JPH02119271A - 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
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- JPH02119271A JPH02119271A JP63272774A JP27277488A JPH02119271A JP H02119271 A JPH02119271 A JP H02119271A JP 63272774 A JP63272774 A JP 63272774A JP 27277488 A JP27277488 A JP 27277488A JP H02119271 A JPH02119271 A JP H02119271A
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- semiconductors
- superlattice
- semiconductor
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- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 15
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000098 azimuthal photoelectron diffraction Methods 0.000 description 16
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 241001538234 Nala Species 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
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- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光通信に用いる光検出器である高速低雑音ア
バランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）の
構造に関するものである。
バランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）の
構造に関するものである。
波長１．３マイクロメータ（μｍ）または１．５μｍ帯
の光通信用の光検出器としては、従来Ｇｅ−ＡＰＤまた
はＩｎＰ／ＩｎＧａＡへテロ構造ＡＰＤが用いられてき
た。一般に、ＡＰＤの増倍雑音は、電子と正孔のイオン
化率が大きく異なるほど小さいが、これらの材料におい
ては両者がほぼ等しく、このために雑音が大きいという
欠点があった。この欠点を解消するために増倍層に超格
子構造を用いることが従来より提案されていた。
の光通信用の光検出器としては、従来Ｇｅ−ＡＰＤまた
はＩｎＰ／ＩｎＧａＡへテロ構造ＡＰＤが用いられてき
た。一般に、ＡＰＤの増倍雑音は、電子と正孔のイオン
化率が大きく異なるほど小さいが、これらの材料におい
ては両者がほぼ等しく、このために雑音が大きいという
欠点があった。この欠点を解消するために増倍層に超格
子構造を用いることが従来より提案されていた。
第４図は、超格子構造によってイオン化率が増大するメ
カニズムを説明する図であり、１は伝導帯、２は価電子
帯、３は電子、４は正孔である。
カニズムを説明する図であり、１は伝導帯、２は価電子
帯、３は電子、４は正孔である。
第４図において、電子３はバンドギャップの大きい第一
の半導体からバンドギャップの小さな第二の半導体に移
る際に、伝導帯１の不連続分に相当する運動エネルギー
を得るためにイオン化を起こす確率が大きくなる。この
効果は、伝導帯１のバンド不連続が価電子帯２のそれよ
りも大きい場合には、正孔４よりも電子３において顕著
になるため、電子３のイオン化率は、正孔４よりも大き
くなり、このため超格子を用いたＡＰＤの増倍雑音は低
減される。
の半導体からバンドギャップの小さな第二の半導体に移
る際に、伝導帯１の不連続分に相当する運動エネルギー
を得るためにイオン化を起こす確率が大きくなる。この
効果は、伝導帯１のバンド不連続が価電子帯２のそれよ
りも大きい場合には、正孔４よりも電子３において顕著
になるため、電子３のイオン化率は、正孔４よりも大き
くなり、このため超格子を用いたＡＰＤの増倍雑音は低
減される。
しかし、電子３は、イオン化を起こすことによってエネ
ルギーを失ない、電界によって再加速されるが、充分な
エネルギーが得られず、バンドギャップの小さい第二の
半導体から次のバンドギャップの大きい第一の半導体に
移る際には、バンド不連続を越えられずに、第４図に示
すように界面にトラップされる可能性が大きい。トラッ
プされた電子３は、除々に放出されるためにＡＰＤの応
答速度は、著しく劣化する欠点があった。このような欠
