JPH02192769A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH02192769A JPH02192769A JP1012422A JP1242289A JPH02192769A JP H02192769 A JPH02192769 A JP H02192769A JP 1012422 A JP1012422 A JP 1012422A JP 1242289 A JP1242289 A JP 1242289A JP H02192769 A JPH02192769 A JP H02192769A
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- 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】
〔概要〕
超長波長帯の光を検知する半導体受光素子に関し。
基板に平行に光を入射させる場合光の電界がどちらを向
いていてもＣＴＥ波でも耐波でも）、又垂直入射に対し
ても悪度を持つようにすることを目的とし。
いていてもＣＴＥ波でも耐波でも）、又垂直入射に対し
ても悪度を持つようにすることを目的とし。
表面に互いに異なる傾斜角を持った少なくとも２つの傾
斜面を有する半導体基板と、該基板表面に接して積層さ
れた量子井戸層とクラッド層からなる半導体層構造とを
有し、該量子井戸層にバイアス電圧を印加し、光を該基
板に平行に、又は該基板表面から入射させるように構成
する。
斜面を有する半導体基板と、該基板表面に接して積層さ
れた量子井戸層とクラッド層からなる半導体層構造とを
有し、該量子井戸層にバイアス電圧を印加し、光を該基
板に平行に、又は該基板表面から入射させるように構成
する。
本発明は超長波長帯の光を検知する半導体受光素子に関
する。
する。
波長５μｍ帯や１０１１ｍ帯の赤外線は物体の非接触温
度検出や、公害物質（例えば、ＣＯｘ 、ＮＯＸ 。
度検出や、公害物質（例えば、ＣＯｘ 、ＮＯＸ 。
Ｃ５ｚ、 ＮＨｚ、 ＣｚｌＬ等）の検出等の分野で使
われ、近年、ますますその利用範囲が広くなり２ この
ような超長波長帯の光を検知する高感度の受光素子の開
発が望まれている。
われ、近年、ますますその利用範囲が広くなり２ この
ような超長波長帯の光を検知する高感度の受光素子の開
発が望まれている。
（従来の技術〕
従来の検知器としては、 ｔｌｇｃｄＴｅ等の赤外用材
料が用いられていたが、この結晶は蒸気圧が高く。
料が用いられていたが、この結晶は蒸気圧が高く。
イオン性の強い材料であるので、良質で均一な結晶を得
るのが難しい。
るのが難しい。
最近、 ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の量子井戸構造を利
用し。
用し。
量子化された電子の基底状態から励起状態もしくは連続
帯への遷移を利用した超長波長帯の受光素子１）が提案
１作製されている。
帯への遷移を利用した超長波長帯の受光素子１）が提案
１作製されている。
１） Ｂ、Ｐ、Ｌｅｖｉｎｅ ｅｔ ａｌ、＋
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、。
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、。
刹、２７３（１９８７）、 １ｂｉｄ、、刑、 １０
９２ （１９８７） 。
９２ （１９８７） 。
この素子は、高品質が可能なＧａＡｓ系結晶を用いてい
るので、素子作製上有利である。
るので、素子作製上有利である。
第３図（１）、 （２）は従来例を説明する断面図と量
子井戸層のバンド構造図である。
子井戸層のバンド構造図である。
第３図（１）において、３１は半絶縁性（Ｓｒ−）Ｇａ
Ａｓ基板、３２はｎ゛型（ｎ”−）ＧａＡｓ層層、３３
は量子井戸層でｎ型（ｎ−）ＧａＡｓ基板３１． Ｚ５
ｃａＯ，ｆｆ５ＡＳ層（厚さ６５／９５人）を５０対積
層した構造、３４はｎ”−ＧａＡｓ層、３５゜３６はｎ
電極である。
Ａｓ基板、３２はｎ゛型（ｎ”−）ＧａＡｓ層層、３３
