JPH03160765A - 受光装置 - Google Patents

受光装置

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JPH03160765A
JPH03160765A JP1299515A JP29951589A JPH03160765A JP H03160765 A JPH03160765 A JP H03160765A JP 1299515 A JP1299515 A JP 1299515A JP 29951589 A JP29951589 A JP 29951589A JP H03160765 A JPH03160765 A JP H03160765A
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JP
Japan
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semiconductor
superlattice
receiving device
light receiving
light
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JP1299515A
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English (en)
Inventor
So Otoshi
創 大歳
Hitoshi Nakamura
均 中村
Shoichi Hanatani
昌一 花谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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、高速大容量光通信用のアバランシェホトダイ
オードからなる受光装置に関するものである。
〔従来の技術〕
低雑音化を目的とした第2種超格子を用いるアバランシ
ェホトダイオード(APD)が、従来、Tanoueら
によって提案されてきた(アプライド・フィジックス・
レターズ(Appl. Phys. Lett. )土
上巻67頁(1 9 8 2年)).ただし、構造は?
型であり、基板に対して平行方向に電界をかけるもので
あった。なお,上記第2種超格子は、超格子を構成する
第1半導体と第2半導体とにおいて、上記第1半導体の
電子親和力をx,,禁制帯幅をEg■とし、上記第2半
導体の電子親和カをX2、禁IIJ 帯幅をEs2とし
たとき、x,)z2であって.Eg■十X■>Ef2+
x,の関係を有している.また,特定の結晶面から傾け
た基板(オフ基板)を用いて、量子細線構造の素子を作
製する方法については. Petroffらによって示
されている(アプライド・フィジックス・レターズ(A
ppl. Phys.Lett. ) 4 5巻620
頁(1984年)).〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術による第2種超格子を用いたAPDは横型
の構成であるため、キャリアが走行する方向の増倍層の
長さを制御することが困難であった.また、平行方向に
電界を印加する構造であるために、増倍層に対して均一
に電界を印加することが難しかった。
本発明は、第2種超格子を基板に対して垂直に設け,縦
型のAPDとすることによって、上記問題を解消し、広
帯域低雑音のAPDを受光装置として得ることを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、光を受けてキャリアを発生し、上記キャリ
アを増倍して信号電流とする受光装置において,上記キ
ャリア増倍領域にオーミック接触により電場を印加する
電極を設け、上記キャリア増倍領域を形成する第1半導
体と第2半導体との積層構造のヘテロ界面を、基板に対
して垂直に設け、増倍されたキャリアの走行方向に対し
、上記オーミック接触の接触面をほぼ垂直に配置するこ
とによって達成される。
すなわち,増倍層を形成する超格子のヘテロ界面が基板
に対して垂直になるように設け、上記超格子をいわゆる
第2種超格子とし、上記超格子がI nGaAsあるい
はI n G a A Q A sとGaAsSbもし
くはGaAlAsSbの組合わせからなるようにした.
さらに、特定の結晶面から傾けた基板上にできる階段構
造を利用して,上記構戊の縦型超格子を形成し、上記目
的を再現性よく実現するようにした.さらにまた,上記
受光装置および製造方法を用いて、光受信システムある
いは光通信システムを考案した. 〔作  用〕 従来の横型第2種超格子APDの断面模式図を第2図に
示すが,本構造ではpt領域17とn↑領域18をイオ
ン注入もしくは不純物拡散,あるいはエッチング除去後
再結晶して形成される。したがって,超格子増倍層l3
の横Ill(キャリアが走行する長さ)を、プロセスで
精度よく制御することは困難であった。また,p電極1
9とn電極20との間に逆バイアスを印加した場合,上
記超格子増倍[13に均一に電界をかけることは,通常
、横型構造では難しい。
本発明の構造では、第1図に示すとおり超格子増倍層3
が縦形に形成されているため、電極9,10を垂直方向
に対向させることができる。したがって,キャリアが走
行する方向の超格子増倍層3の長さを精度よく制御する
ことができ、がっ,電界を均一に増倍層にかけることが
できる。
さらに第3図に示すとおり,特定の結晶面から傾けた基
板(オフ基板)上にできる原子の階段構造を利用すると
、上記の構造を再現性よく実現できる。結晶の成長機構
に従うと、階段の立上り角から横方向(ラテラル方向)
に成長速度が速いため、まず第1半導体21は第3図(
b)に示すように成長する.同じ原理により.つぎに成
長する第2半導体22は(C)に示すように形成される
.上記の繰り返しにより(d)に示すような縦型の超格
子を得ることができる.このような成長方法はP.M.
