JP3287458B2 - 超高速・低電圧駆動アバランシェ増倍型半導体受光素子 - Google Patents
超高速・低電圧駆動アバランシェ増倍型半導体受光素子Info
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- 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
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- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光情報処
理、光計測等で用いられる半導体受光素子に関し、特に
超高速・低電圧駆動アバランシェ増倍型半導体受光素子
に関するものである。
理、光計測等で用いられる半導体受光素子に関し、特に
超高速・低電圧駆動アバランシェ増倍型半導体受光素子
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、波長１〜１．６μｍ帯の光通信用
半導体受光素子として、ＩｎＰ基板上に格子整合したＩ
ｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層（以下ＩｎＧａＡｓ層と略す）を
光吸収層とするＰＩＮ型半導体受光素子（「光通信素子
工学」、米津著、工学図書株式会社刊、３７１頁（１９
８３）に記載）、アバランシェ増倍型半導体受光素子
（エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letter
s）２０巻（１９８４）ｐｐ．６５３−６５４に記載）
が知られている。特に後者は、アバランシェ増倍作用に
よる内部利得効果及び高速応答を有する点で、長距離通
信用として実用化されている。
半導体受光素子として、ＩｎＰ基板上に格子整合したＩ
ｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層（以下ＩｎＧａＡｓ層と略す）を
光吸収層とするＰＩＮ型半導体受光素子（「光通信素子
工学」、米津著、工学図書株式会社刊、３７１頁（１９
８３）に記載）、アバランシェ増倍型半導体受光素子
（エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letter
s）２０巻（１９８４）ｐｐ．６５３−６５４に記載）
が知られている。特に後者は、アバランシェ増倍作用に
よる内部利得効果及び高速応答を有する点で、長距離通
信用として実用化されている。
【０００３】図７に、典型的なＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤの
構造図（アバランシェ増倍型半導体受光素子は以下ＡＰ
Ｄと略す）を示す。動作原理は、ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１３で発生させた光キャリアのうち、正孔が電界により
ＩｎＰアバランシェ増倍層１４に注入され、該アバラン
シェ層には高電界が印加されているので正孔が加速して
衝突イオン化に至るというものである。ＡＰＤの素子特
性上重要な雑音特性や高速特性は、この増倍過程でのキ
ャリアのランダムなイオン化プロセスにより支配され
る。具体的には、増倍層での電子及び正孔のイオン化率
の比が大きくなるほど低雑音特性が期待でき、またこの
イオン化率比が大きいと所定の増倍率を短時間で得るこ
とができ、高速特性も得ることができる。ここで、電子
のイオン化率αと正孔のイオン化率βは、どちらが大き
くてもよく、その差である比α／β（またはβ／α）が
大きいほうが理想的である。
構造図（アバランシェ増倍型半導体受光素子は以下ＡＰ
Ｄと略す）を示す。動作原理は、ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１３で発生させた光キャリアのうち、正孔が電界により
ＩｎＰアバランシェ増倍層１４に注入され、該アバラン
シェ層には高電界が印加されているので正孔が加速して
衝突イオン化に至るというものである。ＡＰＤの素子特
性上重要な雑音特性や高速特性は、この増倍過程でのキ
ャリアのランダムなイオン化プロセスにより支配され
る。具体的には、増倍層での電子及び正孔のイオン化率
の比が大きくなるほど低雑音特性が期待でき、またこの
イオン化率比が大きいと所定の増倍率を短時間で得るこ
とができ、高速特性も得ることができる。ここで、電子
のイオン化率αと正孔のイオン化率βは、どちらが大き
くてもよく、その差である比α／β（またはβ／α）が
大きいほうが理想的である。
【０００４】ところが、このイオン化率比は材料固有の
値であり、上記ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤの増倍層であるＩ
ｎＰでは高々２程度（＝β／α）しかない。一方、波長
０．８μｍ帯で用いられるＳｉ−ＡＰＤでは、Ｓｉ増倍
層のイオン化率比（α／β）は２０〜５０程度もあり、
十分な低雑音特性を有している。よって、波長１〜１．
６μｍ帯の長波長帯においても、イオン化率比を大きく
取れるＡＰＤの出現が待たれていた。
値であり、上記ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤの増倍層であるＩ
ｎＰでは高々２程度（＝β／α）しかない。一方、波長
０．８μｍ帯で用いられるＳｉ−ＡＰＤでは、Ｓｉ増倍
層のイオン化率比（α／β）は２０〜５０程度もあり、
十分な低雑音特性を有している。よって、波長１〜１．
６μｍ帯の長波長帯においても、イオン化率比を大きく
取れるＡＰＤの出現が待たれていた。
【０００５】これに対し、近年、増倍層に超格子構造や
組成傾斜多重層を用いた超格子ＡＰＤやStaircase ＡＰ
Ｄが研究報告されている。これらのＡＰＤは、伝導帯不
連続エネルギーを用いて、電子の衝突イオン化を促進さ
せ、イオン化率比を拡大することを目的として作製され
ている。ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子層を増
倍層に用いた超格子ＡＰＤでは、利得帯域幅積１２０Ｇ
Ｈｚが報告され、実用化可能なレベルに達している（ア
イ・イー・イー・イー フォトニクス テクノロジー
レターズ（IEEE Photonics Technology Letters）５巻
（１９９３）ｐｐ．６７５−６７７に記載）。また、Ｉ
