JP5270136B2 - 光検出器 - Google Patents
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Description
半導体基板上に形成されたワイドギャップのエミッタ、ナロウギャップのベース及びコレクタよりなるヘテロ接合フォトトランジスタにおいて、
能動層は第一導電形の前記エミッタ、第二導電形の前記ベース、第二導電形の前記コレクタ及び第一導電形のサブコレクタよりなり、
光吸収層は前記ベース及び前記コレクタのバンドギャップより小さなバンドギャップよりなる単一又は多重の量子井戸層により構成され、
該量子井戸層は前記コレクタ内に配置され、且つ、前記ベースに接して配置されている
ことを特徴とする。
前記光吸収層の組成は歪を有する材料で構成される
ことを特徴とする。
歪を有する材料で構成された層は歪緩和が起きないような層構成で構成される
ことを特徴とする。
前記量子井戸層の歪は1.5%以上3.5%以下である
ことを特徴とする。
前記光吸収層の波長帯は1.8μm以上3.0μm以下である
ことを特徴とする。
前記半導体基板はInPからなる
ことを特徴とする。
前記量子井戸層はInAsからなる
ことを特徴とする。
前記InAsの厚さは1nm以上10nm以下である
ことを特徴とする。
前記量子井戸層はInGaAsSbからなる
ことを特徴とする。
前記ベース、前記コレクタ及びバリア層はAl1-x-yInyGaxAszP1-z(ここで、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)である
ことを特徴とする。
図1は、本発明に係る光検出器の構造を示した模式図である。図1に示すように、本発明に係る光検出器は、n基板11上に、nサブコレクタ層12、低濃度p-コレクタ層13、多重量子井戸光吸収層(MQW層)14、pベース層15、nエミッタ層16、エミッタ電極17、コレクタ電極18よりなる。
本実施例に係る光検出器では、上方からの入射光はMQW層14で吸収され、発生したキャリアは電子がコレクタ電極18側へ、ホールがベース層15側へ走行し、ホール電流となる。ベース層15に到達したホールはベース電位を下げ、その結果、エミッタ層16より大量の電子が注入され、コレクタ層13まで到達し、コレクタ電流として、外部に出力される。
図1は、本発明の第1の実施例に係る光検出器の構造を示した模式図である。図1に示すように、本実施例に係る光検出器は、n‐InP基板11上に、n‐InGaAs(n=1017cm-3)サブコレクタ層12、0.3μm厚のP-‐InGaAs(P=1016cm-3)コレクタ層13、アンドープInAsウェル厚5nmのInAs/InGaAs‐5重量子井戸光吸収層14、0.12μm厚のP‐InGaAs(P=1018cm-3)ベース層15、0.6μm厚のn‐InP(n=5×1017cm-3)エミッタ層16、エミッタ電極17、コレクタ電極18よりなる。エミッタ・ベース接合面積は、直径0.25mmである。
本実施例に係る光検出器の製作方法は、n‐InP基板11上に、MOCVD法により、n‐InGaAs(n=1017cm-3)サブコレクタ層12、0.3μm厚のp-‐InGaAs(p=1016cm-3)コレクタ層13、InAsウェル厚5nmのInAs/InGaAs‐5重量子井戸光吸収層(MQW層)14、0.12μm厚のp‐InGaAs(p=1018cm-3)ベース層15、0.6μm厚のn‐InP(n=5×1017cm-3)エミッタ層16を順に成長し、通常のフォトリソグラフィと半導体エッチング技術を用いてメサを形成する。その後、上面側には、リング状のエミッタ電極17をリフトオフ法により形成する。下面側には全面に真空蒸着法によりコレクタ電極18を形成している。
本実施例に係る光検出器では、上方からの2.3μm波長の入射光はMQW層14で吸収され、発生したキャリアは電子がコレクタ電極18側へ、ホールがベース層15側へ、走行する。ベース層15に到達したホールはベース電位を下げ、その結果、エミッタ層16より大量の電子が注入され、コレクタ層13まで到達し、コレクタ電流として、外部に出力される。コレクタ電流は、入射光により発生したホール電流が電流増幅率倍だけ増幅されて大きな値となっている。
また、本実施例では、ベース層15には、電極を設けていないが、ベース電極を形成した3端子構造とし、ヘテロ接合フォトトランジスタのベース電位をバイアスして用いてもよいことは言うまでもない。
また、本実施例では、基板にはInPを用いたが、能動層を形成する半導体に応じてInP以外のGaAs、Si等の半導体基板を用いることができる。
図4は、本発明の第2の実施例に係る光検出器の構造を示した模式図である。図4に示すように、本実施例に係る光検出器は、n‐InP基板41上に、n‐InGaAs(n=1017cm-3)サブコレクタ層42、0.3μm厚のp-‐InGaAs(p=1016cm-3)コレクタ層43、InGaAsSbウェル厚5nmのInGaAsSb/InGaAs‐5重量子井戸光吸収層(MQW層)44、0.12μm厚のp‐InGaAs(p=1018cm-3)ベース層45、0.6μm厚のn‐InP(n=5×1017cm-3)エミッタ層46、エミッタ電極47、コレクタ電極48よりなる。エミッタ・ベース接合面積は、直径0.25mmである。
