JPH02298082A - Avalanche photodiode - Google Patents

Avalanche photodiode

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JPH02298082A
JPH02298082A JP1119146A JP11914689A JPH02298082A JP H02298082 A JPH02298082 A JP H02298082A JP 1119146 A JP1119146 A JP 1119146A JP 11914689 A JP11914689 A JP 11914689A JP H02298082 A JPH02298082 A JP H02298082A
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semiconductor layer
semiconductor region
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avalanche photodiode
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Toshiaki Kagawa
香川 俊明
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Abstract

PURPOSE:To improve an output response speed of photoelectric current while reducing a noise accompanying with avalanche multiplication by constituting a p-type third semiconductor region formed on a second semiconductor region for avalanche multiplication by three layers while forming a middle layer with lower impurity concentration and greater thickness than the upper and lower layers. CONSTITUTION:A semiconductor layer 6 has a semiconductor layer 7a having high-p-type impurity concentration and relatively thin thickness, a semiconductor layer 7b formed on the semiconductor layer and having low p-type impurity concentration and great thickness compared with the semiconductor layer 7a and a semiconductor layer 7c formed on the semiconductor layer 7b having high p-type impurity concentration and small thickness compared with the semiconductor layer 7b. In this case, the semiconductor layers 7a, 7b and 7c consist, for instance, of InGaAs while having a narrow energy band gap compared with a semiconductor region 4 for avalanche multiplification. Thereby, an optical current comes to be accompanied only by very few noises while a response speed until the photoelectric current is outputted to DC load by being incident of light L can be specially speeded up.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【産業上の利用分野1 本発明は、光通信用光を検出するのに用い得るアバラン
シエフ41−ダイオードに関する。 【従来の技術】 従来、第3図を伴って次に述べるアバランシェフォトダ
イオードが提案されている。 すなわち、例えばInPでなり且つn゛型を有する半導
体基板2と、その半導体基板2上に形成され且つ例えば
InGaAS系でなるとともにn“型を有するバッファ
層としての半導体層3とからなる半導体領域1を有する
。 また、半導体領域1上に形成され且つn型不純物及びp
型不純物のいずれも意図的に導入させていないアバラン
シェ増倍用層としての半導体領域4を有する。この場合
、半導体領域4は、互に異なる材料でなる2つの半導体
層5a及び5bが交互順次に積層されている超格子構造
5でなり、そして、半導体層5a及び5bが例えばそれ
ぞれin    Ga O,530,47A”及び!1 At    Asでなる。 0、52   0.48 さらに、半導体領域4上に形成され、且つ半゛導体領域
4に比し狭いエネルギバンドギャップを有する例えばI
nPまたは半導体領域4に比し広いエネルギバンドギャ
ップを有するInGaAS系でなるとともにp+型を有
する半導体層7でなる半導体領域6を有する。 また、半導体領域1に、その半導体層3側とは反対側に
おいてオーミックに付された電極8と、半導体領域6に
、半導体領域4側とは反対側においてオーミックに付さ
れ且つ窓10を有する電極9とを有する。 以上が、従来提案されているアバランシェフォトダイオ
ードの構成である。 このような構成を有するアバランシェフォトダイオード
によれば、半導体領域6の半導体層7が半導体m Fi
A 4に比し狭いエネルギバンドギャップを有するIn
Pでなる場合、電極8及び9間に、逆バイアス用電源(
図示せず)を通じて直流負荷を予め接続している状態で