ｎＡｌＡｓ−ＩｎＡｌＧａＡｓ組成傾斜多重層を増倍層
に用いるStaircase ＡＰＤにおいては、超格子ＡＰＤを
上回るイオン化率比が報告されている（アプライド・フ
ィジックス・レターズ（Appl. Phys. Letters）６５巻
（１９９４）ｐｐ．３２４８−３２５０）。
組成傾斜多重層を用いた超格子ＡＰＤやStaircase ＡＰ
Ｄが研究報告されている。これらのＡＰＤは、伝導帯不
連続エネルギーを用いて、電子の衝突イオン化を促進さ
せ、イオン化率比を拡大することを目的として作製され
ている。ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子層を増
倍層に用いた超格子ＡＰＤでは、利得帯域幅積１２０Ｇ
Ｈｚが報告され、実用化可能なレベルに達している（ア
イ・イー・イー・イー フォトニクス テクノロジー
レターズ（IEEE Photonics Technology Letters）５巻
（１９９３）ｐｐ．６７５−６７７に記載）。また、Ｉ
ｎＡｌＡｓ−ＩｎＡｌＧａＡｓ組成傾斜多重層を増倍層
に用いるStaircase ＡＰＤにおいては、超格子ＡＰＤを
上回るイオン化率比が報告されている（アプライド・フ
ィジックス・レターズ（Appl. Phys. Letters）６５巻
（１９９４）ｐｐ．３２４８−３２５０）。
【０００６】一方、上記とは別の原理でイオン化率比を
拡大させるアイディアが複数出されている。その一つ
に、グレーデッドギャップＡＰＤがある（例えば、Ｇａ
Ａｓ及び関連材料に関する国際会議（Int.Symp. GaAs a
nd Related Compounds, Japan,1981, p.473-478）。こ
のＡＰＤは、バンドキャップエネルギーが連続的に傾斜
した増倍層を用いて、ワイドギャップ側からナローギャ
ップ側へ電子を走行させる。キャリアの衝突イオン化
は、経験的にキャリアがバンドギャップの１．５倍以上
のエネルギーを得たときに生じると知られているので、
ナローギャップ側に向けて走行する電子は、衝突イオン
化が生じ易くなる。一方、正孔は、ワイドキャップ側に
走行するので、衝突イオン化は起こりにくい。よって、
イオン化率比を改善することが期待できる。また、ここ
でバンドが傾斜しているということは、内部に擬似電界
を有していることを意味するので、電子に対しては外部
印加電界以上のエネルギーが与えられる。この研究報告
書では、ＡｌxＧａ1-xＡｓ組成からなる増倍層厚０．７
μｍと０．４μｍの素子を比較し、後者のほうがイオン
化率比が大きくなることを示している。但し、原理原則
では、伝導帯の内部電界効果が大きくなるために、電子
の増倍率が拡大するはずであるが、実験結果では電子の
増倍率に大差はなく、正孔の増倍率が抑圧され、その結
果イオン化率比が改善している。このようなＡＰＤに関
する実験的な報告は他にはない。
拡大させるアイディアが複数出されている。その一つ
に、グレーデッドギャップＡＰＤがある（例えば、Ｇａ
Ａｓ及び関連材料に関する国際会議（Int.Symp. GaAs a
nd Related Compounds, Japan,1981, p.473-478）。こ
のＡＰＤは、バンドキャップエネルギーが連続的に傾斜
した増倍層を用いて、ワイドギャップ側からナローギャ
ップ側へ電子を走行させる。キャリアの衝突イオン化
は、経験的にキャリアがバンドギャップの１．５倍以上
のエネルギーを得たときに生じると知られているので、
ナローギャップ側に向けて走行する電子は、衝突イオン
化が生じ易くなる。一方、正孔は、ワイドキャップ側に
走行するので、衝突イオン化は起こりにくい。よって、
イオン化率比を改善することが期待できる。また、ここ
でバンドが傾斜しているということは、内部に擬似電界
を有していることを意味するので、電子に対しては外部
印加電界以上のエネルギーが与えられる。この研究報告
書では、ＡｌxＧａ1-xＡｓ組成からなる増倍層厚０．７
μｍと０．４μｍの素子を比較し、後者のほうがイオン
化率比が大きくなることを示している。但し、原理原則
では、伝導帯の内部電界効果が大きくなるために、電子
の増倍率が拡大するはずであるが、実験結果では電子の
増倍率に大差はなく、正孔の増倍率が抑圧され、その結
果イオン化率比が改善している。このようなＡＰＤに関
する実験的な報告は他にはない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術の欄で述べ
たように、長波長帯ＡＰＤにおいてはイオン化率比改善
が図られており、上記報告例に記載されているように、
超格子ＡＰＤやStaircase ＡＰＤでは周波数帯域１０Ｇ
ｂ／ｓ対応の素子が実現できている。しかしながら、こ
れらの素子は動作電圧が２０Ｖ以上あり、且つ、高電界
印加によるイオン化率比抑圧が生じており、イオン化率
比が３〜６程度に留まっている。
たように、長波長帯ＡＰＤにおいてはイオン化率比改善
が図られており、上記報告例に記載されているように、
超格子ＡＰＤやStaircase ＡＰＤでは周波数帯域１０Ｇ
ｂ／ｓ対応の素子が実現できている。しかしながら、こ
れらの素子は動作電圧が２０Ｖ以上あり、且つ、高電界
印加によるイオン化率比抑圧が生じており、イオン化率
比が３〜６程度に留まっている。
【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、低電圧動作と高イオン化率比を同時に
実現する素子を提供することにある。
で、その目的は、低電圧動作と高イオン化率比を同時に
実現する素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、半導体基板上に、少なくとも光吸収層及び
増倍層を積層して形成するアバランシェ増倍型半導体受
光素子において、該光吸収層がＩｎＧａＡｓで形成さ
れ、且つ、該増倍層が光吸収層側から反対方向に向かっ
てエネルギーバンドが連続して小さくなるＩｎ(1-x-y)
ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜層で形成されていることを特徴
とする半導体受光素子（請求項１）。
成するため、半導体基板上に、少なくとも光吸収層及び
増倍層を積層して形成するアバランシェ増倍型半導体受
光素子において、該光吸収層がＩｎＧａＡｓで形成さ
れ、且つ、該増倍層が光吸収層側から反対方向に向かっ
てエネルギーバンドが連続して小さくなるＩｎ(1-x-y)
ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜層で形成されていることを特徴
とする半導体受光素子（請求項１）。
【００１０】本発明の請求項１の半導体受光素子では、
増倍層にＩｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜層を適用
することで、電子に対して５０ｋＶ／ｃｍを超える付加
の電界を与え、且つ、電子のイオン化が生じる領域をナ
ローギャップとすることで衝突イオン化を生じ易くして
いる。一方、正孔に印加される実効的な電界を２００ｋ
Ｖ／ｃｍ程度以下とすることで、正孔の衝突イオン化を
生じさせないようにし、よって、イオン化率比無限大に
近い究極の低雑音特性を実現する。
増倍層にＩｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜層を適用
することで、電子に対して５０ｋＶ／ｃｍを超える付加
の電界を与え、且つ、電子のイオン化が生じる領域をナ
ローギャップとすることで衝突イオン化を生じ易くして
いる。一方、正孔に印加される実効的な電界を２００ｋ
Ｖ／ｃｍ程度以下とすることで、正孔の衝突イオン化を
生じさせないようにし、よって、イオン化率比無限大に
近い究極の低雑音特性を実現する。
【００１１】また、本発明の請求項２の半導体受光素子
は、請求項１の素子において、該増倍層の膜厚が０．１
μｍ以下であることを特徴とする。
は、請求項１の素子において、該増倍層の膜厚が０．１
μｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】本発明の請求項３の半導体受光素子は、請
求項１の素子において、該増倍層がＩｎＡｌＡｓからＩ
ｎＧａＡｓまで組成が傾斜した層であることを特徴とす
る。
求項１の素子において、該増倍層がＩｎＡｌＡｓからＩ
ｎＧａＡｓまで組成が傾斜した層であることを特徴とす
る。
【００１３】本発明の請求項４の半導体受光素子は、請
求項１〜３の素子において、該光吸収層と該増倍層との
間にＩｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ電界緩和層が挿入され
ていることを特徴とする。
求項１〜３の素子において、該光吸収層と該増倍層との
間にＩｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ電界緩和層が挿入され
ていることを特徴とする。
【００１４】本発明の請求項５の半導体受光素子は、請
求項４の素子において、該電界緩和層が光吸収層側のＩ
ｎＧａＡｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓまでエネル
ギーバンドが連続して大きくなる組成傾斜層で形成され
ていることを特徴とする。
求項４の素子において、該電界緩和層が光吸収層側のＩ
ｎＧａＡｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓまでエネル
ギーバンドが連続して大きくなる組成傾斜層で形成され
ていることを特徴とする。
【００１５】本発明の請求項６の半導体受光素子は、請
求項４及び５の素子において、該光吸収層がｐ導電型、
該電界緩和層がｐ導電型、及び、該増倍層がｎ導電型あ
るいは高抵抗層（ｉ導電型）であることを特徴とする。
求項４及び５の素子において、該光吸収層がｐ導電型、
該電界緩和層がｐ導電型、及び、該増倍層がｎ導電型あ
るいは高抵抗層（ｉ導電型）であることを特徴とする。
【００１６】本発明の請求項７の半導体受光素子は、請
求項４及び５の素子において、該光吸収層、電界緩和
層、及び、増倍層が、すべてｎ導電型あるいは高抵抗層
（ｉ導電型）であることを特徴とする。
求項４及び５の素子において、該光吸収層、電界緩和
層、及び、増倍層が、すべてｎ導電型あるいは高抵抗層
（ｉ導電型）であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の請求項１〜３の
半導体受光素子を説明するための該素子のバンド構造図
である。同図（ａ）は無電界印加時のバンド構造であ
り、同図（ｂ）は電界印加時のバンド構造である。図か
らわかるように、素子構造は、ナローギャップのＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層と、ＩｎＡｌＡｓからＩｎＧａＡｓまで
組成が傾斜した増倍層が隣接する形態になっている。組
成傾斜増倍層幅を４０ｎｍとした場合、光吸収層と増倍
層との間の伝導帯不連続エネルギーは０．５ｅＶである
から、伝導帯のバンドの傾斜は１２５ｋＶ／ｃｍの内部
電界を有し、電子を加速するように働く。一方、価電子
帯不連続エネルギーは０．２ｅＶであるので、そのバン
ドの傾斜は正孔を減速する方向に電界強度５０ｋＶ／ｃ
ｍが付加されることになる。次に、電界を印加した場合
（図（ｂ））を考える。例えば、増倍層に０．７Ｖの外
部電圧がすべて印加されたとすると、伝導帯で電子に印
加される実効的な電界強度は、バンド傾斜の効果が付加
されるので、３００ｋＶ／ｃｍとなる。一方、価電子帯
の正孔に印加される実効電界は１２５ｋＶ／ｃｍに過ぎ
ない。
半導体受光素子を説明するための該素子のバンド構造図
である。同図（ａ）は無電界印加時のバンド構造であ
り、同図（ｂ）は電界印加時のバンド構造である。図か
らわかるように、素子構造は、ナローギャップのＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層と、ＩｎＡｌＡｓからＩｎＧａＡｓまで
組成が傾斜した増倍層が隣接する形態になっている。組
成傾斜増倍層幅を４０ｎｍとした場合、光吸収層と増倍
層との間の伝導帯不連続エネルギーは０．５ｅＶである
から、伝導帯のバンドの傾斜は１２５ｋＶ／ｃｍの内部
電界を有し、電子を加速するように働く。一方、価電子
帯不連続エネルギーは０．２ｅＶであるので、そのバン
ドの傾斜は正孔を減速する方向に電界強度５０ｋＶ／ｃ
ｍが付加されることになる。次に、電界を印加した場合
（図（ｂ））を考える。例えば、増倍層に０．７Ｖの外
部電圧がすべて印加されたとすると、伝導帯で電子に印
加される実効的な電界強度は、バンド傾斜の効果が付加
されるので、３００ｋＶ／ｃｍとなる。一方、価電子帯
の正孔に印加される実効電界は１２５ｋＶ／ｃｍに過ぎ
ない。
【００１８】ここで、本発明では、組成傾斜層がＩｎＡ
