JPH03248482A - アバランシェ・フォトダイオード - Google Patents
アバランシェ・フォトダイオードInfo
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- JPH03248482A JPH03248482A JP2046171A JP4617190A JPH03248482A JP H03248482 A JPH03248482 A JP H03248482A JP 2046171 A JP2046171 A JP 2046171A JP 4617190 A JP4617190 A JP 4617190A JP H03248482 A JPH03248482 A JP H03248482A
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- Japan
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- energy
- semiconductor
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- 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
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- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 5
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
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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。
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)
本発明は光通信に用いられる低雑音特性を有するアバラ
ンシェ・フォトダイオードに関する。
ンシェ・フォトダイオードに関する。
(従来の技術)
光フアイバー通信に用いられる受光デバイスには、微小
光を感知するために高感度で低雑音な特性を有する事が
要求される。現在、波長1〜1.6μm帯においてIn
O,53GaO,4□AsとInPとのへテロ接合によ
るInP/InGaAsへテロ接合アバランシェ・フォ
トダイオード(以下APDと略記する)が実用化されて
いる。
光を感知するために高感度で低雑音な特性を有する事が
要求される。現在、波長1〜1.6μm帯においてIn
O,53GaO,4□AsとInPとのへテロ接合によ
るInP/InGaAsへテロ接合アバランシェ・フォ
トダイオード(以下APDと略記する)が実用化されて
いる。
このAPDはInGaAsで光を吸収し、発生した電子
・正孔キャリアのうち正孔を高電界領域のInPに注入
してアバランシェ増倍を生じさせるものである。ここで
InPは、電子のイオン化率αよりも正孔のイオン化率
pの方が大きい(I3/α〜2)ので、正孔をInPに
注入することは低雑音化に有利となっている。しかしな
がら、より低雑音化を図ろうとすれば、更に大きなp/
a比もしくはa/13比を実現しなければならない。
・正孔キャリアのうち正孔を高電界領域のInPに注入
してアバランシェ増倍を生じさせるものである。ここで
InPは、電子のイオン化率αよりも正孔のイオン化率
pの方が大きい(I3/α〜2)ので、正孔をInPに
注入することは低雑音化に有利となっている。しかしな
がら、より低雑音化を図ろうとすれば、更に大きなp/
a比もしくはa/13比を実現しなければならない。
そこで、異種の半導体を交互に積層して周期的ポテンシ
ャルを形成し伝導帯不連続へEでの電子のエネルギー供
与を利用して電子のイオン化率を人工的に高める超格子
APDがF、 Capassoらによってアプライド・
フィツクス・レターズ(Applied Physic
sLetters) 45巻1193ページにおいて提
供された。F。
ャルを形成し伝導帯不連続へEでの電子のエネルギー供
与を利用して電子のイオン化率を人工的に高める超格子
APDがF、 Capassoらによってアプライド・
フィツクス・レターズ(Applied Physic
sLetters) 45巻1193ページにおいて提
供された。F。
Capassoらによって作られた超格子APDは直接
遷移型かつ格子整合系であるAlGaAsとGaAsと
