JPH03289180A - アバランシ・フォトダイオード - Google Patents
アバランシ・フォトダイオードInfo
- Publication number
- JPH03289180A JPH03289180A JP2090112A JP9011290A JPH03289180A JP H03289180 A JPH03289180 A JP H03289180A JP 2090112 A JP2090112 A JP 2090112A JP 9011290 A JP9011290 A JP 9011290A JP H03289180 A JPH03289180 A JP H03289180A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light absorption
- electric field
- junction
- avalanche
- 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
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 abstract description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate 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、波長１．３印に感度を有し、暗電流が小さく
、低雑音・高増倍率のアバランシ・フォトダイオード（
以下ＡＰＤと記す）に関する。
、低雑音・高増倍率のアバランシ・フォトダイオード（
以下ＡＰＤと記す）に関する。
ＡＰＤは、光吸収層の下層側にｐｎ接合を介してアバラ
ンシ（なだれ）増倍層を形成し、このｐｎ接合に逆バイ
アス電界を印加することで光電流を増倍して電気信号に
変換する半導体デバイスであり、従来のこの種の技術を
第２図（ａ）〜（ｄ）により説明する。（ａ）は素子断
面図、（ｂ）は光吸収層と増倍層のバント図、（ｃ）、
（ｄ）はｐｎ接合部分の電界強度を示す図である。低雑
音化のために、（ａ）図の矢印に示す方向から光を入射
させた場合、電子のみを増倍層に注入できる構造とした
ものである。ＡＰＤの雑音を下げるには、電子のイオン
化率αと正孔のイオン化率βとの比をできるだけｌより
大きくするか、小さくする必要がある。イオン化率は材
料固有の物理量であるが、第２図従来例では、超格子増
倍層３３中の伝導帯の不連続（第２図例では０．５ｅＶ
）を利用して、電子のイオン化率αを正孔のそれβに対
して。
ンシ（なだれ）増倍層を形成し、このｐｎ接合に逆バイ
アス電界を印加することで光電流を増倍して電気信号に
変換する半導体デバイスであり、従来のこの種の技術を
第２図（ａ）〜（ｄ）により説明する。（ａ）は素子断
面図、（ｂ）は光吸収層と増倍層のバント図、（ｃ）、
（ｄ）はｐｎ接合部分の電界強度を示す図である。低雑
音化のために、（ａ）図の矢印に示す方向から光を入射
させた場合、電子のみを増倍層に注入できる構造とした
ものである。ＡＰＤの雑音を下げるには、電子のイオン
化率αと正孔のイオン化率βとの比をできるだけｌより
大きくするか、小さくする必要がある。イオン化率は材
料固有の物理量であるが、第２図従来例では、超格子増
倍層３３中の伝導帯の不連続（第２図例では０．５ｅＶ
）を利用して、電子のイオン化率αを正孔のそれβに対
して。
人為的に増大させる構造である。αがβより２０倍大き
いことが、実験的に確かめられている。第２図（ｂ）に
、第２図（ａ）中の光吸収層１と超格子増倍層３３のバ
ンド図を示す。光吸収層１で生成された電子が増倍層３
３に注入されアバランシ増倍を起こす。ｎ−−Ａ立Ｉｎ
Ａｓバリア層２とｎ−−ＩｎＧａＡｓウェル層３の伝導
帯の不連続のため、電子のイオン化率が大きくなる。
いことが、実験的に確かめられている。第２図（ｂ）に
、第２図（ａ）中の光吸収層１と超格子増倍層３３のバ
ンド図を示す。光吸収層１で生成された電子が増倍層３
３に注入されアバランシ増倍を起こす。ｎ−−Ａ立Ｉｎ
Ａｓバリア層２とｎ−−ＩｎＧａＡｓウェル層３の伝導
帯の不連続のため、電子のイオン化率が大きくなる。
なお、この種の技術が記載されている文献として、香川
、他、“ＳＡＭ型Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ
Ａ Ｑ Ａ ｓ超格子ＡＰＤ”、平成２年春季応用物理
学会大会論文集、３０Ｐ−Ｈ−５，がある。
、他、“ＳＡＭ型Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ
Ａ Ｑ Ａ ｓ超格子ＡＰＤ”、平成２年春季応用物理
学会大会論文集、３０Ｐ−Ｈ−５，がある。
前記の従来構造で高速応答を得るためには、光吸収層１
で生成された電子が、電界で加速され（単なる拡散では
なく）、増倍１３３に注入される必要がある。このため
、ｐ−−■ｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光吸収製１〜２１Ｍに
して、電界を印加してこの層を空乏化する必要がある。
で生成された電子が、電界で加速され（単なる拡散では
なく）、増倍１３３に注入される必要がある。このため
、ｐ−−■ｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光吸収製１〜２１Ｍに
して、電界を印加してこの層を空乏化する必要がある。
しかし、ＩｎＧａＡｓはバンドギャップが小さいため（
０．７３ｅＶ）、発生・再結合電流による暗電流が増大
し、このため雑音が増加し、また最大増倍率も低下する
という問題があった。
０．７３ｅＶ）、発生・再結合電流による暗電流が増大
し、このため雑音が増加し、また最大増倍率も低下する
という問題があった。
第２図（ｃ）に、ｐｎ接合付近の電界強度分布を示す。
ｐ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１とｎ−−ＡＥＩＩｎＡ、
ｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍［３３にほぼ同じ電界が印
加されるため＋ ｐ−＝ＩｎＧａＡｓＩｎＧａＡｓウェ
ル層３シ増倍が起こる可能性がある。これを防ぐために
、第２図（ｄ）に示すように＋ｐ”ＩｎＧ ａ Ａ ｓ
層４′を挿入して、ｐ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収Ｍ１に印
加される電界を下げる工夫も考案されている。また、Ｉ
ｎＧａＡｓは、バンドギャップが小さく、シかも有効質
量が小さいため、電界強度が２．５ Ｘ １０’ Ｖ
／ ｃｍ以上になると、トンネル電流が流れるようにな
る。このため、ｐｎ接合の降伏電圧付近では雑音が増え
最大増倍率が抑制されるという問題があった。
ｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍［３３にほぼ同じ電界が印
加されるため＋ ｐ−＝ＩｎＧａＡｓＩｎＧａＡｓウェ
ル層３シ増倍が起こる可能性がある。これを防ぐために
、第２図（ｄ）に示すように＋ｐ”ＩｎＧ ａ Ａ ｓ
層４′を挿入して、ｐ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収Ｍ１に印
加される電界を下げる工夫も考案されている。また、Ｉ
ｎＧａＡｓは、バンドギャップが小さく、シかも有効質
量が小さいため、電界強度が２．５ Ｘ １０’ Ｖ
／ ｃｍ以上になると、トンネル電流が流れるようにな
る。このため、ｐｎ接合の降伏電圧付近では雑音が増え
最大増倍率が抑制されるという問題があった。
本発明の目的は、従来技術での上記した問題を解決し、
暗電流を低減し低雑音・高増倍率とすることのできるＡ
ＰＤを提供することにある。
暗電流を低減し低雑音・高増倍率とすることのできるＡ
ＰＤを提供することにある。
上記目的を達成するために２本発明においては。
光吸収層として、ＩｎＰに格子整合がとれた。バンドギ
ャップの広いＩ ｎｘ−ｘＧａｘＰ 、Ａｓ、 ｙ （
０．２３＜ ｘ ＜０．３１、０．３３＜ ｙ ＜０．
５２）を用いる構成とする。
ャップの広いＩ ｎｘ−ｘＧａｘＰ 、Ａｓ、 ｙ （
０．２３＜ ｘ ＜０．３１、０．３３＜ ｙ ＜０．
５２）を用いる構成とする。
光吸収層として、バンドギャップの広い４元ＩｎＧａＡ
ｓＰｊ！を用いることにより、暗電流（発生・再結合電
流）を低減でき、また、トンネル電流が抑えられて最大
許容電界値が上昇する。
ｓＰｊ！を用いることにより、暗電流（発生・再結合電
流）を低減でき、また、トンネル電流が抑えられて最大
許容電界値が上昇する。