は量子井戸層でｎ型（ｎ−）ＧａＡｓ基板３１． Ｚ５
ｃａＯ，ｆｆ５ＡＳ層（厚さ６５／９５人）を５０対積
層した構造、３４はｎ”−ＧａＡｓ層、３５゜３６はｎ
電極である。
５ｌ−ＧａＡｓ基板３１の端面は量子井戸層３３に対し
て４５°に研磨して形成され、入射光ｈνはこの面より
量子井戸層３３に対して斜めに入射される。
て４５°に研磨して形成され、入射光ｈνはこの面より
量子井戸層３３に対して斜めに入射される。
第３図（２）は量子井戸層に電界を印加したときのバン
ド構造図で、伝導帯底Ｅ。を示す。
ド構造図で、伝導帯底Ｅ。を示す。
図は、入射光による量子井戸内の電子の量子化準位間の
遷移を模式的に示している。この素子はこの遷移により
超長波長帯の光を吸収するものである。
遷移を模式的に示している。この素子はこの遷移により
超長波長帯の光を吸収するものである。
ところが、この素子に、基板に平行に光を入射させた時
、光の電界が量子井戸層に平行（ＴＥ波）な場合は感度
がなく、又この素子は原理的（作用の欄に後述）に量子
井戸層に垂直に入射する光には感度がなく、第３図に示
すように結晶を斜めに研磨して斜め入射する必要があっ
た。
、光の電界が量子井戸層に平行（ＴＥ波）な場合は感度
がなく、又この素子は原理的（作用の欄に後述）に量子
井戸層に垂直に入射する光には感度がなく、第３図に示
すように結晶を斜めに研磨して斜め入射する必要があっ
た。
［発明が解決しようとする課題］
量子化された基底状態の電子を高次の状態に励起するた
めには、入射光の電界ベクトルと電子の形成するダイポ
ールのベクトルとが直交しないようにする必要があり、
これがＴＥ大入力光に、又は垂直入射の光に感度が無い
理由である。
めには、入射光の電界ベクトルと電子の形成するダイポ
ールのベクトルとが直交しないようにする必要があり、
これがＴＥ大入力光に、又は垂直入射の光に感度が無い
理由である。
本発明は量子井戸構造を持つ受光素子において。
基板に平行に光を入射させる場合、光の電界がどちらを
向いていても（ＴＥ波でもＴＭ波でも）感度を持つよう
にし、又垂直入射に対しても感度を持つようにすること
を目的とする。
向いていても（ＴＥ波でもＴＭ波でも）感度を持つよう
にし、又垂直入射に対しても感度を持つようにすること
を目的とする。
（課題を解決するための手段〕
上記課題の解決は２表面に互いに異なる傾斜角を持った
少なくとも２つの傾斜面を有する半導体基板と、該基板
表面に接して積層された量子井戸層とクラッド層からな
る半導体層構造とを有し。
少なくとも２つの傾斜面を有する半導体基板と、該基板
表面に接して積層された量子井戸層とクラッド層からな
る半導体層構造とを有し。
該量子井戸層にバイアス電圧を印加し、光を該基板に平
行に、又は該基板表面から入射させるようにしたことを
特徴とする半導体受光装置により達成される。
行に、又は該基板表面から入射させるようにしたことを
特徴とする半導体受光装置により達成される。
［作用］
本発明は量子化された電子の形成するダイポールベクト
ルが量子井戸層に垂直となることに着目し、光の電界ベ
クトルとダイポールベクトルの相互作用で単位間の遷移
が起こるため２両者が直交しないようにして量子化準位
間の遷移を起こさせて、入射光に対して感度を持たせる
ようにしたものである。
ルが量子井戸層に垂直となることに着目し、光の電界ベ
クトルとダイポールベクトルの相互作用で単位間の遷移
が起こるため２両者が直交しないようにして量子化準位
間の遷移を起こさせて、入射光に対して感度を持たせる
ようにしたものである。
第１図（１）、 （２）は本発明の詳細な説明する斜視
図とバンド構造図である。
図とバンド構造図である。
第１図（１）において２Ｍ子井戸層２を、基板１に形成
された互いに交差する２つの傾斜面Ａ、 Ｂ上に形成す
ることで、傾斜面Ａ上と傾斜面Ｂ上の電子のダイポール
の向き（傾斜面に垂直即ち量子井戸層に垂直）が異なる
ため、量子井戸層１の側面より入射する光の電界の向き
がどちらを向いていても、傾斜面Ａ上又は傾斜面Ｂ上で
吸収することが可能となる。