の周期構造から成っているもので、両材料の伝導帯不連
続ΔE0〜0.3eVを電子が供与されることによりa
/13比〜8を得ている。
遷移型かつ格子整合系であるAlGaAsとGaAsと
の周期構造から成っているもので、両材料の伝導帯不連
続ΔE0〜0.3eVを電子が供与されることによりa
/13比〜8を得ている。
(発明が解決しようとする課題)
上述した直接遷移型超格子APDにおいては、得られる
α/13比は高々10程度のものである。仮にAlGa
As/GaAs系に代わって1〜1.6pm波長帯に適
合するInAlAs/InGaAs系の直接遷移型超格
子APDを構成しても、電子が供与できるΔEのエネル
ギーは0.5eV程度であり、大きな(L/13比を得
ることは困難である。何故ならば、直接遷移型半導体の
電子のイオン化しきい値エネルギーは1.5〜2.Oe
Vの範囲+、:アリ、ΔE (0,3〜0.5eV)に
よるエネルギー供与分は、しきい値エネルギーに比べて
大きくないがらである。
α/13比は高々10程度のものである。仮にAlGa
As/GaAs系に代わって1〜1.6pm波長帯に適
合するInAlAs/InGaAs系の直接遷移型超格
子APDを構成しても、電子が供与できるΔEのエネル
ギーは0.5eV程度であり、大きな(L/13比を得
ることは困難である。何故ならば、直接遷移型半導体の
電子のイオン化しきい値エネルギーは1.5〜2.Oe
Vの範囲+、:アリ、ΔE (0,3〜0.5eV)に
よるエネルギー供与分は、しきい値エネルギーに比べて
大きくないがらである。
本発明の目的は上述の欠点を改善し、更に大きなα/1
3比を実現し低雑音特性のAPDを提供するものである
。
3比を実現し低雑音特性のAPDを提供するものである
。
(課題を解決するための手段)
本発明のアバランシェ・フォトダイオードは、禁制帯幅
Eg□なる半導体層と禁制帯幅Eg2(ただしEg□<
Eg、)なる半導体層の周期構造からアバランシェ増倍
領域が構成されるアバランシェ、フォトダイオードにお
いて、少なくとも前記禁制帯幅Eな2 る半導体層が間接遷移型半導体である事を特徴とする。
Eg□なる半導体層と禁制帯幅Eg2(ただしEg□<
Eg、)なる半導体層の周期構造からアバランシェ増倍
領域が構成されるアバランシェ、フォトダイオードにお
いて、少なくとも前記禁制帯幅Eな2 る半導体層が間接遷移型半導体である事を特徴とする。
(作用)
本発明の作用・原理をエネルギーバンド図を示す第2図
を用いて説明する。第2図はイオン化過程をエネルギー
Eと波数ベクトルにとの関係を示すエネルギーバンド図
で説明するものである。イオン化過程は、エネルギーE
と波数にの両者を保存するように生じる。更に、イオン
化によって生じた2次キャリヤのエネルギーはそのキャ
リヤが存在するエネルギーバンドのエネルギー極小値近
傍に位置する。従って直接遷移型半導体(直接遷移型と
は伝導帯の谷のうちr谷が最小のエネルギーをもつもの
)においてはイオン化によって生じる2次キャリヤであ
る電子・正孔対は波数に=0のF近傍に存在する。直接
遷移型では伝導帯のエネルギー下端と価電子帯のエネル
ギー上端かに=0で一致しているため、電子によるイオ
ン化と正孔によるイオン化の頻度が同程度に生じる。従
って直接遷移型ではαとpの差を大きくとることは困難
である。それに対し、間接遷移型では伝導帯のエネルギ
ー最小値がr谷ではなく他の谷(例えばX谷、L谷)に
なる(第2図参照)。
を用いて説明する。第2図はイオン化過程をエネルギー
Eと波数ベクトルにとの関係を示すエネルギーバンド図
で説明するものである。イオン化過程は、エネルギーE
と波数にの両者を保存するように生じる。更に、イオン
化によって生じた2次キャリヤのエネルギーはそのキャ
リヤが存在するエネルギーバンドのエネルギー極小値近
傍に位置する。従って直接遷移型半導体(直接遷移型と
は伝導帯の谷のうちr谷が最小のエネルギーをもつもの
)においてはイオン化によって生じる2次キャリヤであ
る電子・正孔対は波数に=0のF近傍に存在する。直接
遷移型では伝導帯のエネルギー下端と価電子帯のエネル
ギー上端かに=0で一致しているため、電子によるイオ
ン化と正孔によるイオン化の頻度が同程度に生じる。従
って直接遷移型ではαとpの差を大きくとることは困難
である。それに対し、間接遷移型では伝導帯のエネルギ
ー最小値がr谷ではなく他の谷(例えばX谷、L谷)に
なる(第2図参照)。
この場合、正孔によるイオン化過程に対してはエネルギ
ーと波数の両者を保存するような状態は存在しないか、
存在してもわずかであるため、第2図に示すように、1
次電子■によるイオン化が選択的に生じ、2次キャリヤ