ｌＡｓからＩｎＧａＡｓまで傾斜していること、及び、
該組成傾斜増倍層の膜厚が０．１μｍ以下と狭いこと
で、重大な効果を得ることができる。まず、組成傾斜層
の材料組成の効果について説明する。増倍層に注入され
た電子は、ＩｎＡｌＡｓ層側からＩｎＧａＡｓ層側へ走
行する。この間に実効的な電界強度に比例するエネルギ
ーを得て衝突イオン化に至るわけであるが、増倍層幅が
狭いために実際は増倍層の端、すなわちＩｎＧａＡｓ近
傍で増倍が生じることになる。
ｌＡｓからＩｎＧａＡｓまで傾斜していること、及び、
該組成傾斜増倍層の膜厚が０．１μｍ以下と狭いこと
で、重大な効果を得ることができる。まず、組成傾斜層
の材料組成の効果について説明する。増倍層に注入され
た電子は、ＩｎＡｌＡｓ層側からＩｎＧａＡｓ層側へ走
行する。この間に実効的な電界強度に比例するエネルギ
ーを得て衝突イオン化に至るわけであるが、増倍層幅が
狭いために実際は増倍層の端、すなわちＩｎＧａＡｓ近
傍で増倍が生じることになる。
【００１９】ＩｎＧａＡｓのイオン化率は、電界強度２
００ｋＶ／ｃｍでも比較的大きな電子イオン化率を有す
ることが知られており（例えば、前述の「光通信素子工
学」ｐ，３８９に記載）、本発明の素子では上記のよう
に、わずか０．７Ｖの外部電界印加で電子に対して電界
強度３００ｋＶ／ｃｍを印加することができる。一方、
電子の衝突イオン化により生成された正孔は、ＩｎＧａ
Ａｓ側からＩｎＡｌＡｓ側に走行するが、外部電界０．
７Ｖ印加時の実効的な電界強度は１２５ｋＶ／ｃｍに過
ぎない。加えてワイドギャップであるＩｎＡｌＡｓ組成
の方向に走行するが、ワイドギャップ材料ではイオン化
率が抑圧されるので、この結果、衝突イオン化に達する
ことができない。つまり、組成傾斜増倍層の効果と、加
えてＩｎＡｌＡｓからＩｎＧａＡｓまで組成が傾斜した
構造である効果により、電子のみで衝突イオン化が生じ
るという、イオン化率比無限大に近い特性を実現するこ
とができる。
００ｋＶ／ｃｍでも比較的大きな電子イオン化率を有す
ることが知られており（例えば、前述の「光通信素子工
学」ｐ，３８９に記載）、本発明の素子では上記のよう
に、わずか０．７Ｖの外部電界印加で電子に対して電界
強度３００ｋＶ／ｃｍを印加することができる。一方、
電子の衝突イオン化により生成された正孔は、ＩｎＧａ
Ａｓ側からＩｎＡｌＡｓ側に走行するが、外部電界０．
７Ｖ印加時の実効的な電界強度は１２５ｋＶ／ｃｍに過
ぎない。加えてワイドギャップであるＩｎＡｌＡｓ組成
の方向に走行するが、ワイドギャップ材料ではイオン化
率が抑圧されるので、この結果、衝突イオン化に達する
ことができない。つまり、組成傾斜増倍層の効果と、加
えてＩｎＡｌＡｓからＩｎＧａＡｓまで組成が傾斜した
構造である効果により、電子のみで衝突イオン化が生じ
るという、イオン化率比無限大に近い特性を実現するこ
とができる。
【００２０】次に、増倍層幅が０．１μｍ以下である効
果について説明する。通常のＡＰＤでは、衝突イオン化
が増倍層中でランダムに、かつ、場所的な依存性なく発
生するが、本発明の素子の場合、増倍層幅が狭いため組
成傾斜増倍層のＩｎＧａＡｓ側近傍に限定される。ま
た、これを効果的に発現するために、上記構造で５０ｋ
Ｖ／ｃｍ以上の内部擬似電界を与える増倍層幅として
０．１μｍ以下が規定されている。この結果、衝突イオ
ン化の場所的な揺らぎが小さくなるので、通常のＡＰＤ
の究極の過剰雑音係数Ｆ＝２を超える、Ｆ＝１に近い値
を達成することができる。さらに、組成傾斜増倍層と狭
い増倍層幅の相乗効果により、増倍層の最小バンドギャ
ップエネルギーとなるＩｎＧａＡｓ組成においても、電
界印加時にトンネル暗電流発生を抑圧できる構造になっ
ている。
果について説明する。通常のＡＰＤでは、衝突イオン化
が増倍層中でランダムに、かつ、場所的な依存性なく発
生するが、本発明の素子の場合、増倍層幅が狭いため組
成傾斜増倍層のＩｎＧａＡｓ側近傍に限定される。ま
た、これを効果的に発現するために、上記構造で５０ｋ
Ｖ／ｃｍ以上の内部擬似電界を与える増倍層幅として
０．１μｍ以下が規定されている。この結果、衝突イオ
ン化の場所的な揺らぎが小さくなるので、通常のＡＰＤ
の究極の過剰雑音係数Ｆ＝２を超える、Ｆ＝１に近い値
を達成することができる。さらに、組成傾斜増倍層と狭
い増倍層幅の相乗効果により、増倍層の最小バンドギャ
ップエネルギーとなるＩｎＧａＡｓ組成においても、電
界印加時にトンネル暗電流発生を抑圧できる構造になっ
ている。
【００２１】一方、上述の従来例、グレーデッドギャッ
プＡＰＤ（例えば、ＧａＡｓ及び関連材料に関する国際
会議（Int.Symp. GaAs and Related Compounds, Japan,
1981, p.473-478）の問題点を指摘しておく。この素子
は増倍層がＡｌ0.45Ｇａ0.55ＡｓからＧａＡｓまで組成
が傾斜した層で構成されているが、記載されている最小
増倍層幅、０．３μｍ厚の素子を考えても、伝導帯の内
部疑似電界は１６ｋＶ／ｃｍ程度にしかならず、電子の
走行にほとんど影響を与えない。また、増倍層幅が幅広
いため衝突イオン化が場所的にランダムに生じるので、
例えイオン化率比無限大が達成できたとしても、過剰雑
音係数はＦ＝２に留まる。さらに、イオン化率比改善に
も課題がある。増倍層の最小バンドギャップエネルギー
はＧａＡｓでの１．４２ｅＶと比較的ワイドギャップで
ある。よって、衝突イオン化を生じさせるためには高電
界が必要となる。そのため、組成傾斜による内部電界の
効果がほとんどなくなる。加えて、高電界印加により、
正孔でも衝突イオン化が生じるので、大きなイオン化率
比を得ることができない。
プＡＰＤ（例えば、ＧａＡｓ及び関連材料に関する国際
会議（Int.Symp. GaAs and Related Compounds, Japan,
1981, p.473-478）の問題点を指摘しておく。この素子
は増倍層がＡｌ0.45Ｇａ0.55ＡｓからＧａＡｓまで組成
が傾斜した層で構成されているが、記載されている最小
増倍層幅、０．３μｍ厚の素子を考えても、伝導帯の内
部疑似電界は１６ｋＶ／ｃｍ程度にしかならず、電子の
走行にほとんど影響を与えない。また、増倍層幅が幅広
いため衝突イオン化が場所的にランダムに生じるので、
例えイオン化率比無限大が達成できたとしても、過剰雑
音係数はＦ＝２に留まる。さらに、イオン化率比改善に
も課題がある。増倍層の最小バンドギャップエネルギー
はＧａＡｓでの１．４２ｅＶと比較的ワイドギャップで