された互いに交差する２つの傾斜面Ａ、 Ｂ上に形成す
ることで、傾斜面Ａ上と傾斜面Ｂ上の電子のダイポール
の向き（傾斜面に垂直即ち量子井戸層に垂直）が異なる
ため、量子井戸層１の側面より入射する光の電界の向き
がどちらを向いていても、傾斜面Ａ上又は傾斜面Ｂ上で
吸収することが可能となる。
もし、電界の向きが傾斜面へと平行の場合は。
傾斜面へ上の量子井戸層のダイポールの向きと直交する
ことになり、入射光は傾斜面Ａ上の量子井戸層では相互
作用はなく吸収されないが、傾斜面Ｂ上の量子井戸層の
ダイポールの向きと直交しないので吸収される。
ことになり、入射光は傾斜面Ａ上の量子井戸層では相互
作用はなく吸収されないが、傾斜面Ｂ上の量子井戸層の
ダイポールの向きと直交しないので吸収される。
従って、入射光の電界がどららを向いていても。
傾斜面＾上又は傾斜面Ｂ上、或いは両方の傾斜面上の量
子井戸層で入射光を吸収させることができる。
子井戸層で入射光を吸収させることができる。
第１図（２）は垂直入射を説明する量子井戸層のバンド
構造図で、量子単位ｎ＝１は基底準位。
構造図で、量子単位ｎ＝１は基底準位。
ｎ＝２は励起準位を点線で示し、各準位の波動関数を実
線で示す。
線で示す。
又、矢印は、ｎ−ｍからｎ＝ｍ’ （ｍ４＝ｍ’ ）に
遷移する時のダイポールの向きを示す。
遷移する時のダイポールの向きを示す。
第１図（２）において、量子井戸内の電子の量子化単位
間の遷移を考えると、電子のダイポールの向きは前記の
ように量子井戸層に垂直な向きを持つ。
間の遷移を考えると、電子のダイポールの向きは前記の
ように量子井戸層に垂直な向きを持つ。
従って、量子井戸層に垂直（θ＝９０’ ）に光が入射
しても、光の電界ヘクトルの向きは入射方向に直交して
いるため、ダイポールの向きと直交し。
しても、光の電界ヘクトルの向きは入射方向に直交して
いるため、ダイポールの向きと直交し。
光吸収は生じない。従って、垂直入射でもグイポールと
結合させるためには、量子井戸層を結晶表面から傾斜さ
せて形成すればよいことになる。即ち２基板結晶を加工
して傾斜面を形成し、その面上に量子井戸層を成長する
ことにより、基板表面から入射する光が量子井戸層を斜
めに横切るようにすることができる。
結合させるためには、量子井戸層を結晶表面から傾斜さ
せて形成すればよいことになる。即ち２基板結晶を加工
して傾斜面を形成し、その面上に量子井戸層を成長する
ことにより、基板表面から入射する光が量子井戸層を斜
めに横切るようにすることができる。
第２図（１）〜（６）は本発明の詳細な説明する断面図
と斜視図である。
と斜視図である。
実施例では製造法の概略を含めて、素子構造を説明する
。
。
第２図（１）において、 ｎ−ＧａＡｓ基板１上に幅２
〜３μｍのＶ溝１１を複数個並列に形成する。
〜３μｍのＶ溝１１を複数個並列に形成する。
この際、■溝１１の２つの傾斜面のなす角は９０゜が望
ましいが、必ずしもその角度でなくともよい。
ましいが、必ずしもその角度でなくともよい。
例えば（１１１）面からなるν溝を用いてもよくその場
合の傾斜角は約７０°となる。９０°の場合は入射光が
ＴＥ波でも耐波でもいずれかの傾斜面上の量子井戸層に
吸収される。
合の傾斜角は約７０°となる。９０°の場合は入射光が
ＴＥ波でも耐波でもいずれかの傾斜面上の量子井戸層に
吸収される。
或いは、Ｖ溝１１の形成は干渉露光法により回折格子を
作り、それを用いてもよい。
作り、それを用いてもよい。
第２図（２）において、その上に量子井戸層２として、
厚さ６５人でキャリア濃度（１〜２） Ｘ １０’ ”
ｃ＋＋１− ’のｎ−ＧａＡｓ層と厚さ １００人のノ
ンドーフ。
厚さ６５人でキャリア濃度（１〜２） Ｘ １０’ ”
ｃ＋＋１− ’のｎ−ＧａＡｓ層と厚さ １００人のノ
ンドーフ。
八ｌｏ、 ２５ｃａ０．７ＳＡＳ層を５０〜１００対成
長し、続けて。
長し、続けて。
厚さ１〜２μｍでキャリア濃度（１〜１０） Ｘ １０
”ｃｍ−”のｎ−Ａｌ６．３Ｇａｏ、 ７Ａｓクラッド
層３．厚さ０．５μｍでキャリア濃度〜ＩＱｌ！ｌＣ「
３のｒｉ−ＧａＡｓコンタクト層４をＭ８Ｅ又はＦＩＯ