本実施例に係る光検出器の製作方法は、n‐InP基板41上に、n‐InGaAs(n=1017cm-3)サブコレクタ層42、0.3μm厚のp-‐InGaAs(p=1016cm-3)コレクタ層43、InGaAsSbウェル厚5nmのInGaAsSb/InGaAs‐5重量子井戸光吸収層(MQW層)44、0.12μm厚のp‐InGaAs(p=1018cm-3)ベース層45、0.6μm厚のn‐InP(n=5×1017cm-3)エミッタ層46を順に成長し、通常のフォトリソグラフィと半導体エッチング技術を用いてメサを形成する。その後、上面側には、リング状のエミッタ電極47をリフトオフ法により形成する。下面側には全面に真空蒸着法によりコレクタ電極48を形成している。
本実施例に係る光検出器では、上方からの1.9μm波長の入射光はMQW層44で吸収され、発生したキャリアは電子がコレクタ電極48側へ、ホールがベース層45側へ、走行する。ベース層45に到達したホールはベース電位を下げ、その結果、エミッタ層46より大量の電子が注入され、コレクタ層43まで到達し、コレクタ電流として、外部に出力される。コレクタ電流は、入射光により発生したホール電流が電流増幅率倍に増幅されて大きな値となっている。
また、本実施例では、ベース層45には、電極を設けていないが、ベース電極を形成した3端子構造とし、ヘテロ接合フォトトランジスタのベース電位をバイアスして用いてもよいことは言うまでもない。
また、本実施例では、基板にはInPを用いたが、能動層を形成する半導体に応じてInP以外のGaAs、Si等の半導体基板を用いることができる。
実施例に係る光検出器は、下記以外の構成については第1の実施例に係る光検出器と同様
の構造を有する。
そして、本実施例に係る光検出器の特性を測定した結果、暗電流が低減され高感度な良好な特性が得られた。
そして、この構造のフォトランジスタの特性を測定した結果、暗電流が低減され高感度な良好な特性が得られた。
12 n‐InGaAsサブコレクタ層
13 0.3μm厚のp-‐InGaAsコレクタ層
14 InAs/InGaAs‐5重量子井戸光吸収層
15 0.12μm厚のp‐InGaAsベース層
16 0.6μm厚のn‐InPエミッタ層
17 エミッタ電極
18 コレクタ電極
41 n‐InP基板
42 n‐InGaAsサブコレクタ層
43 0.3μm厚のp-‐InGaAsコレクタ層
44 InGaAsSb/InGaAs‐5重量子井戸光吸収層
45 0.12μm厚のp‐InGaAsベース層
46 0.6μm厚のn‐InPエミッタ層
47 エミッタ電極
48 コレクタ電極
71 n基板
72 n層
74 i‐光吸収層
76 p層
77 p電極
78 n電極
81 n基板
82 n‐サブコレクタ層
84 i‐コレクタ層
85 p‐ベース層
86 n‐エミッタ層
87 エミッタ電極
88 コレクタ電極
Claims (10)
- 半導体基板上に形成されたワイドギャップのエミッタ、ナロウギャップのベース及びコレクタよりなるヘテロ接合フォトトランジスタにおいて、
能動層は第一導電形の前記エミッタ、第二導電形の前記ベース、第二導電形の前記コレクタ及び第一導電形のサブコレクタよりなり、
光吸収層は前記ベース及び前記コレクタのバンドギャップより小さなバンドギャップよりなる単一又は多重の量子井戸層により構成され、
該量子井戸層は前記コレクタ内に配置され、且つ、前記ベースに接して配置されている
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1に記載の光検出器において、
前記光吸収層の組成は歪を有する材料で構成される
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項2に記載の光検出器において、
歪を有する材料で構成された層は歪緩和が起きないような層構成で構成される
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項3に記載の光検出器において、
前記量子井戸層の歪は1.5%以上3.5%以下である
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光検出器において、
前記光吸収層の波長帯は1.8μm以上3.0μm以下である
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光検出器において、
前記半導体基板はInPからなる
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光検出器において、
前記量子井戸層はInAsからなる
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項7に記載の光検出器において、
前記InAsの厚さは1nm以上10nm以下である
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光検出器において、
前記量子井戸層はInGaAsSbからなる
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の光検出器において、
前記ベース、前記コレクタ及びバリア層はAl1-x-yInyGaxAszP1-z(ここで、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)である
ことを特徴とする光検出器。
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