JPH02228078A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
- Publication number
- JPH02228078A JPH02228078A JP1048220A JP4822089A JPH02228078A JP H02228078 A JPH02228078 A JP H02228078A JP 1048220 A JP1048220 A JP 1048220A JP 4822089 A JP4822089 A JP 4822089A JP H02228078 A JPH02228078 A JP H02228078A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- inp
- light
- crystal
- absorption layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 30
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 8
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 241000337692 Bunia Species 0.000 description 1
- 235000013049 Bunias Nutrition 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 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■−Ｖ属半導体結晶のへテロ接合を用いた受光
素子に利用する。特に、受光素子の分光感度特性の改善
に関する。
素子に利用する。特に、受光素子の分光感度特性の改善
に関する。
本発明は、ＩｎＰ結晶基板上に形成された受光素子にお
いて、 基板と光吸収層との間に分光感度波長帯域の光を反射す
る多層膜を形成することにより、周波数応答特性を劣化
させることなく受光素子の分光感度特性を改善するもの
である。
いて、 基板と光吸収層との間に分光感度波長帯域の光を反射す
る多層膜を形成することにより、周波数応答特性を劣化
させることなく受光素子の分光感度特性を改善するもの
である。
長波長用の受光素子の材料として、特殊な場合を除き、
ＧｅまたはＧａＩｎＡｓＰが従来から用いられている。
ＧｅまたはＧａＩｎＡｓＰが従来から用いられている。
特にＧａｘＩｎ＋−、Ａｓ、Ｐ Ｉ−ｙは、その混晶比
ｘ１ｙを適当に選択することにより、ＩｎＰ結晶に格子
定数を一致させた状態でバンドキャップエネルギを可変
に設定できる。これにより、はぼ１〜１．７μｍの波長
帯域において、所望の分光感度波長帯域をもつ光吸収層
をＩｎＰ結晶基板上にエピタキシャル成長させることが
できる。分光感度波長帯域とは、入射光を電気信号に変
換できる波長帯域をいう。
ｘ１ｙを適当に選択することにより、ＩｎＰ結晶に格子
定数を一致させた状態でバンドキャップエネルギを可変
に設定できる。これにより、はぼ１〜１．７μｍの波長
帯域において、所望の分光感度波長帯域をもつ光吸収層
をＩｎＰ結晶基板上にエピタキシャル成長させることが
できる。分光感度波長帯域とは、入射光を電気信号に変
換できる波長帯域をいう。
また、Ｇａ、ｌｌｎ＋−、Ａｓ、Ｐ ｌ−ｙ層の上にＩ
ｎＰキャップ層を設けた受光素子も知られている。さら
に、Ｇｅ受光素子よりも暗電流、周波数応答特性（変調
周波数に対する応答と特性）、増倍雑音特性その他の電
気的特性が優れ、しかも約１，５μｍより長波長側で分
光感度特性の優れたＧａ１ｎＡｓＰ系の受光素子が得ら
れている（酒井士部 他、電子通信学会論文誌第Ｊ６２
−Ｃ巻第１０号、１９７９年１０月、第６７６頁ないし
第６８１ 頁）。
ｎＰキャップ層を設けた受光素子も知られている。さら
に、Ｇｅ受光素子よりも暗電流、周波数応答特性（変調
周波数に対する応答と特性）、増倍雑音特性その他の電
気的特性が優れ、しかも約１，５μｍより長波長側で分
光感度特性の優れたＧａ１ｎＡｓＰ系の受光素子が得ら
れている（酒井士部 他、電子通信学会論文誌第Ｊ６２
−Ｃ巻第１０号、１９７９年１０月、第６７６頁ないし
第６８１ 頁）。
特に、混晶比Ｘ％ｙをＸ＝０．４７、ｙ層１としたＧａ
００４ｔｌｎｏ、 ５３ＡＳは、ＩｎＰ結晶と格子定数