■、■′を生成する。以上の事から、間接遷移型半導体
ではα>Dとなる可能性が示唆される。本発明は広い禁
制帯幅と狭い禁制帯幅を交互に積層した周期構造におい
て、狭い禁制帯幅の層を間接遷移型半導体で構成するこ
とによりΔEによる電子のエネルギー供与のみならず、
間接遷移型特有のα>pを利用してより大きいct/1
3比を得るものである。
ーと波数の両者を保存するような状態は存在しないか、
存在してもわずかであるため、第2図に示すように、1
次電子■によるイオン化が選択的に生じ、2次キャリヤ
■、■′を生成する。以上の事から、間接遷移型半導体
ではα>Dとなる可能性が示唆される。本発明は広い禁
制帯幅と狭い禁制帯幅を交互に積層した周期構造におい
て、狭い禁制帯幅の層を間接遷移型半導体で構成するこ
とによりΔEによる電子のエネルギー供与のみならず、
間接遷移型特有のα>pを利用してより大きいct/1
3比を得るものである。
(実施例)
第1図(a)は本発明の一実施例を示す素子構造断面図
である。有機金属気相成長法により、基板温度680°
Cにおいて、n −InP基板1の上に、n −InP
バッファ層2(約1pm厚、〜lXl0 cm キャ
リヤ濃Ino 53Gao、47AS光吸収層(約1.
5pm厚、〜5×10cmキャリヤ濃度)、p −In
Pキャップ層(約1μm厚、〜lXl0 cm キャ
リヤ濃度)を順次積層した。本発明の超格子構造の一例
であるAlxIn1.As/A1.Ga1−7sb周期
層においては、広い禁制帯幅を有するAlx1n1−x
Asは組成Xを0.6に選び、狭い禁制帯幅を有する間
接遷移型Al、Ga1−、Sbは組成yを0.4に選び
、各々1周期分の厚さは250人にして10周期積層し
た。
である。有機金属気相成長法により、基板温度680°
Cにおいて、n −InP基板1の上に、n −InP
バッファ層2(約1pm厚、〜lXl0 cm キャ
リヤ濃Ino 53Gao、47AS光吸収層(約1.
5pm厚、〜5×10cmキャリヤ濃度)、p −In
Pキャップ層(約1μm厚、〜lXl0 cm キャ
リヤ濃度)を順次積層した。本発明の超格子構造の一例
であるAlxIn1.As/A1.Ga1−7sb周期
層においては、広い禁制帯幅を有するAlx1n1−x
Asは組成Xを0.6に選び、狭い禁制帯幅を有する間
接遷移型Al、Ga1−、Sbは組成yを0.4に選び
、各々1周期分の厚さは250人にして10周期積層し
た。
AlxIn1−xAs、AI、Ga1−ySbの各々の
禁制帯幅は1.8eV。
禁制帯幅は1.8eV。
1.15eVであり、ΔEは0.2〜0.3eVとなる
。
。
エピタキシャル成長の後、通常の露光技術と化学エツチ
ング技術により、直径80pmのメサ形状に加工し、プ
ラズマCVD法により、シリコン窒化(SiNx)表面
保護膜8を形成した。その後、通常の露光技術により、
表面保護膜8の一部をバッフアート弗酸によるエツチン
グで窓あけし、p −InP表面が露出した領域にAu
Znを蒸着し、p側電極6を形成した。基板の裏面は全
面にAuGe/Niを蒸着し、n側電極7を形成した。
ング技術により、直径80pmのメサ形状に加工し、プ
ラズマCVD法により、シリコン窒化(SiNx)表面
保護膜8を形成した。その後、通常の露光技術により、
表面保護膜8の一部をバッフアート弗酸によるエツチン
グで窓あけし、p −InP表面が露出した領域にAu
Znを蒸着し、p側電極6を形成した。基板の裏面は全
面にAuGe/Niを蒸着し、n側電極7を形成した。
本発明の実施例として、InP基板上のAlInAs/
AIGarb超格子系に限って説明したが、他の材料系
、例えばGaAs/5i(Ge)系などについても同様
に適用できる。
AIGarb超格子系に限って説明したが、他の材料系
、例えばGaAs/5i(Ge)系などについても同様
に適用できる。
本発明のアバランシェ・フォトダイオードはアバランシ
ェ増倍層に超格子構造を用いその狭い禁制帯幅の半導体
層に間接遷移型半導体層を用いてし)るので、超格子構
造の製造工程おいて再現性、均一性が高い利点があり、
歩留りが良い。
ェ増倍層に超格子構造を用いその狭い禁制帯幅の半導体
層に間接遷移型半導体層を用いてし)るので、超格子構
造の製造工程おいて再現性、均一性が高い利点があり、
歩留りが良い。
(発明の効果)
第1図に示す本発明の構造においてダイオードに逆バイ
アス電圧を印加して、p −AlInAs/AlGaS
b周期層(アバランシェ増倍領域)3、p −InGa
As光吸収領域4を空乏化させる。この状態において波
長1.55pmの光をp側表面より入射し、InGaA
