し、広い波長域に対応できることとなる。もちろ
ん、これらの半導体薄膜の膜厚、不純物濃度、組成割合
をおのおの組合せて、チャープ型の超格子としてもよ
い。
以下、本発明の内容をさらに詳細に説明する。
先ず、半導体基材Ａ（Al0.3Ga0.7As）と半導体基材Ｂ
（GaAs）を用い、多重量子井戸型超格子構造を製造する
際に、半導体基材Ａをｐ型不純物を一定のキャリア濃度
でドーピングし、一方、半導体基材Ｂにｎ型不純物を一
定のキャリア濃度でドーピングするのみならず、各半導
体薄膜の膜厚を順次変化させると、量子井戸層の幅が段
階的に変化し、第４図（ａ）に示されるようなエネルギ
ー帯図を有するチャープ型超格子構造が得られる。
（GaAs）を用い、多重量子井戸型超格子構造を製造する
際に、半導体基材Ａをｐ型不純物を一定のキャリア濃度
でドーピングし、一方、半導体基材Ｂにｎ型不純物を一
定のキャリア濃度でドーピングするのみならず、各半導
体薄膜の膜厚を順次変化させると、量子井戸層の幅が段
階的に変化し、第４図（ａ）に示されるようなエネルギ
ー帯図を有するチャープ型超格子構造が得られる。
また、半導体薄膜に対する不純物のドーピング量を順
次変化させると、障壁層および量子井戸層のエネルギー
ベルが順次変化し、第４図（ｂ）に示されるようなｎ型
不純物を井戸層（Ｂ）にドーピングするに従い、井戸層
のエネルギー準位分布が変化するチャープ型格子構造が
得られる。
次変化させると、障壁層および量子井戸層のエネルギー
ベルが順次変化し、第４図（ｂ）に示されるようなｎ型
不純物を井戸層（Ｂ）にドーピングするに従い、井戸層
のエネルギー準位分布が変化するチャープ型格子構造が
得られる。
さらに、各半導体薄膜の組成割合、具体的にはAl1-XG
aXのｘ、例えば0.3からを順次変化させると、障壁層の
高さが段階的変化し、第４図（ｃ）に示されるようなエ
ネルギー帯図を有するチャープ型超格子構造が得られ
る。
aXのｘ、例えば0.3からを順次変化させると、障壁層の
高さが段階的変化し、第４図（ｃ）に示されるようなエ
ネルギー帯図を有するチャープ型超格子構造が得られ
る。
が得られる。
このような第４図（ａ）〜（ｃ）に示されるエネルギ
ー帯図を有するチャープ型超格子構造を用いることによ
り、第５図（ａ）または（ｂ）に示されるような所定の
波長域に対応した広いピーク半値全幅を有するテーブル
状の光吸収が得られる。
ー帯図を有するチャープ型超格子構造を用いることによ
り、第５図（ａ）または（ｂ）に示されるような所定の
波長域に対応した広いピーク半値全幅を有するテーブル
状の光吸収が得られる。
従って、本発明により半導体基材のエネルギーギャッ
プに相当する光波長（光吸収端）よりも長い波長域にお
いて、最大感度を有し、かつ広い半値全幅を有する半導
体受光素子が任意に得られる。なお、この説明はAlGaAs
とGaAsの組み合わせで説明したが、上述のように他の半
導体薄層を組合せた超格子構造でも同様である。
プに相当する光波長（光吸収端）よりも長い波長域にお
いて、最大感度を有し、かつ広い半値全幅を有する半導
体受光素子が任意に得られる。なお、この説明はAlGaAs
とGaAsの組み合わせで説明したが、上述のように他の半
導体薄層を組合せた超格子構造でも同様である。
［実施例］ 以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例１ ｎ−GaAs基板（キャリア密度ｎ＝２×1018cm-3）上
に、ｎ−GaAsエピタキシャル層（キャリア密度ｎ＝１×
1018cm-3、厚み0.2μｍ）、さらにチャーブ型超格子層
（Ａ層はｐ−Al0.5Ga0.5Asでキャリア濃度３×1017cm-3
のBeをドーピング、厚み300Å;B層はｎ−In0.3Ga0.7As
で、キャリア濃度５×1016cm-3のSiをドーピング、最深
層が80Åで表面に最も近い層が180Åまで線形に厚みを
変化させた；井戸数約50）、ｎ−GaAsオーミック層（キ
ャリア濃度ｎ＝１×1018cm-3、厚み0.2μｍ）を順次積
層した。ｎ−GaAs基板側にはAuGe/Ni金属を蒸着し、ｎ
−GaAsオーミック層側にはAuGe/Niのリング状電極を形
成し、第６図に示されるような光検出デバイスを得た。
に、ｎ−GaAsエピタキシャル層（キャリア密度ｎ＝１×
1018cm-3、厚み0.2μｍ）、さらにチャーブ型超格子層
（Ａ層はｐ−Al0.5Ga0.5Asでキャリア濃度３×1017cm-3
のBeをドーピング、厚み300Å;B層はｎ−In0.3Ga0.7As
で、キャリア濃度５×1016cm-3のSiをドーピング、最深
層が80Åで表面に最も近い層が180Åまで線形に厚みを
変化させた；井戸数約50）、ｎ−GaAsオーミック層（キ
ャリア濃度ｎ＝１×1018cm-3、厚み0.2μｍ）を順次積
層した。ｎ−GaAs基板側にはAuGe/Ni金属を蒸着し、ｎ
−GaAsオーミック層側にはAuGe/Niのリング状電極を形