が一致し、しかもバンドギャップエネルギが室温で０．
７５ｅＶと最小になる。したがって、この材料を吸収層
に用いることにより、長波長側の分光感度特性を高める
ことができ、約１．７μｍまでの分光感度波長が得られ
る。
００４ｔｌｎｏ、 ５３ＡＳは、ＩｎＰ結晶と格子定数
が一致し、しかもバンドギャップエネルギが室温で０．
７５ｅＶと最小になる。したがって、この材料を吸収層
に用いることにより、長波長側の分光感度特性を高める
ことができ、約１．７μｍまでの分光感度波長が得られ
る。
第５図に、Ｇａｏ、７Ｉｎ。、５３ＡｓおよびＩｎＰを
用いた従来例の受光素子として、ＰＩＮホトダイオード
の断面構造を示す。
用いた従来例の受光素子として、ＰＩＮホトダイオード
の断面構造を示す。
この受光素子は、ＩｎＰ結晶基板１上にＩｎＰバッファ
層２ 、Ｇａｏ、４ｔｌｎｏ、 ５３ＡＳ光吸収層３お
よびＩｎＰキャップ層４をエピタキシャル成長させ、Ｉ
ｎＰキャップ層４の表面に受光窓を設け、この受光窓か
らＺｎを拡散させてＺｎ拡散層５を形成し、受光窓の端
部に電極６を設け、受光窓を反射防止膜７で被膜したも
のである。基板１の裏面には電極８が設けられる。反射
防止膜７は５ｉ０２とＳｉＮｘとにより形成される。第
６図にこの反射防止膜７０反射率を示す。
層２ 、Ｇａｏ、４ｔｌｎｏ、 ５３ＡＳ光吸収層３お
よびＩｎＰキャップ層４をエピタキシャル成長させ、Ｉ
ｎＰキャップ層４の表面に受光窓を設け、この受光窓か
らＺｎを拡散させてＺｎ拡散層５を形成し、受光窓の端
部に電極６を設け、受光窓を反射防止膜７で被膜したも
のである。基板１の裏面には電極８が設けられる。反射
防止膜７は５ｉ０２とＳｉＮｘとにより形成される。第
６図にこの反射防止膜７０反射率を示す。
第７図はこの受光素子の分光感度特性を示し、第８図は
光吸収層３の厚さに対する遮断周波数の特性を示す。
光吸収層３の厚さに対する遮断周波数の特性を示す。
第７図に示した特性は、光吸収層３の厚さをｄ１光吸収
層３とＺｎ拡散層５との接合深さをＸとし、ａ ： ｄ
＝０．５ ｔｔｃａ、ｘ ＝０．２５μｍ１１ｂ ：
ｄ＝ １ｐ、 ｘ＝ｏ、５ ｔｔｒｎｃ：ｄ＝２ｐ
ｍＳ ｘ＝０．５μｍ ｄ：ｄ＝：３μｏＳ ｘ＝０．９μｍ とした場合のそれぞれの分光感度、すなわち、ある波長
における入射光パワーに対する出力電流の理論計算値を
示す。この計算は、株式会社サイエンスフォーラムから
昭和６１年９月２０日に出版された伊藤良−監修、「化
合物半導体デバイスハンドブック」に記載された理論計
算方法に基づいて求めた。
層３とＺｎ拡散層５との接合深さをＸとし、ａ ： ｄ
＝０．５ ｔｔｃａ、ｘ ＝０．２５μｍ１１ｂ ：
ｄ＝ １ｐ、 ｘ＝ｏ、５ ｔｔｒｎｃ：ｄ＝２ｐ
ｍＳ ｘ＝０．５μｍ ｄ：ｄ＝：３μｏＳ ｘ＝０．９μｍ とした場合のそれぞれの分光感度、すなわち、ある波長
における入射光パワーに対する出力電流の理論計算値を
示す。この計算は、株式会社サイエンスフォーラムから
昭和６１年９月２０日に出版された伊藤良−監修、「化
合物半導体デバイスハンドブック」に記載された理論計
算方法に基づいて求めた。
また、第８図に示した特性は、ボーワーズ他、［ウルト
ラワイド−バンド・ロングーウエイブレンクス・ｐ−１
−ｎフォトディテクターズＪ 、ＩＥＩＥＢジャーナル
・オブ・ライトウニイブ・チクノロシイ、第ＬＴ−５巻
第１０号、１９８７年、第１３３９頁から第１３５０頁
（Ｊ、Ｅ、Ｂｏｗｅｒｓ ｅｔ ａｌ、、 ’旧ｔｒａ
ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ Ｌｏｎｇ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｐ−１−ｎ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ”、 Ｉ
Ｅ［ＥＢ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、 Ｖｏｌ、ＬＴ−５，Ｎ
ｏ、１０゜１９８７、 ｐｐ、１３３９−１３５０）に
示された計算方法に基づいて求めた。ここでは、接合直
径が２５μ口と５５μｍとの二つの場合について、接合
容量を加味して求めた値を示す。
ラワイド−バンド・ロングーウエイブレンクス・ｐ−１
−ｎフォトディテクターズＪ 、ＩＥＩＥＢジャーナル
・オブ・ライトウニイブ・チクノロシイ、第ＬＴ−５巻