点を改善する方法として、従来、超格子の半導体の組成
比を連続的に変化させて、第二の半導体から第一の半導
体までバンドギャップを連続的に変化させる構造が提案
されている。
ルギーを失ない、電界によって再加速されるが、充分な
エネルギーが得られず、バンドギャップの小さい第二の
半導体から次のバンドギャップの大きい第一の半導体に
移る際には、バンド不連続を越えられずに、第４図に示
すように界面にトラップされる可能性が大きい。トラッ
プされた電子３は、除々に放出されるためにＡＰＤの応
答速度は、著しく劣化する欠点があった。このような欠
点を改善する方法として、従来、超格子の半導体の組成
比を連続的に変化させて、第二の半導体から第一の半導
体までバンドギャップを連続的に変化させる構造が提案
されている。
しかしながら、前記従来の超格子の半導体の組成比を連
続的に変化させて、第二の半導体から第一の半導体まで
バンドギャップを連続的に変化させる構造では、電子３
はバンドギャップの小さな半導体からバンドギャップの
大きな半導体にスムーズに動けるが、半導体の組成比の
連続的変化を繰り返して行わなくてはならず１作製が非
常に困難であるという問題があった。
続的に変化させて、第二の半導体から第一の半導体まで
バンドギャップを連続的に変化させる構造では、電子３
はバンドギャップの小さな半導体からバンドギャップの
大きな半導体にスムーズに動けるが、半導体の組成比の
連続的変化を繰り返して行わなくてはならず１作製が非
常に困難であるという問題があった。
本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
ある。
ある。
本発明の目的は、超格子ＡＰＤにおけるヘテロ界面での
トラップの効果による応答度の劣化を防止し、かつ低雑
音化が可能であり、作製を容易することができる技術を
提供することにある。
トラップの効果による応答度の劣化を防止し、かつ低雑
音化が可能であり、作製を容易することができる技術を
提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は１本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
前記目的を達成するために１本発明は、厚さｄ、の第一
の半導体と、これより小さなバンドギャップを持つ厚さ
ｄ２の第二の半導体とを交互に積層した超格子を増倍層
とするＡＰＤにおいて、前記第二の半導体よりも大きな
バンドギャップを持つ厚さｄｌの第三の半導体を所定間
隔ａだけ前記第一の半導体から隔てて、第二の半導体の
間にｄ□＜ｄｌおよびｄ ３＋ ａ （ｄ ２／ ２の
条件で配置したことを最も主要な特徴とする。
の半導体と、これより小さなバンドギャップを持つ厚さ
ｄ２の第二の半導体とを交互に積層した超格子を増倍層
とするＡＰＤにおいて、前記第二の半導体よりも大きな
バンドギャップを持つ厚さｄｌの第三の半導体を所定間
隔ａだけ前記第一の半導体から隔てて、第二の半導体の
間にｄ□＜ｄｌおよびｄ ３＋ ａ （ｄ ２／ ２の
条件で配置したことを最も主要な特徴とする。
前述の手段によれば、超格子へテロ界面を狭い量子井戸
内の量子準位を介したトンネル効果によってキャリアか
へテロ界面を通過する確率を増大する構造にしたことに
より、このような構造を有さない従来の構造に比べて、
界面におけるキャリアのトラップの効果が小さくなるの
で、超格子ＡＰＤにおけるヘテロ界面でのトラップの効
果による応答度の劣化を防止することができ、かつ低雑
音化をはかることができる。
内の量子準位を介したトンネル効果によってキャリアか
へテロ界面を通過する確率を増大する構造にしたことに
より、このような構造を有さない従来の構造に比べて、
界面におけるキャリアのトラップの効果が小さくなるの
で、超格子ＡＰＤにおけるヘテロ界面でのトラップの効
果による応答度の劣化を防止することができ、かつ低雑
音化をはかることができる。
また、厚い第一の半導体の次に薄い第二の半導体と薄い
第三の半導体装置され、このような多進構造を繰り返す
ことによって超格子増倍層が構成され、従来の超格子Ａ
ＰＤのように半導体の組成比の連続的変化を繰り返して
行うことがないので、作製を容易にすることができる。
第三の半導体装置され、このような多進構造を繰り返す
ことによって超格子増倍層が構成され、従来の超格子Ａ
ＰＤのように半導体の組成比の連続的変化を繰り返して
行うことがないので、作製を容易にすることができる。
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。
る。
なお、全回において、同一機能を有するものは同一符号
を付け、その繰り返しの説明は省略する。
を付け、その繰り返しの説明は省略する。
第１図は、本発明の一実施例の光検出器の概略構成を説
明する要部断面図である。
明する要部断面図である。
第１図において、５はｎ型ＩｎＰ基板、６はｎ頭重ｎＰ