成し、第６図に示されるような光検出デバイスを得た。
ウエハ両面の電極間に直流バイアスを加えると、第５
図（ａ）に相当する波長で光電流が流れた。
図（ａ）に相当する波長で光電流が流れた。
実施例２ 半絶縁性GaAs基板上に、アンドーピング型GaAs層（厚
み0.3μｍ）、チャーブ型超格子層（Ａ層はAlXGa1-XAs
でアンドーピング型、厚み300Å、最深層がＸ＝0.15よ
り表面に最も近い層でＸ＝0.32までAl成分比を変化させ
た;B層はｎ−GaAsで、キャリア濃度３×1018cm-3のSiを
ドーピング、厚み80Å；井戸数約50）、ｎ−GaAsオーミ
ック層（キャリア濃度ｎ＝１×1018cm-3）を順次積層し
た。ｎ−GaAsオーミック層面にAuGe/Ni金属による対向
電極を形成し、第７図に示されるような光検出デバイス
を得た。
み0.3μｍ）、チャーブ型超格子層（Ａ層はAlXGa1-XAs
でアンドーピング型、厚み300Å、最深層がＸ＝0.15よ
り表面に最も近い層でＸ＝0.32までAl成分比を変化させ
た;B層はｎ−GaAsで、キャリア濃度３×1018cm-3のSiを
ドーピング、厚み80Å；井戸数約50）、ｎ−GaAsオーミ
ック層（キャリア濃度ｎ＝１×1018cm-3）を順次積層し
た。ｎ−GaAsオーミック層面にAuGe/Ni金属による対向
電極を形成し、第７図に示されるような光検出デバイス
を得た。
直流バイアスを印加すると、第５図（ｂ）に対応する
波長で光電流が得られた。
波長で光電流が得られた。
実施例３ ｎ−GaAs基板（キャリア密度ｎ＝２×1018cm-3）上
に、ｎ−GaAsエピタキシャル層（キャリア密度ｎ＝１×
1018cm-3、厚み0.2μｍ）、さらにチャープ型超格子層
（Ａ層はｐ−Al0.4Ga0.6AsでBeをドーピング量を層ごと
にキャリア濃度５×1016cm-3から１×1018cm-3まで変化
させた、厚み300Å;B層はｎ−GaAsで、キャリア濃度５
×1016cm-3のSiをドーピング、厚み120Å；井戸数約5
0）、ｎ−GaAsオーミック層（キャリア濃度ｎ＝１×10
18cm-3、厚み0.2μｍ）を順次積層した。ｎ−GaAs基板
側にはAuGe/Ni金属を蒸着し、ｎ−GaAsオーミック層側
にはAuGe/Niのリング状電極を形成し、第６図に示され
るような光検出デバイスを得た。
に、ｎ−GaAsエピタキシャル層（キャリア密度ｎ＝１×
1018cm-3、厚み0.2μｍ）、さらにチャープ型超格子層
（Ａ層はｐ−Al0.4Ga0.6AsでBeをドーピング量を層ごと
にキャリア濃度５×1016cm-3から１×1018cm-3まで変化
させた、厚み300Å;B層はｎ−GaAsで、キャリア濃度５
×1016cm-3のSiをドーピング、厚み120Å；井戸数約5
0）、ｎ−GaAsオーミック層（キャリア濃度ｎ＝１×10
18cm-3、厚み0.2μｍ）を順次積層した。ｎ−GaAs基板
側にはAuGe/Ni金属を蒸着し、ｎ−GaAsオーミック層側
にはAuGe/Niのリング状電極を形成し、第６図に示され
るような光検出デバイスを得た。
ウエハ両面の電極間に直流バイアスを加えると、5.0
〜6.0μｍ波長近傍に強い光吸収が得られた。
〜6.0μｍ波長近傍に強い光吸収が得られた。
［発明の効果］ 従来の受光素子が受光波長ごとに異なる半導体基材を
使用せざるを得なかったのに対し、本発明によると、次
のような効果を奏する。
使用せざるを得なかったのに対し、本発明によると、次
のような効果を奏する。
（１）同一材料を使用し、超格子構造を形成する半導
体薄膜の膜厚、不純物のドーピング量、組成割合を組合
せて変化させるのみで、受光波長に最適感度を有する受
光素子を設計できる。
体薄膜の膜厚、不純物のドーピング量、組成割合を組合
せて変化させるのみで、受光波長に最適感度を有する受
光素子を設計できる。
（２）最適受光感度を有する波長を連続的に変化させ
た受光素子を設計できる。
た受光素子を設計できる。
（３）受光感度を有する半値全幅を任意に設計でき
る。
る。
（４）吸収波長域上、従来使用できなかった半導体基
材が使用できる。
材が使用できる。
このような本発明の半導体受光素子によって、広い波
長域に対応することができ、特に半導体基材のエネルギ
ーギャップに相当する光波長よりも長い波長域におい
て、最大感度および半値全幅を任意に設計できる。
長域に対応することができ、特に半導体基材のエネルギ
ーギャップに相当する光波長よりも長い波長域におい
て、最大感度および半値全幅を任意に設計できる。
第１図は、単一半導体のエネルギーバンド図、 第２図は、多重量子井戸型超格子構造のエネルギー帯
図、 第３図は、GaAsの吸収係数および多重量子井戸型超格子
構造の光吸収係数の光波長スペクトラム、 第４図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明に係るチャー