、半導体領域6の半導体層7のエネルギバンドギャップ
に対応している波長を有する検出されるべき光りを、半
導体領域6上の外部から、電極9の窓10を通じて、内
部に入射させることによって、その光りを主として半導
体領域6におい(吸収させ、その半導体領域6において
光りに乙とずくキャリアを生成させ、そのキャリア中の
電子を半導体領域4に到達させ、その半導体領域4にお
いてアバランシェ増倍を生ぜしめ、それにもとずく増倍
された光電流を直流負荷に出力させる、という機構で、
アバランシェフォトダイオードとしての機能を得ること
ができる。 また、第3図に示すアバランシェフォトダイオードによ
れば、半導体層bA6の半導体層7が半導体領域6に比
し広いエネルギバンドギャップを有するInAIAS系
でなる場合、上述の場合に準じて、電極8及び9間に、
逆バイアス用型II!(図示せず)を通じて直流負荷(
図示せず〉を予め接続している状態で、半導体領域4の
超格子構造5の半導体層5a及び5bのエネルギバンド
ギャップに対応する波長を有する検出されるべき光りを
、半導体領域6上の外部から電極9の窓10を通じて向
けて入射させることによって、その光りを主として半導
体層ti114において吸収させ、その半導体領域4に
おいて光りにもとすくキャリアく電子及び正孔)を生成
させ、その半導体M4においてアバランシェ増倍を生ぜ
しめ、それにもとずく増倍された光電流を直流負荷に出
力させる、という機構で、アバランシェフォトダイオー
ドとしての′a能を得ることができる。 上述したように、第3図に示す従来のアバランシェフォ
トダイオードによれば、半導体領域6または半導体領域
4を光吸収用層として作用させ、また、半導体領域4を
アバ)ンシエ増倍用層として作用させて、アバランシェ
フォトダイオードとしての機能を得ることができるが、
この場合、アバランシェ増倍用層としての半導体領域4
が、互に異なる材料jn    QaO,530 ,47AS及びIn    At    Asでそれ0
.52   0.48 ぞれなる半導体WJ5a及び5bが順次交互に積層され
ている超格子構造5でなるので、半導体領域4における
電子のイオン化率(α)と正孔のイオン化率(β)との
比(α/β)が、半導体領域4が超格子構造5を有する
のに代え例えばGeまたはInPでなる半導体層からな
る単層構造を有するとした場合に比し、1より十分大き
な値で得られ、このため、半導体領域4において生ずる
アバランシェ増倍に伴う雑音が、半導体領域4が超格子
構造5を有するのに代えGeまたはInPでなる半導体
層からなる単層構造を有するとした場合に比し、格段的
に少なく、従って、光電流に、半導体領域4が超格子構
造5を有するのに代えGeまたはInPでなる半導体層
からなる単層構造を有するとした場合に比し、格段的に
少ない雑音しか伴わない、という特徴を有する。 [発明が解決しようとする課題1 しかしながら、第3図に示す従来のアバランシエフオ]
・ダイオードの場合、半導体層域6の半導体層7が高い
n型不純物濃度を有するので、その半導体領域6に電子
に対する加速電界を実質的に有・さず、このため、上述
したように、半導体領域6の半導体層7が半導体層i、
! 4に比し狭いエネルギバンドギャップを有するIn
Pでなることによって、半導体領域6を光吸収用層とし
て作用さIる場合、上述したようにして半導体領域6に
生成するキャリア中の電子が、上述したように拡散によ
ってしか、アバランシェ増倍用層としての半導体層[4
に到達しないので、光りの入射に対して直流負荷に光電
流が出力されるまでの応答速度が、比較的遅い、という
欠点を有していた。 また、第3図に示す従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合、半導体領域6の半導体層が半導体領域4に比
し広いエネルギバンドギャップを有するAlGa系でな
ることによって、アバランシェ増倍用層としての半導体
領域4を光吸収用層としても作用させる場合、半導体領
域6を光吸収用層として作用させる場合の上)ホした欠
点は回避ぐきるとしても、また、半導体層4における電
子のイオン化率(α)と正孔のイオン化率(β)との、
比(α/β)が、半導体領域4が超格子構造を有するの
に代えGeまたはInP″′c@:る半導体層からなる
単層+M i告を有するとした場合に比し、1よりも十
分大ぎな値で得られるが、半導体領域4内に、電子の外
、正孔が存しているため、アバランシェ増倍に伴う雑音
が、半導体領域4が超格子構造を有するのに代えGeま
たはInPでなる半導体層からなる単層構造を有すると
した場合に比し少ないとはいえ、無視し得ない比較的多
い1生ずる、という欠点を有していた。 よって、本発明は、上述した欠点のない、新規なアバラ
ンシェフォトダイオードを提案せんとするものである。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD 1 The present invention relates to an avalanche F41-diode that can be used to detect light for optical communications. 2. Description of the Related Art Conventionally, an avalanche photodiode has been proposed as described below with reference to FIG. That is, a semiconductor region 1 includes a semiconductor substrate 2 made of, for example, InP and having an n'' type, and a semiconductor layer 3 as a buffer layer formed on the semiconductor substrate 2 and made of, for example, InGaAS and having an n'' type. Further, it is formed on the semiconductor region 1 and contains n-type impurities and p-type impurities.