第１０号、１９８７年、第１３３９頁から第１３５０頁
（Ｊ、Ｅ、Ｂｏｗｅｒｓ ｅｔ ａｌ、、 ’旧ｔｒａ
ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ Ｌｏｎｇ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｐ−１−ｎ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ”、 Ｉ
Ｅ［ＥＢ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、 Ｖｏｌ、ＬＴ−５，Ｎ
ｏ、１０゜１９８７、 ｐｐ、１３３９−１３５０）に
示された計算方法に基づいて求めた。ここでは、接合直
径が２５μ口と５５μｍとの二つの場合について、接合
容量を加味して求めた値を示す。
しかし、従来の受光素子では、第７図に示したように、
光通信に用いられる１、５５μｍ付近の波長で分光感度
が急激に劣化してしまう。これは、波長が光吸収層とし
て使用されるＧａｏ、 ４ｔｌｎｏ、 ５３ＡＳのバン
ドギャップエネルギに対応する吸収端に近づいて吸収係
数が小さくなり、この光吸収層を透過する光量が増加す
るためである。
光通信に用いられる１、５５μｍ付近の波長で分光感度
が急激に劣化してしまう。これは、波長が光吸収層とし
て使用されるＧａｏ、 ４ｔｌｎｏ、 ５３ＡＳのバン
ドギャップエネルギに対応する吸収端に近づいて吸収係
数が小さくなり、この光吸収層を透過する光量が増加す
るためである。
また、光吸収層が厚いほど分光感度は高くなるが、光応
答として取り出される光励起されたキャリア（自由電子
と正孔）の光吸収層内の走行時間が長くなる。このため
、第８図に示したように遮断周波数が低下し、周波数応
答特性が劣化する。
答として取り出される光励起されたキャリア（自由電子
と正孔）の光吸収層内の走行時間が長くなる。このため
、第８図に示したように遮断周波数が低下し、周波数応
答特性が劣化する。
接合直径を大きくした場合にも、接合容量が増加し、遮
断周波数が低下して周波数応答特性が劣化する。
断周波数が低下して周波数応答特性が劣化する。
このように、従来の受光素子では、分光感度特性と周波
数応答特性とを同時に改善することができない欠点があ
った。
数応答特性とを同時に改善することができない欠点があ
った。
本発明は、以上の問題点を解決し、周波数応答特性を劣
化させることな（分光感度特性を改善できる構造の受光
素子を提供することを目的とする。
化させることな（分光感度特性を改善できる構造の受光
素子を提供することを目的とする。
本発明の受光素子は、ＩｎＰ結晶基板と光吸収層との間
に、ＩｎＰ結晶と格子定数が一致し屈折率が異なる結晶
層と、ＩｎＰ層とを積層方向に複数回交互に備えたこと
を特徴とする。
に、ＩｎＰ結晶と格子定数が一致し屈折率が異なる結晶
層と、ＩｎＰ層とを積層方向に複数回交互に備えたこと
を特徴とする。
結晶層としては、Ａ Ｌ ｐ Ｉ ｎ Ｉ−ｐＡｓ層（
ｐは混晶比）が望ましく、また、光吸収層よりバンドギ
ャップの大きいＧａｑＩｎｌ−ｑＡｓｒＰ＋−１層（４
％ ｒは混晶比）を用いることもできる。
ｐは混晶比）が望ましく、また、光吸収層よりバンドギ
ャップの大きいＧａｑＩｎｌ−ｑＡｓｒＰ＋−１層（４
％ ｒは混晶比）を用いることもできる。
光吸収層は、Ｇａｘｌｒ＋＋−１１ＡｓＹＰＩ−ｙ
（ｘ ｓ ｙは混晶比）により形成され、特に、 ｘ ＝０．４７、ｙ＝１ のもの、すなわちＧａｏ、ｉ、ｌｎｏ、 ５３Ａｓによ
り形成されることが望ましい。
（ｘ ｓ ｙは混晶比）により形成され、特に、 ｘ ＝０．４７、ｙ＝１ のもの、すなわちＧａｏ、ｉ、ｌｎｏ、 ５３Ａｓによ
り形成されることが望ましい。
結晶層とＩｎＰ層のそれぞれの膜厚ｄ、 、ｄ２は、分
光感度波長帯域に含まれるひとつの波長をλとし、結晶
層の材料の屈折率をｎ、とし、ＩｎＰの屈折率をｎ２と
するとき、 ｄｌ＝（λ／ｎ１）／４ ｄ２＝（λ／ｎ２）／４ であることが望ましい。
光感度波長帯域に含まれるひとつの波長をλとし、結晶
層の材料の屈折率をｎ、とし、ＩｎＰの屈折率をｎ２と
するとき、 ｄｌ＝（λ／ｎ１）／４ ｄ２＝（λ／ｎ２）／４ であることが望ましい。
本明細書において「屈折率」とは、真空の屈折率に対す
る比、すなわち比屈折率をいう。
る比、すなわち比屈折率をいう。
基板と光吸収層との間に多層膜を形成し、光吸収層を透