プ型超格子構造のエネルギー帯図の一例、 第５図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明に係るチ
ャープ型超格子構造の光吸収係数の光波長スペクトラム
の一例、そして、 第６〜７図は、実施例１〜３によりそれぞれ得られた光
検出デバイス。
図、 第３図は、GaAsの吸収係数および多重量子井戸型超格子
構造の光吸収係数の光波長スペクトラム、 第４図（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明に係るチャー
プ型超格子構造のエネルギー帯図の一例、 第５図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明に係るチ
ャープ型超格子構造の光吸収係数の光波長スペクトラム
の一例、そして、 第６〜７図は、実施例１〜３によりそれぞれ得られた光
検出デバイス。
Claims (4)
- 【請求項１】２種類以上の半導体基材薄膜を交互に積層
して作成される量子井戸層と障壁層を有する多重量子井
戸型構造の超格子構造を形成する半導体薄膜に、不純物
をドーピングすることにより、障壁層及び量子井戸層の
エネルギーレベルを調整し、 隣接する伝導帯側の量子井戸層と伝導帯側の障壁層間
で、その伝導帯側の量子井戸層内の量子化レベルにある
電子が、受光した光吸収により前記伝導帯側の障壁層以
上に光励起されて自由電子になるように構成したもので
あり、 前記超格子構造に垂直にバイアスを印加することにより
前記伝導帯側の障壁層の高さに相当するエネルギーギャ
ップを光吸収領域として使用し、 かつチャープした超格子構造を用いたことを特徴とする
半導体受光素子。 - 【請求項２】前記チャープが半導体薄膜の膜厚、不純物
濃度、組成割合の少なくともいずれかを順次変化するこ
とによりなされる請求項１に記載の半導体受光素子。 - 【請求項３】２種類以上の半導体基材薄膜を交互に積層
して作成される量子井戸層と障壁層を有する多重量子井
戸型構造の超格子構造を形成する半導体薄膜の組成割合
を特定することによって、前記障壁層の高さを調整し、 隣接する伝導帯側の量子井戸層と伝導帯側の障壁層間
で、その伝導帯側の量子井戸層内の量子化レベルにある
電子が、受光した光吸収により前記伝導帯側の障壁層以
上に光励起されて自由電子になることにより前記伝導帯
側の障壁層の高さに相当するエネルギーギャップ（ΔE
c）を光吸収領域として使用し、 かつチャープした超格子構造を用いたことを特徴とする
半導体受光素子。 - 【請求項４】前記チャープが半導体薄膜の膜厚、不純物
濃度、組成割合の少なくともいずれかを順次変化するこ
とによりなされる請求項３に記載の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15544490A JP3157509B2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15544490A JP3157509B2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0448786A JPH0448786A (ja) | 1992-02-18 |
| JP3157509B2 true JP3157509B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=15606173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15544490A Expired - Fee Related JP3157509B2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3157509B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100232135B1 (ko) * | 1996-12-16 | 1999-12-01 | 구자홍 | 포토트랜지스터 제조방법 |
| US6504171B1 (en) * | 2000-01-24 | 2003-01-07 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Chirped multi-well active region LED |
| JP2009038071A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光検出器 |
-
1990
- 1990-06-15 JP JP15544490A patent/JP3157509B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0448786A (ja) | 1992-02-18 |
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