It has a semiconductor region 4 as an avalanche multiplication layer in which no type impurity is intentionally introduced. In this case, the semiconductor region 4 has a superlattice structure 5 in which two semiconductor layers 5a and 5b made of different materials are stacked alternately, and the semiconductor layers 5a and 5b are made of, for example, in Ga O, 530,47A" and !1 At As. 0,52 0.48 Furthermore, for example, I, which is formed on the semiconductor region 4 and has a narrower energy band gap than the semiconductor region 4,
The semiconductor region 6 includes a semiconductor layer 7 made of nP or InGaAS having a wider energy bandgap than the semiconductor region 4 and having p+ type. Further, an electrode 8 is ohmically attached to the semiconductor region 1 on the side opposite to the semiconductor layer 3 side, and an electrode ohmically attached to the semiconductor region 6 on the side opposite to the semiconductor region 4 side and having a window 10. 9. The above is the configuration of the conventionally proposed avalanche photodiode. According to the avalanche photodiode having such a configuration, the semiconductor layer 7 of the semiconductor region 6 is a semiconductor m Fi
In has a narrower energy bandgap than A4.
P, a reverse bias power source (
Light to be detected having a wavelength corresponding to the energy bandgap of the semiconductor layer 7 of the semiconductor region 6 is applied from outside on the semiconductor region 6, with a DC load previously connected through the semiconductor region 6 (not shown). By making the light enter the inside through the window 10 of the electrode 9, the light is mainly absorbed in the semiconductor region 6, and carriers that are exposed to the light are generated in the semiconductor region 6, and the electrons in the carriers are transferred to the semiconductor region 4. , causing avalanche multiplication in the semiconductor region 4, and outputting the multiplied photocurrent to the DC load.
It can function as an avalanche photodiode. Further, according to the avalanche photodiode shown in FIG. 3, when the semiconductor layer 7 of the semiconductor layer bA6 is made of InAIAS having a wider energy band gap than the semiconductor region 6, the electrode 8 and During the nine
Type II for reverse bias! (not shown) through a DC load (
(not shown) is connected in advance, light to be detected having a wavelength corresponding to the energy band gap of the semiconductor layers 5a and 5b of the superlattice structure 5 of the semiconductor region 4 is transmitted to the outside of the semiconductor region 6. By directing the light to enter through the window 10 of the electrode 9, the light is mainly absorbed in the semiconductor layer ti114, and the light generates carriers (electrons and holes) in the semiconductor region 4, and in the semiconductor M4. The function of an avalanche photodiode can be obtained by a mechanism that generates avalanche multiplication and outputs the multiplied photocurrent based on the avalanche multiplication to a DC load. As described above, according to the conventional avalanche photodiode shown in FIG. 3, the semiconductor region 6 or the semiconductor region 4 acts as a light absorption layer, and the semiconductor region 4 acts as an avalanche multiplication layer. However, the function as an avalanche photodiode can be obtained by
In this case, the semiconductor region 4 as an avalanche multiplication layer
However, it is 0 for mutually different materials jn QaO, 530, 47AS and In At As.
