JPH02148770A - Photodiode - Google Patents
PhotodiodeInfo
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- JPH02148770A JPH02148770A JP63301314A JP30131488A JPH02148770A JP H02148770 A JPH02148770 A JP H02148770A JP 63301314 A JP63301314 A JP 63301314A JP 30131488 A JP30131488 A JP 30131488A JP H02148770 A JPH02148770 A JP H02148770A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野J
本発明は光通信等の技術分野で使用されるフォトダイオ
ードに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application J The present invention relates to a photodiode used in technical fields such as optical communications.
r従来の技術J
フォトダイオードの代表例として、第5図に示すものが
ある。rPrior Art J A typical example of a photodiode is shown in FIG.
第5図のフォトダイオードは、n”lnP基板1の上に
、n−InP層2、n−Ga1nAs光吸収層3 、
P−InP層4 、 P’Ga1nAs層5が積層形成
されているとともに、P’GaInAs層5側には茨射
防止膜6とP側電極7が、n’InP基板1側にはN側
電極8がそれぞれ設けられている。The photodiode in FIG. 5 has an n-InP layer 2, an n-Ga1nAs light absorption layer 3, an n-InP layer 2, an n-Ga1nAs light absorption layer 3,
A P-InP layer 4 and a P'Ga1nAs layer 5 are laminated, and an anti-irradiation film 6 and a P-side electrode 7 are provided on the P'GaInAs layer 5 side, and an N-side electrode is provided on the n'InP substrate 1 side. 8 are provided respectively.
上記フォトダイオードにおいて、バンドギャップよりも
大きいエネルギをもつ光が第5図の矢印方向から照射さ
れると、その半導体積層構造内では、価電子帯から伝導
帯へ電子が励起されて、電子・正孔対が発生し、かつ、
こうして発生した電子、正孔が、pn接合の電位障壁に
よりそれぞれnfi城とp領域へ押しやられるので、フ
ォトダイオードには、起電力が発生する。When the above photodiode is irradiated with light with energy larger than the band gap from the direction of the arrow in Figure 5, electrons are excited from the valence band to the conduction band within the semiconductor stacked structure, and electrons and positive A hole pair occurs, and
The electrons and holes thus generated are pushed to the NFI and P regions by the potential barrier of the pn junction, respectively, so that an electromotive force is generated in the photodiode.
このとき、pn接合に画電極7,8を介して逆バイアス
電圧が印加されていれば、逆方向に光電流が流れる。At this time, if a reverse bias voltage is applied to the pn junction via the picture electrodes 7 and 8, a photocurrent flows in the opposite direction.
第6図は、第5図のフォトダイオードにおける光吸収層
3の吸収端波投入Cと、検出(測定)される波長入0と
の関係を示したものである。FIG. 6 shows the relationship between the absorption edge wave input C of the light absorption layer 3 and the detected (measured) wavelength input 0 in the photodiode of FIG.
一般に、フォートダイオードの場合は、上記青波長に関
しλoく入Cの条件で使用されるので、入射光の強度変
化を検出することができる。Generally, in the case of a fort diode, it is used under the condition that λo is less than C for the blue wavelength, so that changes in the intensity of incident light can be detected.
「発明が解決しようとする課題J
ところで、半導体レーザなどの発光素子においては、発
振波長の安定化が重要であるほか、その波長の検出が不
可欠となっている。``Problems to be Solved by the Invention J'' By the way, in light emitting devices such as semiconductor lasers, it is important not only to stabilize the oscillation wavelength, but also to detect the wavelength.
しかるに、第5図に例示したフォトダイオードの場合、
光の強度変化は検出できるが、波長の変化については、
これを検出することができず、上記の要望を満たすこと
ができない。However, in the case of the photodiode illustrated in FIG.
Changes in light intensity can be detected, but changes in wavelength cannot be detected.
This cannot be detected and the above requirements cannot be met.
本発明はこのような課題に鑑み、光の強度変化だけでな
く、その波長変化をも検出することのできるフォトダイ
オードを提供しようとするものである。In view of these problems, the present invention seeks to provide a photodiode that can detect not only changes in the intensity of light but also changes in its wavelength.
1課題を解決するための手段」
特定発明(請求項1)は所期の目的を達成するため、半
導体基板の積層面上に、光吸収層を含む半導体積層構造
が形成されており、これら半導体基板、半導体積層構造
の外部にP側電極、N側電極が設けられているフォトダ
イオードにおいて、上記半導体積層構造における光吸収
層への光入射側には、検出すべき光波長と相互に一致し
た吸収端をもつ多重量子井戸構造が設けらていることを
特徴とする。1. In order to achieve the intended purpose, the specified invention (Claim 1) includes a semiconductor laminated structure including a light absorption layer formed on a laminated surface of a semiconductor substrate. In a photodiode in which a P-side electrode and an N-side electrode are provided outside a substrate and a semiconductor laminated structure, on the light incidence side of the light absorption layer in the semiconductor laminated structure, a light wavelength that mutually matches the light wavelength to be detected is provided. It is characterized by having a multiple quantum well structure with an absorption edge.