過した分光感度波長帯域の光を反射させる。これにより
、周波数応答特性を劣化させることなく分光感度特性が
改善される。
過した分光感度波長帯域の光を反射させる。これにより
、周波数応答特性を劣化させることなく分光感度特性が
改善される。
本発明で使用する多層膜は、その格子定数がＩｎＰ結晶
と一致し、さらには光吸収層と一致しているので、受光
素子の緒特性を劣化させることがない。
と一致し、さらには光吸収層と一致しているので、受光
素子の緒特性を劣化させることがない。
第１図は本発明実施例ＰＩＮホトダイオードの断面構造
を示す。
を示す。
この受光素子は、ＩｎＰ結晶基板１上にＩｎＰバッファ
層２ 、Ｇａａ、 ａｔＩｎｏ、 ５３ＡＳ光吸収層３
およびＩｎＰキャップ層４を備え、ＩｎＰキャップ層４
の表面には受光窓が設けられ、この受光窓から光吸収層
３の方向にＺｎ拡散層５が形成され、受光窓の端部に電
極６が設けられ、受光窓が反射防止膜７で被膜されてい
る。反射防止膜７はＳ１０□と５ｉＮＸとにより形成さ
れる。
層２ 、Ｇａａ、 ａｔＩｎｏ、 ５３ＡＳ光吸収層３
およびＩｎＰキャップ層４を備え、ＩｎＰキャップ層４
の表面には受光窓が設けられ、この受光窓から光吸収層
３の方向にＺｎ拡散層５が形成され、受光窓の端部に電
極６が設けられ、受光窓が反射防止膜７で被膜されてい
る。反射防止膜７はＳ１０□と５ｉＮＸとにより形成さ
れる。
ここで本実施例の特徴とするところは、基板１と光吸収
層３との間、さらに詳しくは基板１とバッファ層２との
間に、ＩｎＰ結晶と格子定数が一致する７ＩｉｐＩｎ＋
−ｐＡｓ層１０とＩｎＰ層１１とを積層方向に複数回交
互に備えたことにある。また、電極８はバッファ層２の
表面に形成される。
層３との間、さらに詳しくは基板１とバッファ層２との
間に、ＩｎＰ結晶と格子定数が一致する７ＩｉｐＩｎ＋
−ｐＡｓ層１０とＩｎＰ層１１とを積層方向に複数回交
互に備えたことにある。また、電極８はバッファ層２の
表面に形成される。
ＡＬｐｌｎ＋−ｐＡｓ層１０、ＩｎＰ層１１、バッファ
層２、光吸収層３およびキャップ層は、エピタキシャル
成長により形成される。
層２、光吸収層３およびキャップ層は、エピタキシャル
成長により形成される。
Ａ！、Ｉｎ、−、Ａｓ層１０およびＩｎＰ層１１は、そ
の不透過帯域が受光素子の分光感度内の所望の帯域と一
致するような膜厚に形成される。例えば分光感度波長帯
域に波長λが含まれる場合には、Ａ！、Ｉｎ、−ｐＡｓ
の屈折率をｎ、、ＩｎＰの屈折率をｎ２として、それぞ
れ、 ｄ＋ ＝λ、／４、 λ１＝λ／ ｎ （ｄ２＝λ２／
４、 λ２＝λ／ｎ２ となるように形成される。このとき、不透過帯域の中心
での反射率Ｒは、 Ｒ＝ （Ａ＋Ａ−’−２）／（Ａ＋Ａ月＋２）Ａ” （
ｎ（１ｎ２”″）／（Ｔ１．７１．”）となる。ただし
、ｍはＡ！ｐＩｎ、−、Ａｓ層１０とＩｎＰ層１１との
繰り返し回数であり、ｎ、はＡＬ、Ｉｎ＋−、Ａｓ層１
０とＩｎＰ層１１とにより形成された多層膜の基板１側
の結晶の屈折率であり、ｎｏはこの多層膜の光入対価の
結晶の屈折率である。この実施例では、多層膜の両側が
ＩｎＰで形成されているため、ｎｓ ＝７］ｏ ＝Ｔ１
２ である。
の不透過帯域が受光素子の分光感度内の所望の帯域と一
致するような膜厚に形成される。例えば分光感度波長帯
域に波長λが含まれる場合には、Ａ！、Ｉｎ、−ｐＡｓ
の屈折率をｎ、、ＩｎＰの屈折率をｎ２として、それぞ
れ、 ｄ＋ ＝λ、／４、 λ１＝λ／ ｎ （ｄ２＝λ２／
４、 λ２＝λ／ｎ２ となるように形成される。このとき、不透過帯域の中心
での反射率Ｒは、 Ｒ＝ （Ａ＋Ａ−’−２）／（Ａ＋Ａ月＋２）Ａ” （
ｎ（１ｎ２”″）／（Ｔ１．７１．”）となる。ただし
、ｍはＡ！ｐＩｎ、−、Ａｓ層１０とＩｎＰ層１１との
繰り返し回数であり、ｎ、はＡＬ、Ｉｎ＋−、Ａｓ層１
０とＩｎＰ層１１とにより形成された多層膜の基板１側
の結晶の屈折率であり、ｎｏはこの多層膜の光入対価の
結晶の屈折率である。この実施例では、多層膜の両側が
ＩｎＰで形成されているため、ｎｓ ＝７］ｏ ＝Ｔ１
２ である。
反射率Ｒの計算方法については、共立出版株式会社から
昭和６０年２月２５日出版された藤原史部編、光学技術
シリーズ１１、「光学薄膜」、またはジョン・ワイリイ
社から１９８３年に出版されたヤリフ、ユエン共著、ワ
イリイ・シリーズ・イン・ブニア・アンド・アプライド