.. 52 0.48 Since each semiconductor WJ 5a and 5b has a superlattice structure 5 in which the semiconductors WJs 5a and 5b are sequentially and alternately stacked, the ratio between the electron ionization rate (α) and the hole ionization rate (β) in the semiconductor region 4 is (α/β) can be obtained with a value sufficiently larger than 1 compared to the case where the semiconductor region 4 has a single layer structure consisting of a semiconductor layer made of Ge or InP instead of having the superlattice structure 5. Therefore, the noise accompanying avalanche multiplication occurring in the semiconductor region 4 is lower than that in the case where the semiconductor region 4 has a single layer structure made of a semiconductor layer made of Ge or InP instead of having the superlattice structure 5. , and therefore, the photocurrent is significantly lower than when the semiconductor region 4 has a single layer structure consisting of a semiconductor layer made of Ge or InP instead of having the superlattice structure 5. It has the characteristic of being accompanied only by noise. [Problem to be solved by the invention 1 However, the conventional avalanche FO shown in FIG. 3]
- In the case of a diode, since the semiconductor layer 7 in the semiconductor layer region 6 has a high n-type impurity concentration, the semiconductor region 6 does not substantially have an accelerating electric field for electrons. The semiconductor layer 7 in the region 6 is the semiconductor layer i,
! In has a narrower energy bandgap than In
When the semiconductor region 6 acts as a light absorption layer by being made of P, the electrons in the carriers generated in the semiconductor region 6 as described above can be absorbed by avalanche multiplication only by diffusion as described above. Semiconductor layer as a layer [4
Therefore, the response speed until the photocurrent is output to the DC load with respect to the incidence of light is relatively slow. In addition, in the case of the conventional avalanche photodiode shown in FIG. 3, since the semiconductor layer of the semiconductor region 6 is made of an AlGa system having a wider energy band gap than the semiconductor region 4, the semiconductor region as an avalanche multiplication layer can be used as an avalanche multiplication layer. 4 also acts as a light-absorbing layer, and the semiconductor region 6 acts as a light-absorbing layer.Even if the above disadvantages can be avoided, the electron ionization rate (α) in the semiconductor layer 4 may be avoided. and hole ionization rate (β),
The ratio (α/β) is more than 1 compared to the case where the semiconductor region 4 has a single layer + M i consisting of a semiconductor layer of Ge or InP'''c@: instead of having a superlattice structure. However, since there are holes in addition to electrons in the semiconductor region 4, the noise accompanying avalanche multiplication is caused by Ge or The present invention has the disadvantage that, although it is less than in the case of having a single layer structure consisting of a semiconductor layer made of InP, there is a relatively large number of defects that cannot be ignored. The purpose of this paper is to propose a new avalanche photodiode that does not have

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明によるアバランシェフォトダイオードは、第3図
で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合
と同様に、■n型を有する第1の半導体領域と、■その
第1の半導体領域上に形成され且つn型不純物及びn型
不純物のいずれも意図的に導入させていない第2の半導
体領域と、■その第2の半導体領域上に形成され且つp
型を有する第3の半導体領域と、■上記第1及び第3の
半導体領域にそれぞれ付された第1及び第2の電極とを
有し、そして、■上記第2の半導体領域が、互に異なる
材料でなる2つの半導体層が交互順次に積層されている
超格子構造でなる、という構成を有する。 しかしながら、本発明によるアバランシェフォトダイオ