さらに、関連発明(請求項2)の場合、特定発明(請求
項1)のフォトダイオードにおいて、多重量子井戸構造
には、これに独立して電界を印加するための電極が設け
られていることを特徴とする。Furthermore, in the case of the related invention (Claim 2), in the photodiode of the specified invention (Claim 1), the multiple quantum well structure is provided with electrodes for independently applying an electric field thereto. Features.
r作用J
特定発明に係るフォトダイオードの場合、光吸収層の光
入射側に設けられた多重量子井戸構造の吸収端が、検出
すべき光波長と相互に一致しているので、当該フォトダ
イオードの所定方向から入射された入射光の波長変化を
光電流の変化として検出することができる。r Effect J In the case of the photodiode according to the specified invention, the absorption edges of the multiple quantum well structure provided on the light incidence side of the light absorption layer mutually match the wavelength of light to be detected, so that the photodiode has A change in wavelength of incident light incident from a predetermined direction can be detected as a change in photocurrent.
関連発明に係るフォトダイオードの場合、多重量子井戸
構造に、独立に電界を印加するための電極が設けられて
いる。In the case of the photodiode according to the related invention, the multiple quantum well structure is provided with electrodes for independently applying an electric field.
かかる電極を使用しないときの機能は、上記と同様であ
るが、当該電極を介して多重量子井戸構造に電界を印加
したとき、入射光の強度変化のみを光電流として検出す
ることができる。The function when such an electrode is not used is the same as above, but when an electric field is applied to the multi-quantum well structure through the electrode, only the change in the intensity of incident light can be detected as a photocurrent.
したがって、関連発明に係るフォトダイオードの場合、
入射光の変化を光電流の変化として検出したり、その入
射光の強度変化のみを光電流として検出することができ
る。Therefore, in the case of the photodiode according to the related invention,
Changes in incident light can be detected as changes in photocurrent, or only changes in the intensity of the incident light can be detected as photocurrent.
r実 施 例J
以下、本発明に係るフォトダイオードの実施例につき、
図面を参照して説明する。rExample J Hereinafter, regarding an example of a photodiode according to the present invention,
This will be explained with reference to the drawings.
第1図において、n−InPからなる半導体基板11上
には、 n−1nPからなる結晶層12、n−GaIn
Asからなる結晶層(=光吸収層)13、P″InPか
らなる結晶層14、P−Ga1nAsからなる結晶層1
5が11層形成されている。In FIG. 1, on a semiconductor substrate 11 made of n-InP, there are a crystal layer 12 made of n-1nP, a crystal layer 12 made of n-GaIn
A crystal layer (=light absorption layer) 13 made of As, a crystal layer 14 made of P''InP, a crystal layer 1 made of P-Ga1nAs.
5 is formed in 11 layers.
結晶層15上において、透光用の窓部に該当する結晶層
15の中央部には、Ga1nAs−1nPからなる厚さ
50〜100オングストロ一ム程度の多重量子井戸構造
(MQW)1Bが設けられているとともに、その多重量
子井戸構造16の上面には、n+Ga1nAsからなる
結晶層17が積層されている。On the crystal layer 15, a multiple quantum well structure (MQW) 1B made of Ga1nAs-1nP and having a thickness of about 50 to 100 angstroms is provided in the center of the crystal layer 15 corresponding to the window for light transmission. At the same time, a crystal layer 17 made of n+Ga1nAs is laminated on the upper surface of the multiple quantum well structure 16.
結晶層17の上面(上面の周縁部を除く)、多重量子井
戸構造18の外周面、および、結晶層15上の一部には
、たとえば、5i02のごときパッシヴエイション(P
assivation)膜からなる反射防止膜17a、
17b、 17cがそれぞれ設けられている。Passivation (P
anti-reflection film 17a consisting of a
17b and 17c are provided, respectively.
反射防止膜17b、17c上には、第2図に示すごとく
、リング部18とそのリング部18の側方(左方)へ突
出する突出部19とを有するN側電極20が形成されて
おり、当該N側電極20の一部が結晶層17の上面周縁
部と相互に接触している。On the antireflection films 17b and 17c, as shown in FIG. 2, an N-side electrode 20 having a ring portion 18 and a protruding portion 19 protruding to the side (left side) of the ring portion 18 is formed. , a part of the N-side electrode 20 is in mutual contact with the upper surface peripheral portion of the crystal layer 17 .
