JPH02250379A

JPH02250379A - 光検出器

Info

Publication number: JPH02250379A
Application number: JP1072124A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Anami; 隆由阿南
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1990-10-08
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JP2995744B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、超高速光検出器に用いられる半導体の積層構
造に関するものである。

（従来の技術）従来の光検出器は、主に光吸収層とウィンドウ層より成
っており、光検出可能な波長は、光吸収層の光吸収端と
、ウィンドウ層の吸収端の間の広い範囲に渡っているた
め、光の入射は検出できるが、その光の波長がいかなる
ものか同定することは出来なかった（ジャーナル・オブ
・クオンタム・エレクトロニクスＱＥ−１７，２３２ペ
一ジ１９８１年）。

（発明が解決しようとする問題点）このため、従来は光の強弱に関する情報のみを使ってお
り、光の波長に関する情報に関しては、直接的には検出
できないでいた。本発明の目的は、この光の波長に関し
て直接的に検出出来る半導体の積層構造を提供すること
にある。

（問題を解決するための手段）本発明による光検出器は化合物半導体基板上に複数個の
量子井戸構造が積層され、前記量子井戸構造は歪と光吸
収端エネルギー値を有する２つ以上の量子井戸層からな
る光吸収層を備え、かつ前記量子井戸層は（１１１）面
を有することを特徴とする。

（作用）以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。第１図は、
本発明による光検出器に用いる半導体積層構造のバンド
図を示す。ここで歪の入った半導体層１１内は、ピエゾ
エレクトリック効果により第１図のように積層方向に変
化している。半導体層１１は（１１１）面を有し、かつ
化合物半導体である。歪の入った半導体層１１内では、
量子効果のため、第１図のＥｌという遷移エネルギーを
有する。さて、入射光エネルギーが８１以上の光に対し
ては、半導体層１１は光吸収層となる。そのさい、半導
体層１１は、上述のようにバンドが変化しているので光
を吸収し、励起された電子及び正孔は、互いに逆の方向
に半導体層１１内を動く。この動きにより、もともとの
バンドの変化を打ち消す双極子モーメントが生じ、瞬間
的に外部に電圧変化をもたらす。このようにエネルギー
８１以上の光に対して、本積層構造は、光検出器の働き
をする。さてこのＥ□というエネルギーは、主に半導体
層１１の組成と半導体膜厚により、自由に設計すること
が出来る。また、もともとの歪層１１内のバンド変化の
方向は、引張性の応力がかかる場合と圧縮性の応力のか
かる場合とでそれぞれ逆の方向をとることが出来るので
、それを考慮すると、入射光の波長により、外部にさま
ざまな電圧を発生させることが可能である。

今吸収端エネルギーの異なる２つの量子井戸層を考える
。２つの吸収端エネルギーＥ１．Ｅ２（Ｅｌ＜Ｅ２）と
すると、入射光エネルギーＥがＥｌ＜Ｅ＜Ｅ２の時は、
一方の量子井戸層による光吸収が生じ、Ｅ＞Ｅ２の時は
、両方の量子井戸層による光吸収が生じる。このため、
前記の効果により入射光エネルギーＥの変化に伴い、外
部に発生する電圧は変化する。従って外部に発生する電
圧をモニターすることにより入射光エネルギニをあるエ
ネルギー範囲において判定できる。

外部に発生する電圧は入射光強度により変化し、吸収飽
和を起こさない範囲では入射光強度が大きいほど電圧は
大きくなる。

またその時間応答は、量子井戸内に閉じ込められた電子
、正孔が再結合する時間に関係しており、ナノ秒程度で
ある。

（実施例）以下図面を用いて本発明の実施例について説明する。

第２図（ａ）は、本発明筒１の実施例による積層構造の
断面図、（ｂ）は、そのエネルギーバンド構造図である
。これは分子線エピタキシー法により製作したものであ
る。製作手順は、ＳｎドープＩｎＰ（１１１）Ｂ基板２
１上に、ＳｉドープＩｎｏ、５２Ａ１ｏ、４ｓＡｓバツ
フア一層２２をｌｐｍ積み、その上に、ＩｎＰと約−１
％の格子歪を有するＩｎｏ４Ａｌｏ、６Ａｓ層２３を１
００人、ＩｎＰと約＋１％の格子歪を有するＩｎｏ　６
ｓＧａｏ　３５Ａ８層２４を１００人を交互に４０周期
積み、更に１００人のＩｎｏ、５ｓＡ１ｏ、ａｓＡＳ層
２６上２６０人のＩｎｏ４Ｇａｏ、６Ａ４２７を交互に
４０周期積み、最後にＢｅドープＩｎ、５□Ａｌ。、４
８Ａｓ層２９を０．５ｐｍ積む。このように量子井戸層
とバリア層の歪の方向を逆にするのは、これにより、多
重量子井戸全体としてＩｎＰ基板に格子整合させ、光吸
収層である多重量子井戸層を転位なしで厚く積むためで
ある。第２図（ｂ）中のエネルギーＥ１、Ｅ２は、それ
ぞれの多重量子井戸の遷移エネルギーである。本実施例
の場合、このエネルギーの違いは量子井戸層の組成の違
いによる。この積層構造のＢｅドープＩｎ０．５２”０
．４８Ａｓ層２９の上に中空円状のＰ型オーミック電極
３１を形成し、また下のＩｎＰ基板にもｎ型オーミック
電極３０を形成し、上の窓の部分より波長を変えた光を
入射したときの両端に表われた電圧を示したのが第３図
である。エネルギーバンド下の光に対しては、電圧はほ
ぼＯｖであったが、Ｅ１以上Ｅ２以下のエネルギーの光
に対しては、約４Ｖの電圧が発生した。これは、このエ
ネルギーの光が、基板２１に近い多重量子井戸でのみ吸
収され、量子井戸層内のバンドの傾きを打ち消したため
と考えられる。更に８２以上のエネルギーの光を入射さ
せると、表面に近い方の多重量子井戸層で光が吸収され
、その一部が基板２１に近い多重量子井戸に吸収される
という状況となる。この２つの多重量子井戸の量子井戸
層では、ハンドの傾きが逆なので互いに電圧の発生の向
きが異なる。このため第３図に示したような入射光エネ
ルギー−電圧曲線となる。このように光の入射光エネル
ギーを検出することができる。