ある。よって、衝突イオン化を生じさせるためには高電
界が必要となる。そのため、組成傾斜による内部電界の
効果がほとんどなくなる。加えて、高電界印加により、
正孔でも衝突イオン化が生じるので、大きなイオン化率
比を得ることができない。
【００２２】次に、請求項４〜６の発明に関して、図２
を用いて説明する。図２（ａ）は、無電界時における該
発明の素子のエネルギーバンド図である。同図（ｂ）は
電界印加時の図である。ＩｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎ
(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜増倍層との間に、光吸
収層側のＩｎＧａＡｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓ
組成まで組成が傾斜している電界緩和層が挿入されてい
ることを特徴としている。
を用いて説明する。図２（ａ）は、無電界時における該
発明の素子のエネルギーバンド図である。同図（ｂ）は
電界印加時の図である。ＩｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎ
(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜増倍層との間に、光吸
収層側のＩｎＧａＡｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓ
組成まで組成が傾斜している電界緩和層が挿入されてい
ることを特徴としている。
【００２３】光吸収層はｐ-伝導型、電界緩和層はｐ伝
導型、増倍層はｎ-伝導型で構成されている。ｐｎ界面
は、電界緩和層と増倍層界面となり、このＩｎＡｌＡｓ
組成に最高電界が印加されることになる。ワイドギャッ
プであるので、トンネル暗電流を抑制することができ
る。さらに、この電界緩和層の増倍層側、つまりＩｎＡ
ｌＡｓ組成に近い領域には、比較的高電界が印加される
ことになるが、この材料系は正孔のイオン化率より電子
のイオン化率が大きいので、この領域による増倍汚染
（例えば、ＩｎＰ材料を用いると正孔のイオン化率が大
きいため、増倍層でのα／β値を引き下げる）を防ぐこ
とができる。加えて、この組成傾斜電界緩和層は、電界
印加時に図２（ｂ）のように、電子走行に対してノッチ
等の障壁にならないので、電子のエネルギーロスを防ぐ
構造になる。
導型、増倍層はｎ-伝導型で構成されている。ｐｎ界面
は、電界緩和層と増倍層界面となり、このＩｎＡｌＡｓ
組成に最高電界が印加されることになる。ワイドギャッ
プであるので、トンネル暗電流を抑制することができ
る。さらに、この電界緩和層の増倍層側、つまりＩｎＡ
ｌＡｓ組成に近い領域には、比較的高電界が印加される
ことになるが、この材料系は正孔のイオン化率より電子
のイオン化率が大きいので、この領域による増倍汚染
（例えば、ＩｎＰ材料を用いると正孔のイオン化率が大
きいため、増倍層でのα／β値を引き下げる）を防ぐこ
とができる。加えて、この組成傾斜電界緩和層は、電界
印加時に図２（ｂ）のように、電子走行に対してノッチ
等の障壁にならないので、電子のエネルギーロスを防ぐ
構造になる。
【００２４】これらの効果により、光吸収層で生成され
た電子は、光吸収層に印加された電界で加速されながら
電界緩和層を経て増倍層に注入され、その過程でのエネ
ルギーロスをほとんど回避して、ワイドギャップである
ＩｎＡｌＡｓ増倍層端まで導ける。よって、増倍層に注
入される電子は、ある程度のエネルギーをすでに有して
おり、それが増倍層でさらにエネルギーを得るので、衝
突イオン化が生じ易くなる。
た電子は、光吸収層に印加された電界で加速されながら
電界緩和層を経て増倍層に注入され、その過程でのエネ
ルギーロスをほとんど回避して、ワイドギャップである
ＩｎＡｌＡｓ増倍層端まで導ける。よって、増倍層に注
入される電子は、ある程度のエネルギーをすでに有して
おり、それが増倍層でさらにエネルギーを得るので、衝
突イオン化が生じ易くなる。
【００２５】次に、請求項７の発明について、図３を用
いて説明する。図３（ａ）は該素子の無電界時のエネル
ギーバンド構造、同図（ｂ）は電界印加時の図である。
光吸収層、組成傾斜電界緩和層、組成傾斜増倍層がとも
にｎ-導電型（あるいはｉ導電型）であることを特徴と
している。この場合、光吸収層側から空乏層が伸びるこ
とになり、該光吸収層はＩｎＧａＡｓナローギャップで
あるから、１５０ｋＶ／ｃｍ程度の電界強度しか印加で
きないが、増倍層には組成傾斜層の効果により内部電界
が存在するので、伝導帯の内部電界強度は２７５ｋＶ／
ｃｍに達することになる。図３（ｂ）は外部電界を７５
ｋＶ／ｃｍ印加したときの図である。この時、電子のみ
の衝突イオン化が可能となり、この素子構成においても
究極の低雑音特性を達成することができる。この素子構
成のメリットは、特に、ＰＩＮ構造という最もシンプル
な構造であることにある。
いて説明する。図３（ａ）は該素子の無電界時のエネル
ギーバンド構造、同図（ｂ）は電界印加時の図である。
光吸収層、組成傾斜電界緩和層、組成傾斜増倍層がとも
にｎ-導電型（あるいはｉ導電型）であることを特徴と
している。この場合、光吸収層側から空乏層が伸びるこ
とになり、該光吸収層はＩｎＧａＡｓナローギャップで
あるから、１５０ｋＶ／ｃｍ程度の電界強度しか印加で
きないが、増倍層には組成傾斜層の効果により内部電界
が存在するので、伝導帯の内部電界強度は２７５ｋＶ／
ｃｍに達することになる。図３（ｂ）は外部電界を７５
ｋＶ／ｃｍ印加したときの図である。この時、電子のみ
の衝突イオン化が可能となり、この素子構成においても
究極の低雑音特性を達成することができる。この素子構
成のメリットは、特に、ＰＩＮ構造という最もシンプル
な構造であることにある。
【００２６】
【実施例】本発明の請求項１から３の実施例について、
図面を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の一実施
例により形成されたアバランシェ増倍型受光素子の断面
図である。構造としては、まず、ＩｎＰ（１００）基板
上１上にｎ+型ＩｎＰバッファ層２（ｎ＝７×１０17ｃ
ｍ-3）を０．５μｍ、ノンドープｎ-型Ｉｎ(1-x-y)Ａｌ
xＧａyＡｓ組成傾斜増倍層３（ｎ＝２×１０15ｃｍ-3）
を４０ｎｍ、ｐ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５（ｐ＝２×