ードは、このような構成を有するアバランシェフォトダ
イオードにおいて、その第3の半導体領域が、第1の半
導体層と、その第1の半導体層上に形成され且つ、ト記
第1の半導体層に比し低い不純物濃度と厚い厚さとを有
する第2の半導体層と、その第2の半導体層上に形成さ
れ且つ上記第2の半導体層に比し高い不純物濃度と薄い
厚さとを有する第3の半導体層とを有し、また、上記第
1、第2及び第3の半導体層が、上記第2の半導体領域
に比し狭いエネルギバンドギャップを有する。 [作用・効果1 このような構成を有する本発明によるアバランシェフォ
トダイオードによれば、第3図で上述した従来のアバラ
ンシエフ4トダイオードの場合に準じて、第1及び第2
の電極間に、逆バイアス電源を通じて直流負荷を予め接
続している状態で、第3の半導体領域、とくに第3の半
導体領域の第2の半導体層のエネルギバンドギャップに
対応している波長を有する検出されるべき光を、第3の
半導体領域上の外部から内部に入射させることによって
、その光を主とじて第3の半導体領域の第2の半導体層
において吸収させ、その第3の半導体!!i域の半導体
層において光にもとずくキャリア(電子及び正孔)を生
成させ、そのキャリア中の電子を第2の半導体領域に到
達させ、その半導体領域においてアバランシェ増倍を生
ぜしめ、それにらとずく増倍された光電流を直流負荷に
出力さける、という機構で、アバランシェフォトダイオ
ードとしての機能を得ることができる。 “ 上述したように、本発明によるアバランシェフォトダイ
オードによれば、第3の半導体領域を光吸収用層として
いる第3図で上述した従来のアバランシェフォトダイオ
ードの場合と同様に、第3の半導体領域を光吸収用層と
して作用さけ、また、第2の半導体領域をアバランシェ
増倍用層として作用させて、アバランシェフォトダイオ
ードとしての機能を得ることができる。 また、この場合、アバランシェ増倍用層としての第2の
半導体領域が、第3図で上述した従来のアバランシェフ
ォトダイオードの場合と同様に超格子構造でなるので、
第3図で上述した従来のアバランシェフォトダイオード
の場合と同様に第2の半導体領域における電子のイオン
化率(α)と正孔のイオン化率(β)との比(α/β)
が、第3図で上述した従来のアバランシェフォトダイオ
ードの場合と同様に1より十分大きな値で得られるため
、第2の半導体領域において生ずるアバランシェ増倍に
伴う渾名が、第3図で上述した従来のアバランシェフォ
トダイオードの場合と同様に、格段的に少なく、従って
、第3図で上述した従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合と同様に、光電流に、格段的に少ない雑音しか
伴わない、という特徴を有する。 しかしながら、本発明によるアバランシェフォトダイオ
ードの場合、第3の半導体領域の第1及び第3の半導体
層が高いp型不純物濃度を有し、それらに電子に対する
加速電界を有していないが、第1及び第3の半導体層間
の第2の半導体層が低いp型不純物l11度を有するの
で、その第2の半導体層に電子に対する加′a電界を有
し、また、第1及び第3の半導体層が薄い厚さしか有し
ていないので、上述したように第3の半導体領域の第2
の半導体層7bに生成するキャリア中の電子が、第3の
半導体領域を光吸収用層としている場合の第3図で上述
した従来のアバランシェフォトダイオードの場合に比し
速やかに半導体領域4に到達する。このため、光の大綱
して直流負荷に光電流が出力されるまでの応答速度が第
3の半導体領域を光吸収用層としている場合の第3図ぐ
上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合に
比し格段的に速い。 また、本発明によるアバランシェフォトダイオードの場
合、上述したように、アバランシェ増倍用層としての第
2の半導体領域を、光吸収用層として作用させないので
、第2の半導体領域に正孔が実効的に存在していず、よ
って、第2の半導体領域を光吸収用層として作用させて
いる場合の第3図で上述した従来のアバランシェフォト
ダイオードの場合のように、アバランシェ増倍に伴う雑
音が、無祝し得ない比較的多いm生ずる、という欠点を
有しない。 【実施例1 次に、第1図を伴って本発明によるアバランシェフォト
ダイオードの実施例を述べよう。 第1図において、第3図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。 第1図に示す本発明によるアバランシェフォトダイオー
ドは、次の事項を除いて、第3図で上述した従来のアバ
ランシェフォトダイオードと同様の構成を有する。 すなわち、半導体領域6が、p+型を右ケるInPまた
はI nGaAs系でなる半導体層7のみでなるのに代
え、2 X 1017cm−”のような高いp型不純物
濃度と400Aのような比較的薄い厚さとを有する半導
体層7aと、その半導体層7a上に形成され、且つ2 
X 1015cm−”のような半導体117aに比し低
いp型不純物濃度と2μmのような半導体層6aに比し
厚い厚さとを有する半導体II!7bと、その半導体層
7bFに形成され且つ2X1017CI−3のような半
導体層7bに比し高いp型不純物S度と500人のよう
な半導体層7bに比し傳い厚さとを有する半導体17c
とを有する。 この場合、半導体IFj7a、7b及び7Cは、例えば
InGaAs系でなり、半導体領域4に比し狭いエネル
ギバンドギせツブを有する以上が、本発明によるアバラ
ンシェフォトダイオードの実廠例の構成である。 このような構成を有する本発明によるアバランシェフォ
トダイオードによれば、第3図で上)ホした従来のアバ
ランシェフォトダイオードの場合に準じて、電極8及び
9間に、逆バイアス電源(図示せず)を通じて直流負荷
(図示せず)を予め接続している状態で、半導体領域6
、とくに半導体領域6の半導体f17bのエネルギバン
ドギャップに対応している波長を有する検出されるべき
光りを、半導体領域6上の外部から電極9の窓10を通
じて内部に入射させることによって、その光りを主とし
て半導体層域6の半導体117bにおいて吸収さセ、そ
の半導体領域6の半導体IIJ7bにおいて光りにもと
ずくキャリア(電子及び正孔)を生成させ、キレリア中
の電子を半導体領域4に到達させ、その半導体領域4に
おいてアバランシェ増倍を生ぜしめ、それにもとずく増
倍された光電流を直流負荷に出力させる、という機構で
、アバランシェフォトダイオードとしての機能を得るこ
とがて・きる、。 上述したように、第1図に示す本発明によるアバランシ
ェフォトダイオードによれば、半導体領域6を光吸収用
層としている第3図で上述した従来のアバランシエフ第
1−ダイオードの場合と同様に、半導体領域6を光吸収
用層どして作用させ、また、半導体領域4を7バランシ
工増倍用層として作用させて、アバランシェフォトダイ
オードとしての機能を得ることができる。 また、この場合、アバランシェ増倍用層としての半導体
領域4が、第3図で上述した従来の7バランシエフオト
ダイオードの場合と同様に超格子構造5でなるので、第
3図で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの
場合と同様に半導体領域4における電子のイオン化率(
α)と正孔のイオン化率(β)との比(α/β)が、第
3図で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの
場合と同様に1より十分大きな値で得られるため、半導
体領域4において生ずるアバランシェ増倍に伴う雑音が
、第3図で上述した従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合と同様に、格段的に少なく、従って、第3図で
上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合と
同様に、光電流に、格段的に少ない雑音しか伴わない、
という特徴を有する。 しかしながら、第1図に示す本発明によるアバランシェ
フォトダイオードの場合、第2図に示す電界強度分布か