第４図（ａ）は本発明の第２の実施例の積層構造の断面
図、（ｂ）は、その入射光エネルギーと電圧の関係を示
したものである。本実施例では量子井戸層のバンドの変
化の方向は同じであるが、その量子井戸層の膜厚が異な
るため遷移のエネルギーに差が生じている。

量子井戸層中のバンドの変化の方向が同方向のため、発
生する電圧の方向は同じであり、第４図（ｂ）のような
曲線が得られた。この構造においても光の入射エネルギ
ーを検出することが可能である。

以上ここでは本発明の２つの実施例について述べたが、
本発明は、半導体結晶方法、例えば有機気相成長方法で
も良い。また材料の種類は、量子井戸層に歪の入る組み
合せであれば、例えばＩｎＧａＡａ／ＧａＡｓ系などで
あっても、発明の効果は得られる。

これは、ＩＩ−ＶＩ族化合物の組み合せであってもよい
。更に実施例においては基板は（１１１）Ｂ面を用いた
がこれは（１１１）Ａ面を用いてもよい。

（発明の効果）本発明によれば、入射光のエネルギーを検出することの
できる超高速な光検出器を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の積層構造のバンド構造図、第２図（
ａ）は第１の実施例による光検出器の模式的断面図、第
２図（ｂ）はそのバンド構造図であり、第３図は光検出
器の入射光エネルギーと発生する電圧特性を示した図、
第４図（ａ）は第２の実施例による積層構造の断面図、
（ｂ）はその入射光エネルギーと発生する電圧の関係を
示した図である。図において、１１・・・歪の大りな半導体層、２１・・・Ｓｎドープ
ＩｎＰ（１１１）Ｂ基板、２２−８ｉドープＩｎｏ、５
２Ａ１ｏ、４８ＡＳバツフア一層、２３・Ｉｎ。、４Ａ
ｌ。、６Ａｓ層、２４”’Ｉｎｏ、５５Ｇａｏ、ｓｓ　
ＡＳ層、２５・・・Ｉｎｏ、５ｓＧａｏ、５ｓＡＢ層、
２６−Ｉｎ。、６５Ａ１ｏ３．Ａｓ層、２７・・・Ｉｎ
。４Ｇａｏ、ｓＡｓ層、２８・Ｉｎ。、４Ｇａｏ、６Ａ
４．２９−・Ｂｅドープ■ｎＯ，５２Ａｌｏ、４８Ａｓ
層、８０・ｎ型オーミック電極、３ｉ・Ｐ型オーミック
電極、Ｅｌ・・・遷移エネルギー、Ｅ２・・・遷移エネ
ルギー、４ｌ−８ｎドープＩｎＰ（１１１）Ｂ基板、４
２・・・ＳｉドープＩｎｏ、５２Ａ１ｏ、４ａＡＳバツ
フア一層、４３−Ｉｎ。、４Ａｌ。、６Ａｓ層、４４”
・Ｉｎｏ、６ｓＧａｏ、３５Ａ８層、４５”・”Ｉｎｏ
、５５Ｇａｏ、３ｓＡＳ層、４６−・・Ｉｎｏ４Ａｌ、
６ＡＳ層、４７”’Ｉｎｏ、５ｓＧａｏ、３ｓＡ８層、
４８・・・Ｉｎｏ、６５Ｇａｏ、５ｓＡＳ層、４９・Ｂ
ｅドープｂｏ、５７１ｏ、４８Ａ８層。

Claims

【特許請求の範囲】

半導体基板上に化合物半導体から成る複数個の量子井戸
構造が積層され前記量子井戸構造は異なる光吸収端エネ
ルギー値と歪を有する２つ以上の量子井戸層から成る光
吸収層を備え、しかも前記量子井戸層は（１１１）面を
有する化合物半導体層であることを特徴とする光検出器
。