１０15ｃｍ-3）を０．９μｍ、ｐ+型ＩｎＰキャップ層
６（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）を０．２μｍ、そしてｐ+
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７（ｐ＝５×１０18ｃ
ｍ-3）０．２μｍを順次積層する。ここで、上記組成傾
斜増倍層は、光吸収層側のＩｎＡｌＡｓ組成からｎ+型
ＩｎＰバッファ層のＩｎＧａＡｓ組成まで傾斜している
ことを特徴とする。その後、量子効率低下を防ぐため
に、光入射部（電極直下以外）のＩｎＧａＡｓコンタク
ト層を除去し、パッシベーション膜ＳｉＮｘ膜８を１５
０ｎｍ堆積させ、ｐ電極部９をＡｕＺｎ１５０ｎｍ堆積
により形成する。また、ｎ電極部１０は、ＡｕＧｅ／Ｎ
ｉを１５０ｎｍ、そしてＴｉＰｔＡｕを５０ｎｍ堆積す
ることにより形成する。これにより、本発明の素子を完
成した。
図面を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の一実施
例により形成されたアバランシェ増倍型受光素子の断面
図である。構造としては、まず、ＩｎＰ（１００）基板
上１上にｎ+型ＩｎＰバッファ層２（ｎ＝７×１０17ｃ
ｍ-3）を０．５μｍ、ノンドープｎ-型Ｉｎ(1-x-y)Ａｌ
xＧａyＡｓ組成傾斜増倍層３（ｎ＝２×１０15ｃｍ-3）
を４０ｎｍ、ｐ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５（ｐ＝２×
１０15ｃｍ-3）を０．９μｍ、ｐ+型ＩｎＰキャップ層
６（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）を０．２μｍ、そしてｐ+
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７（ｐ＝５×１０18ｃ
ｍ-3）０．２μｍを順次積層する。ここで、上記組成傾
斜増倍層は、光吸収層側のＩｎＡｌＡｓ組成からｎ+型
ＩｎＰバッファ層のＩｎＧａＡｓ組成まで傾斜している
ことを特徴とする。その後、量子効率低下を防ぐため
に、光入射部（電極直下以外）のＩｎＧａＡｓコンタク
ト層を除去し、パッシベーション膜ＳｉＮｘ膜８を１５
０ｎｍ堆積させ、ｐ電極部９をＡｕＺｎ１５０ｎｍ堆積
により形成する。また、ｎ電極部１０は、ＡｕＧｅ／Ｎ
ｉを１５０ｎｍ、そしてＴｉＰｔＡｕを５０ｎｍ堆積す
ることにより形成する。これにより、本発明の素子を完
成した。
【００２７】上述の素子構造のもとで、実施の形態の欄
で述べた作用により、電子の衝突イオン化が増大され、
実効イオン化率比（α／β比）１００、最大帯域２０Ｇ
Ｈｚ、利得帯域幅積２５０ＧＨｚ、また量子効率７０％
の低雑音・超高速応答特性を有するアバランシェ増倍型
半導体受光素子を実現した。本発明の素子構造を実現す
るための結晶成長手法は、具体的には、ＭＯＶＰＥ法、
ＭＢＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ法などが挙げられる。また、上
記一実施例では、その素子構造を表面入射型素子で説明
したが、本特許の効果は、裏面入射素子、導波路型素子
においても実現可能である。
で述べた作用により、電子の衝突イオン化が増大され、
実効イオン化率比（α／β比）１００、最大帯域２０Ｇ
Ｈｚ、利得帯域幅積２５０ＧＨｚ、また量子効率７０％
の低雑音・超高速応答特性を有するアバランシェ増倍型
半導体受光素子を実現した。本発明の素子構造を実現す
るための結晶成長手法は、具体的には、ＭＯＶＰＥ法、
ＭＢＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ法などが挙げられる。また、上
記一実施例では、その素子構造を表面入射型素子で説明
したが、本特許の効果は、裏面入射素子、導波路型素子
においても実現可能である。
【００２８】本発明の請求項４から６の実施例につい
て、図面を用いて詳細に説明する。図５は、本発明の一
実施例により形成されたアバランシェ増倍型受光素子の
断面図である。構造としては、まず、ＩｎＰ（１００）
基板上１上にｎ+型ＩｎＰバッファ層２（ｎ＝７×１０
17ｃｍ-3）を０．５μｍ、ノンドープｎ-型Ｉｎ(1-x-y)
ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜増倍層３（ｎ＝２×１０15ｃｍ
-3）を４０ｎｍ、ｐ型Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成
傾斜電界緩和層４（ｐ＝１×１０16ｃｍ-3）を５ｎｍ、
ｐ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５（ｐ＝２×１０15ｃ
ｍ-3）を０．９μｍ、ｐ+型ＩｎＰキャップ層６（ｐ＝
１×１０18ｃｍ-3）を０．２μｍ、そしてｐ+型ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層７（ｐ＝５×１０18ｃｍ-3）０．２
μｍを順次積層する。
て、図面を用いて詳細に説明する。図５は、本発明の一
実施例により形成されたアバランシェ増倍型受光素子の
断面図である。構造としては、まず、ＩｎＰ（１００）
基板上１上にｎ+型ＩｎＰバッファ層２（ｎ＝７×１０
17ｃｍ-3）を０．５μｍ、ノンドープｎ-型Ｉｎ(1-x-y)
ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜増倍層３（ｎ＝２×１０15ｃｍ
-3）を４０ｎｍ、ｐ型Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成
傾斜電界緩和層４（ｐ＝１×１０16ｃｍ-3）を５ｎｍ、
ｐ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５（ｐ＝２×１０15ｃ
ｍ-3）を０．９μｍ、ｐ+型ＩｎＰキャップ層６（ｐ＝
１×１０18ｃｍ-3）を０．２μｍ、そしてｐ+型ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層７（ｐ＝５×１０18ｃｍ-3）０．２
μｍを順次積層する。
【００２９】ここで、上記組成傾斜増倍層は、電界緩和
層側のＩｎＡｌＡｓ組成からｎ+型ＩｎＰバッファ層の