・オプティカル、「オプティカル・ウニイブ・イン・ク
リスタルズ プロパゲイジョン・アンド・コントロール
・オブ・レーザ・ラディエイションＪ （Ａ、Ｙａｒ
ｉｖ ａｎｄ Ｐ、Ｙｅｎ。
昭和６０年２月２５日出版された藤原史部編、光学技術
シリーズ１１、「光学薄膜」、またはジョン・ワイリイ
社から１９８３年に出版されたヤリフ、ユエン共著、ワ
イリイ・シリーズ・イン・ブニア・アンド・アプライド
・オプティカル、「オプティカル・ウニイブ・イン・ク
リスタルズ プロパゲイジョン・アンド・コントロール
・オブ・レーザ・ラディエイションＪ （Ａ、Ｙａｒ
ｉｖ ａｎｄ Ｐ、Ｙｅｎ。
”０ｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅ ｉｎ Ｃｒ１ｓｔａｌｓ
、 Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎｄＣｏｎｔｒｏ
ｌ ｏｆ Ｌａ５ｅｒ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ’、 Ｗｉ
ｌｅｙ ５ｅｒ１ｅｓ １ｎＰｕｒｅ ａｎｄ Ａ
ｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ、 Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ
＆ ５ｏｎｓＩｎｃ、、 １９８３） に詳しく説
明されている。
、 Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎｄＣｏｎｔｒｏ
ｌ ｏｆ Ｌａ５ｅｒ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ’、 Ｗｉ
ｌｅｙ ５ｅｒ１ｅｓ １ｎＰｕｒｅ ａｎｄ Ａ
ｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ、 Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ
＆ ５ｏｎｓＩｎｃ、、 １９８３） に詳しく説
明されている。
第２図は、不透過帯域の中心波長が１．５μ■となるよ
うに多層膜を形成した場合について、その多層膜の繰り
返し回数ｍが１０のときの入射波長に対する反射率の計
算値を示す。繰り返し回数ｍを増やせば、不透過帯域の
反射率は増加して「１」に近づく。
うに多層膜を形成した場合について、その多層膜の繰り
返し回数ｍが１０のときの入射波長に対する反射率の計
算値を示す。繰り返し回数ｍを増やせば、不透過帯域の
反射率は増加して「１」に近づく。
第３図および第４図は、ｍがそれぞれｌＧの場合と４０
の場合の分光感度特性を示す。これらの図では、光吸収
層３の厚さをｄ１光吸収層３とＺｎ拡散層５との接合深
さをＸとし、 ａ ： ｄ＝Ｑ、５ Ｂｔｎ、ｘ ＝０．２５μ［ｌｌ
ｂ ： ｄ＝ １μｍ５Ｘ＝０．５ ｔＬｍｃ ： ｄ
＝ ２ｕｒｎ、 ｘ＝ｏ、５ ｘｔｎの場合について
示す。
の場合の分光感度特性を示す。これらの図では、光吸収
層３の厚さをｄ１光吸収層３とＺｎ拡散層５との接合深
さをＸとし、 ａ ： ｄ＝Ｑ、５ Ｂｔｎ、ｘ ＝０．２５μ［ｌｌ
ｂ ： ｄ＝ １μｍ５Ｘ＝０．５ ｔＬｍｃ ： ｄ
＝ ２ｕｒｎ、 ｘ＝ｏ、５ ｘｔｎの場合について
示す。
１．５μｍ帯の光を受光する場合を例に、第１図に示し
た受光素子の詳細な構造および動作を説明する。
た受光素子の詳細な構造および動作を説明する。
反射防止膜７は、波長１．５μｍで反射率が最小となる
ように、厚さ０．１３９μｍのＳｉｎ、と、厚さ０．１
３２μｍのＳｉＮ、とにより形成する。このとき反射防
止膜７の表面における反射率は、第６図に示したように
なる。この反射防止膜７を透過した入射光は、約０．９
μｍ以上の波長の光に対して透明なＩｎＰのキャップ層
４を通して光吸収層３に導入される。
ように、厚さ０．１３９μｍのＳｉｎ、と、厚さ０．１
３２μｍのＳｉＮ、とにより形成する。このとき反射防
止膜７の表面における反射率は、第６図に示したように
なる。この反射防止膜７を透過した入射光は、約０．９
μｍ以上の波長の光に対して透明なＩｎＰのキャップ層
４を通して光吸収層３に導入される。
光吸収層３では、Ｇａｏ、 ４ｔｌｎｏ、５３Ａｓのバ
ンドギャップエネルギに対応する波長約１．７μ０より
短い波長の光が吸収される。このとき、接合によって生