s光吸収層で発生した電子をアバランシェ領域3に注入
した。この時、最大電子増倍率として200倍程度が得
られた。一方、メサ形状のすそ野のn −InPに波長
0.63μmの光を入射し、n −InP2で発生した
正孔をアバランシェ領域3に注入した時、最大正孔増倍
率は2〜3倍程度であった。この事は、Q/13比とし
て100以上に対応する。これは従来の超格子APDの
Q/13比〜10に比べて著しい改善である。
アス電圧を印加して、p −AlInAs/AlGaS
b周期層(アバランシェ増倍領域)3、p −InGa
As光吸収領域4を空乏化させる。この状態において波
長1.55pmの光をp側表面より入射し、InGaA
s光吸収層で発生した電子をアバランシェ領域3に注入
した。この時、最大電子増倍率として200倍程度が得
られた。一方、メサ形状のすそ野のn −InPに波長
0.63μmの光を入射し、n −InP2で発生した
正孔をアバランシェ領域3に注入した時、最大正孔増倍
率は2〜3倍程度であった。この事は、Q/13比とし
て100以上に対応する。これは従来の超格子APDの
Q/13比〜10に比べて著しい改善である。
本発明によれば、大きなct/p比を有する低雑音特性
の優れたAPDが高歩留りに得られる。
の優れたAPDが高歩留りに得られる。
第1図は本発明の一実施例を示すAPDの断面図、第2
図は本発明の原理を示すエネルギーバンド図である。 図において、1・・、半導体基板、200.バッファ層
、311.超格子増倍層、4・・・光吸収層、5・・・
キャップ層、6・”p側電極、7・・・null電極、
8・・・表面保護膜。
図は本発明の原理を示すエネルギーバンド図である。 図において、1・・、半導体基板、200.バッファ層
、311.超格子増倍層、4・・・光吸収層、5・・・
キャップ層、6・”p側電極、7・・・null電極、
8・・・表面保護膜。
Claims (1)
- 禁制帯幅E_g_1なる半導体層と禁制帯幅E_g_
2(ただしE_g_2<E_g_1)なる半導体層の周
期構造からアバランシェ増倍領域が構成されるアバラン
シェ・フォトダイオードにおいて、少なくとも前記禁制
帯幅E_g_2なる半導体層が間接遷移型半導体である
事を特徴とするアバランシェ・フォトダイオード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2046171A JPH03248482A (ja) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | アバランシェ・フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2046171A JPH03248482A (ja) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | アバランシェ・フォトダイオード |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03248482A true JPH03248482A (ja) | 1991-11-06 |
Family
ID=12739580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2046171A Pending JPH03248482A (ja) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | アバランシェ・フォトダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03248482A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06244451A (ja) * | 1992-12-22 | 1994-09-02 | Korea Electron Telecommun | 超格子構造の増幅層を有するアバランシュフォトダイオード |
-
1990
- 1990-02-26 JP JP2046171A patent/JPH03248482A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06244451A (ja) * | 1992-12-22 | 1994-09-02 | Korea Electron Telecommun | 超格子構造の増幅層を有するアバランシュフォトダイオード |
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