ら明らかなように、半導体領域6の半導体層7a及び7
Cが高いp型不純物濃度を有し、それらに電子に対する
加速゛電界を実質的に有していないが、半導体17a及
び70間の半導体層7bが低いp型不純物濃度を有する
ので、その半導体層7bに電子に対する加速電界を有し
、また、半導体層7a及び7Cが薄い厚さしか有してい
ないので、上述したように半導体T4域6の半導体層7
bに生成するキャリア中の電子が、半導体層VA6を光
吸収用層としている場合の第3図で上述した従来のアバ
ランシェフォトダイオードの場合に比し速やかに半導体
領域4に到達する。このため、光りの入射して直流負荷
に光電流が出力されるまぐの応答速度が半導体領域6を
光吸収用層どじでいる場合の第3図で上述した従来のア
バランシェフォトダイオードの場合に比し格段的に速い
。 また、第1図に示す本発明によるアバランシェフォトダ
イオードの場合、上述したように、アバランシェ増倍用
層としての半導体領域4を、光吸収用層として作用させ
ないので、半導体領域4に正孔が実効的に存在していな
いので、半導体領域4を光吸収用層として作用させてい
る場合の第3図で上述した従来のアバランシェフォトダ
イオードの場合のように、アバランシエ増倍に伴う雑音
が、無視し得ない比較的多い回生ずる、という欠点を有
しない。 なお、上)ホにおいては、本発明によるアバランシェフ
ォトダイオードの1つの実施例を示したに過ぎず、半導
体領域1においてバッファ用層としての半導体層3を省
略した構成とすることもでき、また、半導体領域1の半
導体基板2及び半導体層3、半導体領域4の超格子構造
5の半導体領域5a及び5b、及び半導体領域6の半導
体層7a〜7Cの材料を、上例の場合とは変更して、上
例の場合と同様の作用効果を得るようにすることらでき
、その他、本発明のその他、本発明の精神を12するこ
となしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。
The avalanche photodiode according to the present invention, as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. a second semiconductor region into which neither a type impurity nor an n-type impurity is intentionally introduced;
a third semiconductor region having a mold; (1) first and second electrodes respectively attached to the first and third semiconductor regions, and (2) the second semiconductor regions mutually It has a superlattice structure in which two semiconductor layers made of different materials are stacked alternately in sequence. However, in the avalanche photodiode according to the present invention, in the avalanche photodiode having such a configuration, the third semiconductor region is formed on the first semiconductor layer and the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer having a lower impurity concentration and a thicker thickness than the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and having a higher impurity concentration and a thinner thickness than the second semiconductor layer. Further, the first, second and third semiconductor layers have a narrower energy band gap than the second semiconductor region. [Operation/Effect 1] According to the avalanche photodiode according to the present invention having such a configuration, the first and second avalanche photodiodes can be
has a wavelength corresponding to the energy bandgap of the third semiconductor region, particularly the second semiconductor layer of the third semiconductor region, with a DC load connected in advance between the electrodes of the third semiconductor region through a reverse bias power supply. By making the light to be detected enter the inside from the outside on the third semiconductor region, the light is mainly absorbed in the second semiconductor layer of the third semiconductor region, and the third semiconductor! ! Carriers (electrons and holes) based on light are generated in the semiconductor layer of the i region, and the electrons in the carriers reach the second semiconductor region, causing avalanche multiplication in the semiconductor region, and With a mechanism that outputs the rapidly multiplied photocurrent to a DC load, it can function as an avalanche photodiode. “As described above, according to the avalanche photodiode according to the present invention, as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. The second semiconductor region can act as a light absorption layer and the second semiconductor region can function as an avalanche multiplication layer to obtain a function as an avalanche photodiode. Since the second semiconductor region of has a superlattice structure as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG.