バッファ層、フはノンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ超格子増倍層、８はＰ型ＩｎＧａＡｓ層、９はＡｕ
ＧｅＮｉ電極、１０はＡｕＺｎ電極である。
バッファ層、フはノンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ超格子増倍層、８はＰ型ＩｎＧａＡｓ層、９はＡｕ
ＧｅＮｉ電極、１０はＡｕＺｎ電極である。
また、第２図は、第１図に示すノンドープのＩｎＧａＡ
ｓ／ＴｎＡＩＡｓ超格子増倍層７の構造を拡大した断面
図であり、１１は厚さ３００オングストローム（人）の
Ｉｎ、、、、ＡＩ、、、、Ａｓ層（ｄ□＝３００人）−
１１２は厚さ３００人のＩｎｎ、、、Ｇａｓ、、、Ａｓ
層（ｄ、 ＝ ３０ＯＡ）、１３は厚さ３０人のＩ ｎ
ｏ、。
ｓ／ＴｎＡＩＡｓ超格子増倍層７の構造を拡大した断面
図であり、１１は厚さ３００オングストローム（人）の
Ｉｎ、、、、ＡＩ、、、、Ａｓ層（ｄ□＝３００人）−
１１２は厚さ３００人のＩｎｎ、、、Ｇａｓ、、、Ａｓ
層（ｄ、 ＝ ３０ＯＡ）、１３は厚さ３０人のＩ ｎ
ｏ、。
２ＡｌＯ，４８ＡＳｆｆｌ（ｄｌ ＝３０人）、１４は
厚さ３０人のＩｎｎ、５３Ｇａ。
厚さ３０人のＩｎｎ、５３Ｇａ。
４７Ａｓ層（ｄ、＝３０人）である。
ノンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍Ｗ
Ｊ７は、第２図に示すように、厚いＩｒ１１．５３Ｇａ
ｅ、＋７ＡＳ層１２の下に薄イＩｎｏ、５ｚＡｌｔ４ｓ
ＡＳ層１３とＩｎ、、、Ｇａ、４７Ａｓ層１４があり、
続いて厚イ１１．．ＢＡ１ａ−４ｓＡＳ層１１が配置さ
れ、このような多層構造を繰り返すことによって超格子
増倍層が構成されたものである。
Ｊ７は、第２図に示すように、厚いＩｒ１１．５３Ｇａ
ｅ、＋７ＡＳ層１２の下に薄イＩｎｏ、５ｚＡｌｔ４ｓ
ＡＳ層１３とＩｎ、、、Ｇａ、４７Ａｓ層１４があり、
続いて厚イ１１．．ＢＡ１ａ−４ｓＡＳ層１１が配置さ
れ、このような多層構造を繰り返すことによって超格子
増倍層が構成されたものである。
第３図は、第２図に示すＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超
格子増倍層７のバンド構造を示した図であり、１５はＩ
ｎＡｌＡｓに挟まれた薄いＩｎＧａＡｓの量子井戸に形
成された量子準位である。増倍層には電界が印加されて
いるために、バンドは傾斜している。
格子増倍層７のバンド構造を示した図であり、１５はＩ
ｎＡｌＡｓに挟まれた薄いＩｎＧａＡｓの量子井戸に形
成された量子準位である。増倍層には電界が印加されて
いるために、バンドは傾斜している。
第２図に示すＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層
７は。
７は。
電子３がＩｎＧａＡｓ層、４１１ＡＳ層１１からＩｎ、
、ｓ ｓ Ｇａ、４ｔ Ａｓ ｉ １２へ入ったときに
運動エネルギーを得るために、イオン化が増大すること
は従来構造の超格子ＡＰＤと同様であるが、第３図に示
すように、 Ｉｎ６．ｓ 、 Ｇａ＠。
、ｓ ｓ Ｇａ、４ｔ Ａｓ ｉ １２へ入ったときに
運動エネルギーを得るために、イオン化が増大すること
は従来構造の超格子ＡＰＤと同様であるが、第３図に示
すように、 Ｉｎ６．ｓ 、 Ｇａ＠。
４７Ａｓ層１２のＩｎＧａＡｓ層内でイオン化を起こし
、エネルギーを失った電子３は、 Ｉｎ、、、、Ｇａ＠
、４．Ａｓ層１４に形成された量子準位１５を介したト
ンネル効果によって、エロ、、５２Ａｌ。、、、Ａｓ層
１１ヘトラップされることなく入ることができる。
、エネルギーを失った電子３は、 Ｉｎ、、、、Ｇａ＠
、４．Ａｓ層１４に形成された量子準位１５を介したト
ンネル効果によって、エロ、、５２Ａｌ。、、、Ａｓ層
１１ヘトラップされることなく入ることができる。
一方、正孔４はバンドギャップの大きいＩｎＡｌＡｓ層
からバンドギャップの小さいＩｎＧａＡｓ層へ通過する
際、量子井戸内の量子準位１５を介して通過するために
瞬間的に運動エネルギーを得ることができず、フォノン
を放出しエネルギーを下げながら通過する。このため正
孔４のイオン化率は全く増大されない。
からバンドギャップの小さいＩｎＧａＡｓ層へ通過する
際、量子井戸内の量子準位１５を介して通過するために
瞬間的に運動エネルギーを得ることができず、フォノン
を放出しエネルギーを下げながら通過する。このため正
孔４のイオン化率は全く増大されない。
以上の説明かられかるように、本実施例によれば、超格
子ＡＰＤにおいては、ヘテロ界面におけるキャリアのト
ラップの効果が無いので、高速応答が可能であると同時
に、従来の超格子ＡＰＤに比べて低雑音化の効果が顕著
である。
子ＡＰＤにおいては、ヘテロ界面におけるキャリアのト
ラップの効果が無いので、高速応答が可能であると同時
に、従来の超格子ＡＰＤに比べて低雑音化の効果が顕著
である。
また、厚イＩｎＧａＡｓ層の次に薄いＩｎＡＩＡ層Ｓと