じた空乏層とこの空乏層の端から少数キャリアの拡散長
以内の領域との内部で発生した電子と正孔とが、空乏層
内の電界で分離されてドリフトし、光電流として電極６
．８から取り出される。
ンドギャップエネルギに対応する波長約１．７μ０より
短い波長の光が吸収される。このとき、接合によって生
じた空乏層とこの空乏層の端から少数キャリアの拡散長
以内の領域との内部で発生した電子と正孔とが、空乏層
内の電界で分離されてドリフトし、光電流として電極６
．８から取り出される。
光吸収層３が薄いときには、この層がすべて空乏化し、
キャリアの拡散による電流が流れなくなるため応答速度
は向上する。しかし、光吸収層３に吸収されずに透過す
る光量が増加する。
キャリアの拡散による電流が流れなくなるため応答速度
は向上する。しかし、光吸収層３に吸収されずに透過す
る光量が増加する。
この光吸収層３を透過した光は、ＡＬ、Ｉｎ、−、Ａｓ
層１０およびＩｎＰ層１１により形成される多層膜によ
り、その不透過帯域に対応する成分が反射され、再び光
吸収層３に戻される。
層１０およびＩｎＰ層１１により形成される多層膜によ
り、その不透過帯域に対応する成分が反射され、再び光
吸収層３に戻される。
以上の実施例ではＩｎＰとＡＬ、Ｉｎ＋−ｐＡ”’とを
用いた多層膜の例を示したが、ＩｎＰとＧａ、 Ｉｎ
１−ｑＡｓｒＰ１−ｒＰ Ｉ−ｒとを用いても本発明を
同様に実施できる。その場合にも、Ｇａ９１ｎ＋−ｑＡ
ｓｒＰ１−ｒＰ ｌ−ｒ層として、格子定数がＩｎＰと
等しくなる混晶比ｑ％ｒのものを選択する。
用いた多層膜の例を示したが、ＩｎＰとＧａ、 Ｉｎ
１−ｑＡｓｒＰ１−ｒＰ Ｉ−ｒとを用いても本発明を
同様に実施できる。その場合にも、Ｇａ９１ｎ＋−ｑＡ
ｓｒＰ１−ｒＰ ｌ−ｒ層として、格子定数がＩｎＰと
等しくなる混晶比ｑ％ｒのものを選択する。
また、このＧａ９１ｎ＋−ｑＡｓ、Ｐ ｌ−ｒ層は、光
吸収層よりバンドギャップエネルギが大きいことが望ま
しい。
吸収層よりバンドギャップエネルギが大きいことが望ま
しい。
以上の実施例ではＰＩＮホトダイオードに本発明を実施
した例を説明したが、アバランシェホトダイオードにも
本発明を同様に実施できる。
した例を説明したが、アバランシェホトダイオードにも
本発明を同様に実施できる。
以上説明したように、周波数応答特性を劣化させること
なく受光素子の分光感度特性を改善することができる。
なく受光素子の分光感度特性を改善することができる。
このため、同じ分光感度でも従来のものより周波数応答
特性を改善でき、光吸収層の厚さが約３μ山以下であれ
ば、同じ周波数特性で従来のものより分光感度特性を改
善できる効果がある。
特性を改善でき、光吸収層の厚さが約３μ山以下であれ
ば、同じ周波数特性で従来のものより分光感度特性を改
善できる効果がある。
本発明は、使用波長が１．３μｍまたは１．５μｍ付近
の波長に限定される光通信や、種々の光測定機器用の受
光素子として用いて特に効果がある。この分野では特に
高速応答が要求され、同じ感度でも高速応答が可能な本
発明の受光素子は実用的価値が高い。
の波長に限定される光通信や、種々の光測定機器用の受
光素子として用いて特に効果がある。この分野では特に
高速応答が要求され、同じ感度でも高速応答が可能な本
発明の受光素子は実用的価値が高い。
第１図は本発明実施例ＰＩＮホトダイオードの断面構造
を示す図。 第２図は多層膜の繰り返し回数ｍが１０のときの入射波
長に対する反射率の計算値を示す図。 第３図はｍが１０のときの分光感度特性を示す図。 第４図はｍが４０のときの分光感度特性を示す図。 第５図は従来例ＰＩＮホトダイオードの断面構造を示す
図。 第６図は反射防止膜の反射率を示す図。 第７図は分光感度特性を示す図。 第８図は光吸収層の厚さに対する遮断周波数特性を示す
図。 １・・・基板、２・・・バッファ層、３・・・光吸収層
、４・・・キャップ層、５・・・Ｚｎ拡散層、６．８・
・・電極、７・・・反射防止膜、１０・”ＡＬｐｌｎ＋
−ｐＡｓ層、１１・ＩｎＰ層。 特許出願人 光計測技術開発株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 扇 波長αｎ〕 回 ２表〔力回 菖 ０、ａ Ｏ，９ １，２＋、３ １．４ １．５ 及長〔んｍ〕 、６ １．７ 促水例 波長（、ｕｍ） Ｓ＋Ｏｚ／Ｓ＋Ｎｘ ノ１Ｌ１ｎ’ｆ 肩 回
を示す図。 第２図は多層膜の繰り返し回数ｍが１０のときの入射波