ＩｎＧａＡｓ組成まで傾斜していることを特徴とする。
また、上記組成傾斜電界緩和層は、光吸収層側のＩｎＧ
ａＡｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓ組成まで傾斜し
ていることを特徴とする。その後、量子効率低下を防ぐ
ために、光入射部（電極直下以外）のＩｎＧａＡｓコン
タクト層を除去し、パッシベーション膜ＳｉＮｘ膜８を
１５０ｎｍ堆積させ、ｐ電極部９をＡｕＺｎ１５０ｎｍ
堆積により形成する。また、ｎ電極部１０は、ＡｕＧｅ
／Ｎｉを１５０ｎｍ、そしてＴｉＰｔＡｕを５０ｎｍ堆
積することにより形成する。これにより、本発明の素子
を完成した。
層側のＩｎＡｌＡｓ組成からｎ+型ＩｎＰバッファ層の
ＩｎＧａＡｓ組成まで傾斜していることを特徴とする。
また、上記組成傾斜電界緩和層は、光吸収層側のＩｎＧ
ａＡｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓ組成まで傾斜し
ていることを特徴とする。その後、量子効率低下を防ぐ
ために、光入射部（電極直下以外）のＩｎＧａＡｓコン
タクト層を除去し、パッシベーション膜ＳｉＮｘ膜８を
１５０ｎｍ堆積させ、ｐ電極部９をＡｕＺｎ１５０ｎｍ
堆積により形成する。また、ｎ電極部１０は、ＡｕＧｅ
／Ｎｉを１５０ｎｍ、そしてＴｉＰｔＡｕを５０ｎｍ堆
積することにより形成する。これにより、本発明の素子
を完成した。
【００３０】上述の素子構造のもとで、実施の形態の欄
で述べた作用により、電子の衝突イオン化が増大され、
実効イオン化率比（α／β比）１００、最大帯域２０Ｇ
Ｈｚ、利得帯域幅積３００ＧＨｚ、また量子効率７０％
の低雑音・超高速応答特性を有するアバランシェ増倍型
半導体受光素子を実現した。本発明の素子構造を実現す
るための結晶成長手法は、具体的には、ＭＯＶＰＥ法、
ＭＢＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ法などが挙げられる。また、上
記一実施例では、その素子構造を表面入射型素子で説明
したが、本発明の効果は、裏面入射素子、導波路型素子
においても実現可能である。
で述べた作用により、電子の衝突イオン化が増大され、
実効イオン化率比（α／β比）１００、最大帯域２０Ｇ
Ｈｚ、利得帯域幅積３００ＧＨｚ、また量子効率７０％
の低雑音・超高速応答特性を有するアバランシェ増倍型
半導体受光素子を実現した。本発明の素子構造を実現す
るための結晶成長手法は、具体的には、ＭＯＶＰＥ法、
ＭＢＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ法などが挙げられる。また、上
記一実施例では、その素子構造を表面入射型素子で説明
したが、本発明の効果は、裏面入射素子、導波路型素子
においても実現可能である。
【００３１】本発明の請求項７の実施例について、図面
を用いて詳細に説明する。図６は、本発明の一実施例に
より形成されたアバランシェ増倍型受光素子の断面図で
ある。構造としては、まず、ＩｎＰ（１００）基板上１
上にｎ+型ＩｎＰバッファ層２（ｎ＝７×１０17ｃ
ｍ-3）を０．５μｍ、ノンドープｎ-型Ｉｎ(1-x-y)Ａｌ
xＧａyＡｓ組成傾斜増倍層３（ｎ＝２×１０15ｃｍ-3）
を４０ｎｍ、ノンドープｎ-型Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡ
ｓ組成傾斜電界緩和層１２（ｎ＝２×１０15ｃｍ -3）を
５ｎｍ、ノンドープｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３
（ｎ＝１×１０15ｃｍ-3）を０．９μｍ、ｐ+型ＩｎＰ
キャップ層６（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）を０．２μｍ、
そしてｐ+型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７（ｐ＝５×１
０18ｃｍ-3）０．２μｍを順次積層する。
を用いて詳細に説明する。図６は、本発明の一実施例に
より形成されたアバランシェ増倍型受光素子の断面図で
ある。構造としては、まず、ＩｎＰ（１００）基板上１
上にｎ+型ＩｎＰバッファ層２（ｎ＝７×１０17ｃ
ｍ-3）を０．５μｍ、ノンドープｎ-型Ｉｎ(1-x-y)Ａｌ
xＧａyＡｓ組成傾斜増倍層３（ｎ＝２×１０15ｃｍ-3）
を４０ｎｍ、ノンドープｎ-型Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡ
ｓ組成傾斜電界緩和層１２（ｎ＝２×１０15ｃｍ -3）を
５ｎｍ、ノンドープｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３
（ｎ＝１×１０15ｃｍ-3）を０．９μｍ、ｐ+型ＩｎＰ
キャップ層６（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）を０．２μｍ、
そしてｐ+型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７（ｐ＝５×１
０18ｃｍ-3）０．２μｍを順次積層する。
【００３２】ここで、上記組成傾斜増倍層は、電界緩和
層側のＩｎＡｌＡｓ組成からｎ+型ＩｎＰバッファ層の
ＩｎＧａＡｓ組成まで傾斜していることを特徴とする。
また、上記組成傾斜電界緩和層は、光吸収層側のＩｎＧ
ａＡｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓ組成まで傾斜し
ていることを特徴とする。その後、量子効率低下を防ぐ
ために、光入射部（電極直下以外）のＩｎＧａＡｓコン
タクト層を除去し、パッシベーション膜ＳｉＮｘ膜８を
１５０ｎｍ堆積させ、ｐ電極部９をＡｕＺｎ１５０ｎｍ
堆積により形成する。また、ｎ電極部１０は、ＡｕＧｅ
／Ｎｉを１５０ｎｍ、そしてＴｉＰｔＡｕを５０ｎｍ堆
積することにより形成する。これにより、本発明の素子
を完成した。
層側のＩｎＡｌＡｓ組成からｎ+型ＩｎＰバッファ層の
ＩｎＧａＡｓ組成まで傾斜していることを特徴とする。
また、上記組成傾斜電界緩和層は、光吸収層側のＩｎＧ
ａＡｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓ組成まで傾斜し
ていることを特徴とする。その後、量子効率低下を防ぐ
ために、光入射部（電極直下以外）のＩｎＧａＡｓコン