As in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. 3, the ratio (α/β) of the electron ionization rate (α) and the hole ionization rate (β) in the second semiconductor region.
is obtained with a value sufficiently larger than 1 as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. Therefore, as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. 3, the photocurrent is accompanied by significantly less noise. have However, in the case of the avalanche photodiode according to the invention, the first and third semiconductor layers of the third semiconductor region have a high p-type impurity concentration and do not have an accelerating electric field for electrons in them, but the first Since the second semiconductor layer between the first and third semiconductor layers has a low p-type impurity l11 degree, the second semiconductor layer has an applied electric field for electrons, and the first and third semiconductor layers has only a small thickness, so that the second
Electrons in carriers generated in the semiconductor layer 7b reach the semiconductor region 4 more quickly than in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. 3 when the third semiconductor region is used as a light absorption layer. do. For this reason, the response speed until a photocurrent is output to a DC load as a guideline for light is as shown in Figure 3 when the third semiconductor region is used as a light absorption layer. It's much faster than that. In addition, in the case of the avalanche photodiode according to the present invention, as described above, the second semiconductor region serving as the avalanche multiplication layer does not act as a light absorption layer, so holes are effectively absorbed into the second semiconductor region. Therefore, as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. It does not have the drawback of relatively large numbers of unavoidable occurrences. [Embodiment 1] Next, an embodiment of an avalanche photodiode according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, parts corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1 has a similar configuration to the conventional avalanche photodiode described above in FIG. 3, except for the following points. That is, instead of the semiconductor region 6 consisting only of the semiconductor layer 7 made of InP or InGaAs, which has a p+ type, it has a high p-type impurity concentration such as 2 x 1017 cm-'' and a relatively high p-type impurity concentration such as 400A. a semiconductor layer 7a having a small thickness; and a semiconductor layer 7a formed on the semiconductor layer 7a;
A semiconductor II!7b having a p-type impurity concentration lower than that of the semiconductor 117a such as " A semiconductor 17c has a higher p-type impurity S degree than the semiconductor layer 7b such as 500 and a thickness greater than that of the semiconductor layer 7b such as 500.
and has. In this case, the semiconductors IFj7a, 7b, and 7C are made of, for example, InGaAs, and have a narrower energy band gap than the semiconductor region 4. The above is the configuration of an actual example of the avalanche photodiode according to the present invention. According to the avalanche photodiode according to the present invention having such a configuration, a reverse bias power source (not shown) is connected between the electrodes 8 and 9, similar to the case of the conventional avalanche photodiode shown in FIG. The semiconductor region 6 is connected in advance to a DC load (not shown) through the
In particular, the light to be detected having a wavelength corresponding to the energy bandgap of the semiconductor f17b of the semiconductor region 6 is made incident from the outside on the semiconductor region 6 into the inside through the window 10 of the electrode 9. It is mainly absorbed in the semiconductor 117b of the semiconductor layer region 6, and carriers (electrons and holes) based on light are generated in the semiconductor IIJ7b of the semiconductor layer region 6, and the electrons in the chirelia reach the semiconductor region 4, and the The function as an avalanche photodiode can be obtained by a mechanism that causes avalanche multiplication in the semiconductor region 4 and outputs the multiplied photocurrent to a DC load. As mentioned above, according to the avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1, as in the case of the conventional avalanche photodiode shown in FIG. The function as an avalanche photodiode can be obtained by making the region 6 act as a light absorption layer and by making the semiconductor region 4 act as a 7 balance multiplication layer. In addition, in this case, the semiconductor region 4 as the avalanche multiplication layer has a superlattice structure 5 as in the case of the conventional 7-balanche photodiode described above in FIG. As in the case of the avalanche photodiode, the ionization rate of electrons in the semiconductor region 4 (
Since the ratio (α/β) of the hole ionization rate (α) to the hole ionization rate (β) is obtained at a value sufficiently larger than 1 as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. As in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. 3, the noise accompanying avalanche multiplication occurring in , the photocurrent is accompanied by much less noise,
It has the following characteristics. However, in the case of the avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1, as is clear from the electric field intensity distribution shown in FIG.