ＣｖＤ法により成長する。
”ｃｍ−”のｎ−Ａｌ６．３Ｇａｏ、 ７Ａｓクラッド
層３．厚さ０．５μｍでキャリア濃度〜ＩＱｌ！ｌＣ「
３のｒｉ−ＧａＡｓコンタクト層４をＭ８Ｅ又はＦＩＯ
ＣｖＤ法により成長する。
第２図（３）において、この積層構造の上面と下面にｎ
電［１（ＡｕＧｅ７４０層）５と６を形成した後、溝１
１に垂直にへき関して素子を切り出す。入射光はこのへ
き開面より注入する。
電［１（ＡｕＧｅ７４０層）５と６を形成した後、溝１
１に垂直にへき関して素子を切り出す。入射光はこのへ
き開面より注入する。
更に、第２図（４）のリッジ構造や、第２図（５）の埋
込構造で導波路を形成するとより高効率の素子とするこ
とができる。
込構造で導波路を形成するとより高効率の素子とするこ
とができる。
第２図（６）は同じ層構造を用いて形成した垂直入射素
子の断面図である。
子の断面図である。
この場合、入射光が基板に垂直に入ってきたとき、量子
井戸内の電子のダイポールはＶ溝側面に垂直な方向を持
つため、光を吸収することができる。
井戸内の電子のダイポールはＶ溝側面に垂直な方向を持
つため、光を吸収することができる。
又、実施例では１１０１Ｊ帯の検知器について説明した
が、 ＩｎＰ基板上に量子井戸層としてＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ （５０／１００人）を５０〜１００対、
クラッド層としてＩｎＰ層を順次成長させると〜４μｍ
帯の検知器も作製できる。
が、 ＩｎＰ基板上に量子井戸層としてＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ （５０／１００人）を５０〜１００対、
クラッド層としてＩｎＰ層を順次成長させると〜４μｍ
帯の検知器も作製できる。
実施例では実用性のあるｎ型半導体層／量子井戸層／ｎ
型半導体層の素子について述べたが、原理的にばｐ型半
導体層／量子井戸層／ｐ型半導体層でも、ｐ型半導体層
／Ｍ子井戸層／ｎ型半導体層でも素子形成は可能である
。
型半導体層の素子について述べたが、原理的にばｐ型半
導体層／量子井戸層／ｐ型半導体層でも、ｐ型半導体層
／Ｍ子井戸層／ｎ型半導体層でも素子形成は可能である
。
又、基板に平行に光を入射させる場合、実施例ではＶ溝
方向に平行に光を入射させる場合について説明したが、
■溝方向に垂直に入射させてもよい。この場合、導波路
を形成する際は第２図（４）及び（５）に示されている
方向と垂直な方向に導波路を形成することになる。
方向に平行に光を入射させる場合について説明したが、
■溝方向に垂直に入射させてもよい。この場合、導波路
を形成する際は第２図（４）及び（５）に示されている
方向と垂直な方向に導波路を形成することになる。
以上説明したように本発明によれば、量子井戸構造を持
つ受光素子において、基板に平行に光を入射させる場合
７光の電界がどちらを向いていても感度を持つようにす
ることができる。
つ受光素子において、基板に平行に光を入射させる場合
７光の電界がどちらを向いていても感度を持つようにす
ることができる。
又、光を基板に垂直に入射させることが可能となる。
従って、従来例のように結晶を斜め研澄して斜め入射す
る必要はなくなり、簡単に光を入射させることができる
。
る必要はなくなり、簡単に光を入射させることができる
。
その結果１量子井戸層に簡単に入射できる高効率の超長
波長帯の検知器が得られる。
波長帯の検知器が得られる。
２は量子井戸層。
（ｎ−ＧａＡｓ／八Ｉｏ、へ５Ｇａ０．７５Ａ３１５０
〜１００３はｎ−Ａｌｏ、 ３Ｇａｏ、 ７１１１ｓク
ラッド層４はｎ−ＧａＡｓコンタクト層。
〜１００３はｎ−Ａｌｏ、 ３Ｇａｏ、 ７１１１ｓク
ラッド層４はｎ−ＧａＡｓコンタクト層。
５．６はｎ電極（八ｕＧｅ／Ａｕｇ）
対）。
第１図（υ、（２）は本発明の詳細な説明する斜視図と
バンド構造図。 第２図（１）〜（６）は本発明の詳細な説明する断面図
と斜視図。 第３図（１）、 （２１は従来例を説明する断面図と量