結晶層15上において、N側電極20の外周を取り囲む
位置には、第2図に示すごとく、前記突出部18に対応
して開環されたリング部21とそのリング部21の側方
(右方)へ突出する突出部22とを有するP側電極23
が形成されており、当該P側電極23の一部が結晶層1
5の上面と相互に接触している。On the crystal layer 15, at a position surrounding the outer periphery of the N-side electrode 20, as shown in FIG. P-side electrode 23 having a protrusion 22 protruding toward
is formed, and a part of the P-side electrode 23 is connected to the crystal layer 1.
It is in mutual contact with the top surface of 5.
半導体基板11の下面にも、第1図に示すごとくN側電
極24が形成されている。An N-side electrode 24 is also formed on the lower surface of the semiconductor substrate 11, as shown in FIG.
さらに、第1図において、N側電極20には制御電極端
子25が、P側電極23には陽極端子26が、N側電極
24には陰極端子27がそれぞれ接続されている。Furthermore, in FIG. 1, a control electrode terminal 25 is connected to the N-side electrode 20, an anode terminal 26 is connected to the P-side electrode 23, and a cathode terminal 27 is connected to the N-side electrode 24.
第1図に例示したフォトダイオードにおいて、所定のエ
ネルギをもつ光が同図の矢印方向から照射されると、そ
の半導体積層構造内に既述の起電力が発生するので、P
側電極23、N側電極24を介して逆バイアス電圧を印
加すれば、逆方向に光電流が流れる。In the photodiode illustrated in FIG. 1, when light with a predetermined energy is irradiated from the direction of the arrow in the figure, the electromotive force described above is generated within the semiconductor stacked structure, so P
When a reverse bias voltage is applied via the side electrode 23 and the N-side electrode 24, a photocurrent flows in the opposite direction.
この際、P側電極23、N側電極24とは独立に、N側
電極20、P側電極23を介して多重量子井戸構造16
に電界を印加することができる。At this time, independently of the P-side electrode 23 and the N-side electrode 24, the multi-quantum well structure 16 is
An electric field can be applied to the
かかる多重量子井戸構造16の重要な特性の一つは、そ
の構造と印加電圧とにより、光の吸収端波長を設計、制
御できることである。One of the important characteristics of such a multi-quantum well structure 16 is that the absorption edge wavelength of light can be designed and controlled by its structure and applied voltage.
したがって、上記においてN側電極20. P側電極2
3を介して多重量子井戸構造18に電圧を印加したり、
あるいは、印加しないなど、その印加電圧を変化させる
と、多重量子井戸構造16を異なる機能のフィルタとし
て使用することができる。Therefore, in the above, the N-side electrode 20. P side electrode 2
Applying a voltage to the multiple quantum well structure 18 via 3,
Alternatively, by changing the applied voltage, such as not applying it, the multiple quantum well structure 16 can be used as a filter with different functions.
第3図は、N側電極20、P側電極23を介して多重量
子井戸構造16に電圧を印加し、当該多重量子井戸構造
18を入射光に対し波長依存性(分散性)のあるフィル
タとして機能させる例、すなわち、光吸収層13の吸収
端波長λCと、検出される波投入0との相対関係が、λ
oく入。のときの例であり、この例での動作モードCで
は、入射光の強度Po (W)のみに依存した光電流1
c(P)が下記(1)式に基づいて検出できるようにな
る。In FIG. 3, a voltage is applied to the multiple quantum well structure 16 via the N-side electrode 20 and the P-side electrode 23, and the multiple quantum well structure 18 is used as a wavelength-dependent (dispersive) filter for incident light. An example of functioning, that is, the relative relationship between the absorption edge wavelength λC of the light absorption layer 13 and the detected wave input 0 is λ
Enter. In this example, in operation mode C, the photocurrent 1 depends only on the intensity Po (W) of the incident light.
c(P) can now be detected based on the following equation (1).
1c(P)=f(Po) ””(1)
第4図は、多重量子井戸構造1Bに電圧を印加せず、当
該多重量子井戸構造16を入射光に対し波長分散性のな
いフィルタとして機能させる例、すなわち、光吸収層1
3の吸収端波投入Cと、検出される波長7人0との相対
関係が、λ0=入Cのときの例であり、この例での動作
モードbでは、入射光の波長変化に依存した光電流1b
(P)が下記(2)式に基づいて検出できるようになる
。1c(P)=f(Po) ""(1) In FIG. 4, no voltage is applied to the multiple quantum well structure 1B, and the multiple quantum well structure 16 functions as a filter without wavelength dispersion for incident light. example, that is, light absorption layer 1
The relative relationship between the absorption edge wave input C in 3 and the detected wavelength 7 is an example when λ0 = input C. In this example, in operation mode b, the wavelength change depends on the wavelength change of the incident light. Photocurrent 1b
(P) can now be detected based on the following equation (2).