長に対する反射率の計算値を示す図。 第３図はｍが１０のときの分光感度特性を示す図。 第４図はｍが４０のときの分光感度特性を示す図。 第５図は従来例ＰＩＮホトダイオードの断面構造を示す
図。 第６図は反射防止膜の反射率を示す図。 第７図は分光感度特性を示す図。 第８図は光吸収層の厚さに対する遮断周波数特性を示す
図。 １・・・基板、２・・・バッファ層、３・・・光吸収層
、４・・・キャップ層、５・・・Ｚｎ拡散層、６．８・
・・電極、７・・・反射防止膜、１０・”ＡＬｐｌｎ＋
−ｐＡｓ層、１１・ＩｎＰ層。 特許出願人 光計測技術開発株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 扇 波長αｎ〕 回 ２表〔力回 菖 ０、ａ Ｏ，９ １，２＋、３ １．４ １．５ 及長〔んｍ〕 、６ １．７ 促水例 波長（、ｕｍ） Ｓ＋Ｏｚ／Ｓ＋Ｎｘ ノ１Ｌ１ｎ’ｆ 肩 回
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ＩｎＰ結晶基板（１）上にＩｎＰ結晶と格子定数が
一致するＧａ＿ｘＩｎ＿１＿−＿ｘＡｓ＿ｙＰ＿１＿−
＿ｙ光吸収層（３）（ｘ、ｙは混晶比）を備えた受光素
子において、 上記基板（１）と上記光吸収層（３）との間に、ＩｎＰ
結晶と格子定数が一致し屈折率が異なる結晶層（１０）
と、ＩｎＰ層（１１）とを積層方向に複数回交互に備え
た ことを特徴とする受光素子。 ２、結晶層はＡｌ＿ｐＩｎ＿１＿−＿ｐＡｓ層（ｐは混
晶比）を含む請求項１記載の受光素子。 ３、結晶層は、光吸収層よりバンドギャップの大きいＧ
ａ＿ｑＩｎ＿１＿−＿ｑＡｓ＿ｒＰ＿１＿−＿ｒ層（ｑ
、ｒは混晶比）を含む請求項１記載の受光素子。 ４、光吸収層はＧａ＿０＿．＿４＿７Ｉｎ＿０＿．＿５
＿３Ａｓにより形成された請求項１記載の受光素子。 ５、結晶層およびＩｎＰ層は、それぞれの膜厚ｄ＿１、
ｄ＿２が、分光感度波長帯域に含まれるひとつの波長を
λとし、上記結晶層の材料の屈折率をｎ＿１とし、Ｉｎ
Ｐの屈折率をｎ＿２とするとき、 ｄ＿１＝（λ／ｎ＿１）／４ ｄ＿２＝（λ／ｎ＿２）／４ により実質的に表される値に形成された 請求項１記載の受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048220A JPH02228078A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048220A JPH02228078A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228078A true JPH02228078A (ja) | 1990-09-11 |
Family
ID=12797332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1048220A Pending JPH02228078A (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02228078A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04255274A (ja) * | 1991-02-06 | 1992-09-10 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置およびその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61229371A (ja) * | 1985-04-04 | 1986-10-13 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | フオトダイオ−ド |
| JPS62282469A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-08 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
-
1989
- 1989-02-28 JP JP1048220A patent/JPH02228078A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61229371A (ja) * | 1985-04-04 | 1986-10-13 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | フオトダイオ−ド |