ＩｎＧａＡｓ層があり、続いて厚いＩｎＡｌＡｓ層が配
置され、このような多層構造を繰り返すことによってＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層７が構成される
ため、従来の超格子ＡＰＤのように半導体の組成比の連
続的変化を緑り返して行うことがないので、作製を容易
にすることができる。
ＩｎＧａＡｓ層があり、続いて厚いＩｎＡｌＡｓ層が配
置され、このような多層構造を繰り返すことによってＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子増倍層７が構成される
ため、従来の超格子ＡＰＤのように半導体の組成比の連
続的変化を緑り返して行うことがないので、作製を容易
にすることができる。
なお、本発明は、前記実施例の超格子の各層の厚さ以外
のものでも同様の効果が得られること、および、 Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰ系格子においＩｎ間様の構造によって
同じ効果が得られることは言うまでもない。
のものでも同様の効果が得られること、および、 Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰ系格子においＩｎ間様の構造によって
同じ効果が得られることは言うまでもない。
以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。
以上、説明したように、本発明によれば、従来の超格子
ＡＰＤの構造に比べて、界面におけるキャリアのトラッ
プの効果が小さくなるので、超格子ＡＰＤにおけるヘテ
ロ界面でのトラップの効果による応答度の劣化を防止す
ることができ、かつ低雑音化をはかることができる。
ＡＰＤの構造に比べて、界面におけるキャリアのトラッ
プの効果が小さくなるので、超格子ＡＰＤにおけるヘテ
ロ界面でのトラップの効果による応答度の劣化を防止す
ることができ、かつ低雑音化をはかることができる。
また、従来の超格子ＡＰＤのように半４体の組成比の連
続的変化を繰り返して行うことがないので、作製を容易
にすることができる。
続的変化を繰り返して行うことがないので、作製を容易
にすることができる。
第１図は、本発明の一実施例の光検出器の概略構成を説
明する要部断面図、 第２図は、第１図に示すノンドープのＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＡｌＡｓ超格子増倍層の構造を拡大した断面図。 第３図は、第２図に示すＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超
格子増倍層のバンド構造を示した模式図、 第４図は、従来の超格子ＡＰＤのバンド構造と、イオン
化率が増大し、かつキャリアがへテロ界面にトラップさ
れるメカニズムを説明する模式図である。 図中、１・・・伝導帯、２・・・価電子帯、３・・・電
子。 ４・・・正孔、５・・・ｎ型ＩｎＰ基板、６・・・ｎ型
ＩｎＰバッファ層、７ ＝−１ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ超格子増倍層、８・Ｐ型ＩｎＧａＡｓＷｊ、９ ＝−
ＡｕＧｅＮ１ｆｌ極、１Ｏ−ＡｕＺｎ電極、１ｌ−Ｉｎ
６．、、Ａ１．、、、Ａｓ層、 １２”’Ｉｎ＠、５ｉ
Ｇａａ、４ｖＡｓ層、１３−ＩｎＬＳ２ＡＩＬ４１１Ａ
Ｓ層、 １４・・・Ｉｎ、、５３Ｇａ、、４７ＡｓＷＪ
、 １５−量子準位。
明する要部断面図、 第２図は、第１図に示すノンドープのＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＡｌＡｓ超格子増倍層の構造を拡大した断面図。 第３図は、第２図に示すＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超
格子増倍層のバンド構造を示した模式図、 第４図は、従来の超格子ＡＰＤのバンド構造と、イオン
化率が増大し、かつキャリアがへテロ界面にトラップさ
れるメカニズムを説明する模式図である。 図中、１・・・伝導帯、２・・・価電子帯、３・・・電
子。 ４・・・正孔、５・・・ｎ型ＩｎＰ基板、６・・・ｎ型
ＩｎＰバッファ層、７ ＝−１ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ超格子増倍層、８・Ｐ型ＩｎＧａＡｓＷｊ、９ ＝−
ＡｕＧｅＮ１ｆｌ極、１Ｏ−ＡｕＺｎ電極、１ｌ−Ｉｎ
６．、、Ａ１．、、、Ａｓ層、 １２”’Ｉｎ＠、５ｉ
Ｇａａ、４ｖＡｓ層、１３−ＩｎＬＳ２ＡＩＬ４１１Ａ
Ｓ層、 １４・・・Ｉｎ、、５３Ｇａ、、４７ＡｓＷＪ
、 １５−量子準位。
Claims (1)
- （１）厚さｄ＿１の第一の半導体と、これより小さなバ
ンドギャップを持つ厚さｄ＿２の第二の半導体とを交互
に積層した超格子を増倍層とするアバランシェフォトダ
イオードにおいて、前記第二の半導体よりも大きなバン