1b(P)=K(α+、a2)・1e(PI g(入0
+Δ入)−K(αItα2 )°f(Pa )°g(λ
G+Δ入)・・・−・拳・・・・・・(2)
上記(2)式において、ic (P)は前記動作モード
Cの測定により既知であり、Kは多重量子井戸構造18
で定まる定数であるから、1b(P)の変化に基づいて
g(入0÷Δ入)を知ることができる。1b(P)=K(α+, a2)・1e(PI g(input 0
+Δin)−K(αItα2)°f(Pa)°g(λ
G + Δ input) ... - fist ... (2) In the above equation (2), ic (P) is known from the measurement in the operation mode C, and K is the multi-quantum well structure 18
Since it is a constant determined by , g (input 0÷Δinput) can be known based on the change in 1b(P).
ゆえに、あらかじめ、g(入)を求めておくことにより
、Δ入を検出することができる。Therefore, by determining g (on) in advance, Δon can be detected.
r発明の効果」
以上の通り、本発明に係るフォトダイオードによるとき
は、波長変化を検出することができ、さらに、光の強度
変化も検出することができる。r Effects of the Invention As described above, when using the photodiode according to the present invention, it is possible to detect a change in wavelength, and also a change in the intensity of light.
第1図は本発明に係るフォトダイオードの一実施例を示
した断面図、第2図は本発明に係るフォトダイオードの
電極形状を示した平面図、第3図および第4図は本発明
に係るフォトダイオードの特性図、第5図は従来のフォ
トダイオードを示した断面図、第6図は従来のフォトダ
イオードの特性図である。
11・・・・・・半導体基板
12・・・・・・結晶層
13・・・・・・光吸収層
14・・・・・・結晶層
15・・・・・・結晶層
16・・・・・・多重量子井戸構造
20・・・・・・N側電極
23・・・・・・P側電極
24・・・・・・P側電極
25・・・・・・制御電極端子
26・・・・・・陽極端子
27・・・・・・陰極端子
代理人 弁理士 斎 藤 義 雄
第
図
第
図
第
図
第
図
光
第
図
第
図FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the photodiode according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the electrode shape of the photodiode according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are according to the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional photodiode, and FIG. 6 is a characteristic diagram of the conventional photodiode. 11...Semiconductor substrate 12...Crystal layer 13...Light absorption layer 14...Crystal layer 15...Crystal layer 16... ...Multiple quantum well structure 20...N side electrode 23...P side electrode 24...P side electrode 25...Control electrode terminal 26... ... Anode terminal 27 ... Cathode terminal agent Patent attorney Yoshio Saito
Claims (2)
積層構造が形成されており、これら半導体基板、半導体
積層構造の外部にP側電極、N側電極が設けられている
フォトダイオードにおいて、上記半導体積層構造におけ
る光吸収層への光入射側には、検出すべき光波長と相互
に一致した吸収端をもつ多重量子井戸構造が設けらてい
ることを特徴とするフォトダイオード。(1) In a photodiode in which a semiconductor laminated structure including a light absorption layer is formed on the laminated surface of a semiconductor substrate, and a P-side electrode and an N-side electrode are provided outside of these semiconductor substrates and the semiconductor laminated structure. . A photodiode, characterized in that a multi-quantum well structure having an absorption edge that mutually coincides with the wavelength of light to be detected is provided on the light incident side of the light absorption layer in the semiconductor laminated structure.
加するための電極が設けられている請求項1記載のフォ
トダイオード。(2) The photodiode according to claim 1, wherein the multiple quantum well structure is provided with an electrode for independently applying an electric field thereto.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63301314A JP2706279B2 (en) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | Photodiode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63301314A JP2706279B2 (en) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | Photodiode |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02148770A true JPH02148770A (en) | 1990-06-07 |
JP2706279B2 JP2706279B2 (en) | 1998-01-28 |
Family
ID=17895361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP63301314A Expired - Fee Related JP2706279B2 (en) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | Photodiode |
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JP (1) | JP2706279B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10341086A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-03-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-receiving semiconductor body with an integrated filter layer |
US7075124B2 (en) | 2003-07-31 | 2006-07-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-sensitive semiconductor body having an integrated filter layer |
-
1988
- 1988-11-29 JP JP63301314A patent/JP2706279B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10341086A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-03-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-receiving semiconductor body with an integrated filter layer |
US7075124B2 (en) | 2003-07-31 | 2006-07-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-sensitive semiconductor body having an integrated filter layer |
DE10341086B4 (en) * | 2003-07-31 | 2007-06-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-receiving semiconductor body with a filter layer |
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Publication number | Publication date |
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JP2706279B2 (en) | 1998-01-28 |
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