C has a high p-type impurity concentration and has virtually no accelerating electric field for electrons, but since the semiconductor layer 7b between the semiconductors 17a and 70 has a low p-type impurity concentration, that semiconductor layer 7b has an accelerating electric field for electrons, and since the semiconductor layers 7a and 7C have only a small thickness, the semiconductor layer 7 in the semiconductor T4 region 6 has a
Electrons in the carriers generated in b reach the semiconductor region 4 more quickly than in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. 3 in which the semiconductor layer VA6 is used as a light absorption layer. For this reason, the response speed of the lintel, which outputs a photocurrent to a DC load upon incidence of light, is faster than in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. It's significantly faster. In addition, in the case of the avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1, as described above, the semiconductor region 4 serving as the avalanche multiplication layer is not made to act as a light absorption layer, so that holes are effectively absorbed into the semiconductor region 4. Therefore, as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. 3 when the semiconductor region 4 acts as a light absorption layer, the noise accompanying avalanche multiplication can be ignored. It does not have the disadvantage of relatively high regeneration. Incidentally, in above) E, only one embodiment of the avalanche photodiode according to the present invention is shown, and the structure may be such that the semiconductor layer 3 as a buffer layer is omitted in the semiconductor region 1. The materials of the semiconductor substrate 2 and semiconductor layer 3 of the semiconductor region 1, the semiconductor regions 5a and 5b of the superlattice structure 5 of the semiconductor region 4, and the semiconductor layers 7a to 7C of the semiconductor region 6 are changed from those in the above example. In addition, various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the spirit of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明によるアバランシェフォトダイオード
の実施例を示す路線的断面図である。 第2図は、第1図に示す本発明によるアバランシェフォ
トダイオードの説明に供する内部の各位置における電界
強度分布図である。 第3図は、従来のアバランシェフォトダイオードを示す
路線的断面図である。 1・・・・・・・・・・・・・・・第1の半導体領域2
・・・・・・・・・・・・・・・半導体基板3・・・・
・・・・・・・・・・・半導体層4・・・・・・・・・
・・・・・・第2の半導体領域5a、5b・・・半導体
層 6・・・・・・・・・・・・・・・第3の半導体ダ1域
7.7a、7b、7c ・・・・・・・・・・・・・・・半導体層8.9・・・
・・・・・・電極 10・・・・・・・・・・・・・・・電極9の窓し ・
・・・・・・・・・・・・・・先出願人  日本電信電
話株式会社 庁                   COCつ 
   へ tq作7t</cm)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an avalanche photodiode according to the present invention. FIG. 2 is an electric field strength distribution diagram at various positions inside the avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1 for explanation. FIG. 3 is a sectional view showing a conventional avalanche photodiode. 1......First semiconductor region 2
...... Semiconductor substrate 3...
...... Semiconductor layer 4 ......
...Second semiconductor region 5a, 5b...Semiconductor layer 6...Third semiconductor region 7.7a, 7b, 7c. ...... Semiconductor layer 8.9...
・・・・・・Electrode 10・・・・・・・・・・・・Window of electrode 9 ・
・・・・・・・・・・・・・・・Earlier applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation Office COC
Hetq made 7t</cm)

Claims (1)

【特許請求の範囲】  n型を有する第1の半導体領域と、 上記第1の半導体領域上に形成され且つn型不純物及び
p型不純物のいずれも意図的に導入させていない第2の
半導体領域と、 上記第2の半導体領域上に形成され且つp型を有する第
3の半導体領域と、 上記第1及び第3の半導体領域にそれぞれ付された第1
及び第2の電極とを有し、 上記第2の半導体領域が、互に異なる材料でなる2つの
半導体層が交互順次に積層されている超格子構造を有す
るアバランシエフオトダイオードにおいて、 上記第3の半導体領域が、第1の半導体層と、上記第1
の半導体層上に形成され且つ上記第1の半導体層に比し
低い不純物濃度と厚い厚さとを有する第2の半導体層と
、上記第2の半導体層上に形成され且つ上記第2の半導
体層に比し高い不純物濃度と薄い厚さとを有する第3の
半導体層とを有し、 上記第1、第2及び第3の半導体層が、上記第2の半導
体領域に比し狭いエネルギバンドギャップを有すること
を特徴とするアバランシエフオトダイオード。
[Scope of Claims] A first semiconductor region having n-type, and a second semiconductor region formed on the first semiconductor region and into which neither n-type impurity nor p-type impurity is intentionally introduced. a third semiconductor region formed on the second semiconductor region and having p-type; and a first semiconductor region attached to the first and third semiconductor regions, respectively.
and a second electrode, and the second semiconductor region has a superlattice structure in which two semiconductor layers made of different materials are alternately stacked one after another. The semiconductor region includes a first semiconductor layer and the first semiconductor layer.
a second semiconductor layer formed on the semiconductor layer and having a lower impurity concentration and a thicker thickness than the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and having a larger thickness than the first semiconductor layer. a third semiconductor layer having a higher impurity concentration and a thinner thickness than the second semiconductor region, and the first, second and third semiconductor layers have a narrower energy band gap than the second semiconductor region. An avalanche photodiode comprising:
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