ドギャップを持つ厚さｄ＿３の第三の半導体を所定間隔
ａだけ前記第一の半導体から隔てて、第二の半導体の間
にｄ＿３＜ｄ＿１およびｄ＿３＋ａ＜ｄ＿２／２の条件
で配置したことを特徴とするアバランシェフォトダイオ
ード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63272774A JP2664960B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | アバランシェフォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63272774A JP2664960B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02119271A true JPH02119271A (ja) | 1990-05-07 |
| JP2664960B2 JP2664960B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17518558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63272774A Expired - Lifetime JP2664960B2 (ja) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2664960B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5187553A (en) * | 1990-04-18 | 1993-02-16 | Nec Corporation | Avalanche photodiode having a thin multilayer superlattice structure sandwiched between barrier and well layers to reduce energy loss |
| US5471068A (en) * | 1991-03-28 | 1995-11-28 | Nec Corporation | Semiconductor photodetector using avalanche multiplication and strained layers |
| WO2016088668A1 (ja) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | 日本電信電話株式会社 | アバランシェ・フォトダイオード |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101959141B1 (ko) * | 2017-11-30 | 2019-03-15 | 주식회사 우리로 | 애벌란치 포토 다이오드 |
-
1988
- 1988-10-28 JP JP63272774A patent/JP2664960B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5187553A (en) * | 1990-04-18 | 1993-02-16 | Nec Corporation | Avalanche photodiode having a thin multilayer superlattice structure sandwiched between barrier and well layers to reduce energy loss |
| US5471068A (en) * | 1991-03-28 | 1995-11-28 | Nec Corporation | Semiconductor photodetector using avalanche multiplication and strained layers |
| WO2016088668A1 (ja) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | 日本電信電話株式会社 | アバランシェ・フォトダイオード |
| JPWO2016088668A1 (ja) * | 2014-12-05 | 2017-07-06 | 日本電信電話株式会社 | アバランシェ・フォトダイオード |
| US10297705B2 (en) | 2014-12-05 | 2019-05-21 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Avalanche photodiode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2664960B2 (ja) | 1997-10-22 |
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