子井戸層のバンド構造図である。 図において。 １はｎ−ＧａＡｓ５板。 １１はＶ溝 工１ ←→：ダイボールの向き （２）垂直入射を説明するバンド構造図本発明の原理図 第１図 実施例の断面図（その１） 第２図
バンド構造図。 第２図（１）〜（６）は本発明の詳細な説明する断面図
と斜視図。 第３図（１）、 （２１は従来例を説明する断面図と量
子井戸層のバンド構造図である。 図において。 １はｎ−ＧａＡｓ５板。 １１はＶ溝 工１ ←→：ダイボールの向き （２）垂直入射を説明するバンド構造図本発明の原理図 第１図 実施例の断面図（その１） 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 表面に互いに異なる傾斜角を持った少なくとも２つの傾
斜面を有する半導体基板と、該基板表面に接して積層さ
れた量子井戸層とクラッド層からなる半導体層構造とを
有し、 該量子井戸層にバイアス電圧を印加し、光を該基板に平
行に、又は該基板表面から入射させるようにしたことを
特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1012422A JPH02192769A (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1012422A JPH02192769A (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02192769A true JPH02192769A (ja) | 1990-07-30 |
Family
ID=11804830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1012422A Pending JPH02192769A (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02192769A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04346480A (ja) * | 1991-05-24 | 1992-12-02 | Fuji Xerox Co Ltd | 光電変換装置 |
| EP2109146A2 (en) | 2008-04-10 | 2009-10-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Infrared detector, infrared detecting apparatus, and method of manufacuring infrared detector |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1012422A patent/JPH02192769A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04346480A (ja) * | 1991-05-24 | 1992-12-02 | Fuji Xerox Co Ltd | 光電変換装置 |
| EP2109146A2 (en) | 2008-04-10 | 2009-10-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Infrared detector, infrared detecting apparatus, and method of manufacuring infrared detector |
| US7932496B2 (en) | 2008-04-10 | 2011-04-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Infrared detector, infrared detecting apparatus, and method of manufacturing infrared detector |
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