| JPS62282469A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-08 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04255274A (ja) * | 1991-02-06 | 1992-09-10 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置およびその製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100853067B1 (ko) | 포토 다이오드와 그 제조 방법 | |
| US8975645B2 (en) | Optical filter | |
| US4300811A (en) | III-V Direct-bandgap semiconductor optical filter | |
| WO2005051068A2 (en) | Silicon-based schottky barrier infrared optical detector | |
| WO2009119012A1 (ja) | 半導体受光素子 | |
| CA2985057A1 (en) | Light-receiving element and optical integrated circuit | |
| US20070057299A1 (en) | Systems and methods having a metal-semiconductor-metal (msm) photodetector with buried oxide layer | |
| Pearsall et al. | Compound semiconductor photodiodes | |
| US4544938A (en) | Wavelength-selective photodetector | |
| US20220416098A1 (en) | Light Receiving Element | |
| JPH02228078A (ja) | 受光素子 | |
| US20060213551A1 (en) | Semiconductor photodetector and method for manufacturing same | |
| US11899291B2 (en) | Balancing losses in semiconductor optical waveguides | |
| JP7125822B2 (ja) | 光半導体素子及び光伝送装置 | |
| Ghosh et al. | Multiple quantum barrier nano-avalanche photodiodes-Part I: Spectral Response | |
| JPH04342174A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0367352B2 (ja) | ||
| JPS62282469A (ja) | 半導体受光素子 | |
| CN114400266B (zh) | 一种集成有双吸收区的光电探测器及其制备方法 | |
| JPH05102513A (ja) | 半導体受光素子 | |
| Wang et al. | Top-illuminated avalanche photodiodes with cascaded multiplication layers for high-speed and wide dynamic range performance | |
| US20230361226A1 (en) | Semiconductor Light Receiving Element | |
| JP2723230B2 (ja) | 半導体装置 | |
| Sun et al. | Gallium arsenide electroabsorption avalanche photodiode waveguide detectors | |
| JP3442493B2 (ja) | 半導体受光素子およびその製造方法 |