Petroffらのアプライド・フィジックス・レター
ズ45巻620頁(1984年)に記されている.本手
法によると、上記縦型APDを再現性よく実現できる. 〔実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する.第1図
は本発明による受光装置の第1実施例を示す断面図、第
3図はオフ基板を用いた縦型超格子増倍層の成長過程説
明図、第4図は本発明による受光装置の第2実施例を示
す断面図である。
第↓実施例 第1図に示す第1実施例の作製方法を説明する.(11
0)方向に1度傾いた(001)n型InP基板1上に
、分子線エビタキシ(MBE)法により、n−InPバ
ソファ層2(1μm)を成長したのち、第3図に示した
上記成長機構を用いて縦型の第2種超格子増倍層3を形
或する.電子に対してポテンシャルが低い暦(電子チャ
ネルと呼ぶ)4はInPに格子整合したI n G a
 A s、また、正孔に対してポテンシャルが倣い層(
正孔チャネルと呼ぶ)5は、a a1−zA QzA 
s,−.S byとした。ただし、AQ混晶比Zは0.
7とし、sb混晶比WはInPと格子整合するように選
んだ.また、超格子の周期は8 n rn / 8 n
 mとし,キャリアが走行する方向の増倍層の厚さは0
.5μmとした。この超格子増倍層の上にp−InP電
界緩和736 (p=5X101Ga++−3、厚さ0
.2μm) 、p−InGaAs光吸収暦7(厚さ1.
2μm) ,p−I nAQAsバッファ層8(厚さ1
.0μm)を順次成長する。つぎに通常のウェットエッ
チング法によりメサ形状にする。
最後に電子ビームを用いた真空蒸着法によりTi/ A
 uのP側電極9を設け、さらに、抵抗線加熱方式の真
空蒸着法によりA u G e N i / A uの
n側電極10を設けることで、第1実施例の縦型超格子
APDを作製することができる.上記実施例において,
入射光1.55μmでの量子効率は60%であった。ま
た、雑音測定から求めたイオン化率比α/βは,増倍率
10で約50と極めて大きな値が得られた。さらに、ネ
ットワークアナライザを用いて高周波特性を調べた結果
、増倍率10での3dBダウンの遮断周波数は1 2 
G H zであった。上記結果から,本発明の構造が、
APDの高速化、低雑音化に極めて有効であることが判
った。
また、本発明の素子を用いて伝送実験を行った。
発振波長1.55μmの半導体レーザを用いた帯域1 
0 G b / sの伝送実験において、ピットエラー
レート10−9での最小受信感度−30dBmを得た。
第2実施例 本発明の第2実施例を第4図により説明する.本発明の
作製方法は,〔丁10〕方向に1度傾いた(001)n
型InP基板3l上に、MBE法により、n−InPバ
ッフy N 3 2 (厚さlμm)、n−InGaA
s光吸収層33 (2μm) 、n−InP電界緩和N
 3 4 ( n = 5 X 1 0”am−’、厚
さ0.2μm)を或長じたのち、第3図で示した成長機
構を用いて、縦型の第2種超格子増倍層35を形或する
。電子チャネル36はIn,−y(G a 1 −x 
A Q x)y A sとし,Afl混晶比Xを0.7
とし、混晶比yはInPと格子整合するように選んだ。
正孔チャネル37はInPに格子整合したG a A 
s S bとした。また、超格子の周期は8nm/8n
mとし,キャリアが走行する方向の増倍層の厚さは0.
4μmとした。上記超格子増倍層の上にp − I n
 A Q A sバッファ層38を成長した。その後、
第1実施例と同様にメサ形状にし,P電極39、n電極
40を設ける.さらに、上記基板31に深さ約350μ
mの穴41をあけ、光入射部とする。また、本素子の接
合径は20μmφとした。本実施例のAPDは、いわゆ
る正孔注入型である。
本実施例において、入射光l.55μmでの量子効率は
50%であった。また、雑音測定から求めたイオン化率
比α/βは、増倍率10で約0.04と極めて小さな値
が得られた。3dB遮断周波数は12GHz (増倍率
10)であった。
上記結果から第2実施例においても、本発明がAPDの
高速化や低雑音化に対し、非常に有効であることが判っ
た。
以上はInPに格子整合した材料系に対しての適用につ
いて記載したが、上記の他に本発明は、GaAs系ある
いはGaSb系に対しても適用できる。さらに,格子不
整合な系(歪系)に対しても有効である。また、オフ基
板の傾き角度も1度に限らない。なお、本実施例では第
2種超格子に限って記載したが、第1種超格子、例えば
InA Q A s / G a A s S b等に
対しても有効である.〔発明の効果〕 上記のように本発明による受光装置は,光を受けてキャ
リアを発生し、上記キャリアを増倍して信号電流とする
受光装置において、上記キャリア増倍領域にオーミック
接触により電場を印加するW!.極を設け、上記キャリ
ア増倍領域を形戊する第1半導体と第2半導体の積層構
造のヘテロ界面を、基板に対し垂直に設け,増倍された
キャリアの走行方向に対し、上記オーミック接触の接触
面をほぼ垂直に配置したことにより、上記キャリアが走
行する方向の超格子増倍層の長さを制御でき、かつ、増
倍層に対して均一に電界をかけることができるので、広
帯域・低雑音の第2種超格子APDを実現できる.さら
に、オフ基板上のラテラル或長を用いれば、再現性よく
上記APDを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による受光装置の第工実施例を示す断面
図、第2図は従来のAPDの断面を示す図、第3図(a
)、(b)、(c),(d)はオフ基板を用いた縦型超
格子増倍層の成長過程をそれぞれ示す図、第4図は本発
明による受光装置の第2実施例を示す断面図である。 3、35・・超格子増倍層 4、36・・電子チャネル 5、37・・正孔チャネル 9、39・・・P電極 10、40・・・n電極