タクト層を除去し、パッシベーション膜ＳｉＮｘ膜８を
１５０ｎｍ堆積させ、ｐ電極部９をＡｕＺｎ１５０ｎｍ
堆積により形成する。また、ｎ電極部１０は、ＡｕＧｅ
／Ｎｉを１５０ｎｍ、そしてＴｉＰｔＡｕを５０ｎｍ堆
積することにより形成する。これにより、本発明の素子
を完成した。
【００３３】上述の素子構造のもとで、実施の形態の欄
で述べた作用により、電子の衝突イオン化が増大され、
実効イオン化率比（α／β比）１００、最大帯域３０Ｇ
Ｈｚ、利得帯域幅積２００ＧＨｚ、また量子効率７０％
の低雑音・超高速応答特性を有するアバランシェ増倍型
半導体受光素子を実現した。本発明の素子構造を実現す
るための結晶成長手法は、具体的には、ＭＯＶＰＥ法、
ＭＢＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ法などが挙げられる。また、上
記一実施例では、その素子構造を表面入射型素子で説明
したが、本特許の効果は、裏面入射素子、導波路型素子
においても実現可能である。
で述べた作用により、電子の衝突イオン化が増大され、
実効イオン化率比（α／β比）１００、最大帯域３０Ｇ
Ｈｚ、利得帯域幅積２００ＧＨｚ、また量子効率７０％
の低雑音・超高速応答特性を有するアバランシェ増倍型
半導体受光素子を実現した。本発明の素子構造を実現す
るための結晶成長手法は、具体的には、ＭＯＶＰＥ法、
ＭＢＥ法、ＧＳ−ＭＢＥ法などが挙げられる。また、上
記一実施例では、その素子構造を表面入射型素子で説明
したが、本特許の効果は、裏面入射素子、導波路型素子
においても実現可能である。
【００３４】
【発明の効果】本発明による半導体受光素子は、長距離
光通信に使用される１μｍ帯の受光素子において、究極
の低雑音特性・超高速特性を有する素子を提供すること
ができる。
光通信に使用される１μｍ帯の受光素子において、究極
の低雑音特性・超高速特性を有する素子を提供すること
ができる。
【図１】本発明の請求項１〜３の作用を説明するための
図である。
図である。
【図２】本発明の請求項４〜６の作用を説明するための
図である。
図である。
【図３】本発明の請求項７の作用を説明するための図で
ある。
ある。
【図４】本発明の請求項１〜３の実施例を説明するため
の図である。
の図である。
【図５】本発明の請求項４〜６の実施例を説明するため
の図である。
の図である。
【図６】本発明請求項７の実施例を説明するための図で
ある。
ある。
【図７】従来例のＩｎＧａＡｓＡＰＤの構造図である。
１ ＩｎＰ（１００）基板 ２ ｎ+型ＩｎＰバッファ層 ３ ｎ-型Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜増倍層 ４ ｐ型Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜電界緩和
層 ５ ｐ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ６ ｐ+型ＩｎＰキャップ層 ７ ｐ+型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ８ ＳｉＮｘパッシベーション膜 ９ ｐ型オーミック電極 １０ ｎ型オーミック電極 １１ 入射光 １２ ｎ-型Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜電界緩
和層 １３ ｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １４ ｎ型ＩｎＰ増倍層 １５ ｐ+型受光領域 １６ ガードリング領域 １７ ｎ型ＩｎＰキャップ層
層 ５ ｐ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ６ ｐ+型ＩｎＰキャップ層 ７ ｐ+型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ８ ＳｉＮｘパッシベーション膜 ９ ｐ型オーミック電極 １０ ｎ型オーミック電極 １１ 入射光 １２ ｎ-型Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜電界緩
和層 １３ ｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １４ ｎ型ＩｎＰ増倍層 １５ ｐ+型受光領域 １６ ガードリング領域 １７ ｎ型ＩｎＰキャップ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/00 - 31/119
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板上に、少なくとも光吸収層及
び増倍層を積層して形成するアバランシェ増倍型半導体
受光素子において、該光吸収層がＩｎＧａＡｓで形成さ
れ、且つ、該増倍層が光吸収層側から反対方向に向かっ
てエネルギーバンドが連続して小さくなるＩｎ(1-x-y)
ＡｌxＧａyＡｓ組成傾斜層で形成されていることを特徴
とする半導体受光素子。 - 【請求項２】 該増倍層の膜厚が０．１μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。 - 【請求項３】 該増倍層がＩｎＡｌＡｓからＩｎＧａＡ
ｓまで組成が傾斜した層であることを特徴とする請求項
１に記載の半導体受光素子。 - 【請求項４】 該光吸収層と該増倍層との間に、Ｉｎ
(1-x-y)ＡｌxＧａyＡｓ電界緩和層が挿入されているこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
導体受光素子。 - 【請求項５】 該電界緩和層が光吸収層側のＩｎＧａＡ
ｓ組成から増倍層側のＩｎＡｌＡｓまでエネルギーバン
ドが連続して大きくなる組成傾斜層で形成されているこ
とを特徴とする請求項４に記載の半導体受光素子。 - 【請求項６】 該光吸収層がｐ導電型、該電界緩和層が
ｐ導電型、及び、該増倍層がｎ導電型あるいは高抵抗層
（ｉ導電型）であることを特徴とする請求項４又は５に
記載の半導体受光素子。 - 【請求項７】 該光吸収層、電界緩和層、及び、増倍層
が、すべてｎ導電型あるいは高抵抗層（ｉ導電型）であ
ることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体受光
素子。
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