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光を受けてキャリアを発生し、上記キャリアを増倍
    して信号電流とする受光装置において、上記キャリア増
    倍領域にオーミック接触により電場を印加する電極を設
    け、上記キャリア増倍領域を形成する第1半導体と第2
    半導体とによる積層構造のヘテロ界面を、基板に対し垂
    直に設け、増倍されたキャリアの走行方向に対し、上記
    オーミック接触の接触面をほぼ垂直に配置したことを特
    徴とする受光装置。 2、上記第1半導体と第2半導体とは、相互に第2種超
    格子を構成していることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載した受光装置。 3、上記第1半導体と第2半導体とは、第1半導体がI
    nGaAsまたはInGaAlAsであり、第2半導体
    がGaAsSbまたはGaAlAsSbであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に記載した
    受光装置。 4、上記第1半導体と第2半導体との積層構造は、特定
    の結晶面から傾けた基板上に生じる、原子の階段構造を
    用いた超格子層であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載した受光装置。 5、特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記
    載した受光装置を用いた光通信システム。
JP1299515A 1989-11-20 1989-11-20 受光装置 Pending JPH03160765A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3664164A1 (fr) * 2018-12-07 2020-06-10 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Photodiode de type spad

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3664164A1 (fr) * 2018-12-07 2020-06-10 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Photodiode de type spad
FR3089684A1 (fr) * 2018-12-07 2020-06-12 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Photodiode de type SPAD

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