光吸収層として、波長１．２〜１．３の（バンドギャッ
プ０．９２〜１，０３ｅＶに相当）に対応するｒｎｚ−
ｘＧａＸＰ ｙＡ ５１−ｙ （０．２３＜ ｘ ＜０
．３１、０．３３ ＜ ｙ＜０．５２）を用いた場合の
実施例を第１図に示す。これは。
プ０．９２〜１，０３ｅＶに相当）に対応するｒｎｚ−
ｘＧａＸＰ ｙＡ ５１−ｙ （０．２３＜ ｘ ＜０
．３１、０．３３ ＜ ｙ＜０．５２）を用いた場合の
実施例を第１図に示す。これは。
第２図（ａ）従来例の光吸収Ｍ１を４元のＰＩｎＧａＡ
ｓＰＩｎＧａＡｓウェル層３のである第１表 ＊ ｍｏは電子の真空中質量 ＊＊ 電界１０’Ｖ／ｃｍ（７）ときノ比第１表に、波
長１．３ｔＭに相当するバンドギャップを有するＩｎＧ
ａＡｓＰと、波長１．７−に相当するバンドギャップを
有するＩｎＧａＡｓに対する。暗電流（発生・再結合電
流）比および電界強度１×１０”Ｊ／ｃｍにおけるトン
ネル電流比を示す。表がら明らかなように、４元ＩｎＧ
ａＡｓＰを用いることにより、暗電流を１００分のｌに
、トンネル電流を１０１４分の１に低減できる。
ｓＰＩｎＧａＡｓウェル層３のである第１表 ＊ ｍｏは電子の真空中質量 ＊＊ 電界１０’Ｖ／ｃｍ（７）ときノ比第１表に、波
長１．３ｔＭに相当するバンドギャップを有するＩｎＧ
ａＡｓＰと、波長１．７−に相当するバンドギャップを
有するＩｎＧａＡｓに対する。暗電流（発生・再結合電
流）比および電界強度１×１０”Ｊ／ｃｍにおけるトン
ネル電流比を示す。表がら明らかなように、４元ＩｎＧ
ａＡｓＰを用いることにより、暗電流を１００分のｌに
、トンネル電流を１０１４分の１に低減できる。
バンドギャップが大きくなると、トンネル電流を抑える
ため、最大許容電界を大きくできる利点もある。すなわ
ち、ＩｎＧａＡｓでは、２．５Ｘ１０’Ｖ／ｃｍである
のに対して、ＩｎＧａＡｓＰでは、 ４．０Ｘ１０ＳＶ
／ｃｍになり、デバイス設計上の許容量が大きくなる。
ため、最大許容電界を大きくできる利点もある。すなわ
ち、ＩｎＧａＡｓでは、２．５Ｘ１０’Ｖ／ｃｍである
のに対して、ＩｎＧａＡｓＰでは、 ４．０Ｘ１０ＳＶ
／ｃｍになり、デバイス設計上の許容量が大きくなる。
また、第２図従来例では、ｐ−−ＩｎＧ ａ Ａ ｓ光
吸収層１でアバランシ増倍が起こらないないようにｙ
Ｐ”−ＩｎＧａＡｓ層４′を挿入したが。
吸収層１でアバランシ増倍が起こらないないようにｙ
Ｐ”−ＩｎＧａＡｓ層４′を挿入したが。
バンドギャップが大きい４元ＩｎＧａＡｓＰを光吸収層
に用いることにより、光吸収層の衝突イオン化エネルギ
ーが大きくなるため、電界緩和のためのｐ ” −Ｉ
ｎＧａＡｓ／［４’が不要になる。
に用いることにより、光吸収層の衝突イオン化エネルギ
ーが大きくなるため、電界緩和のためのｐ ” −Ｉ
ｎＧａＡｓ／［４’が不要になる。
なお、上述実施例では、増倍領域の超格子としてＡＱＩ
ｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓを用いたが、この部分の暗電流を
低減させるためにＩｎＧａＡｓの代わりにＩｎＧａＡｓ
Ｐを用いてもよい。
ｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓを用いたが、この部分の暗電流を
低減させるためにＩｎＧａＡｓの代わりにＩｎＧａＡｓ
Ｐを用いてもよい。
以上説明したように２本発明によれば、光吸収層にバン
ドギャップの広いＩｎＧａＡｓＰを用いることにより９
発生・再結合による暗電流およびトンネル電流が、従来
のＩｎＧａＡｓを用いるものに比較して、２桁以上減少
し、これにより、雑音の低い、最大増倍率の大きいＡＰ
Ｄを実現できる利点がある。
ドギャップの広いＩｎＧａＡｓＰを用いることにより９
発生・再結合による暗電流およびトンネル電流が、従来
のＩｎＧａＡｓを用いるものに比較して、２桁以上減少
し、これにより、雑音の低い、最大増倍率の大きいＡＰ
Ｄを実現できる利点がある。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来例の
説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は光吸収層とアバラ
ンシ増倍層のバンド図、（Ｃ）はｐｎ接合付近の電界強
度分布図、（ｄ）はｐ１１ｎＧａＡｓ層を挿入した場合
の電界強度分布図である。 く符号の説明〉 １−−−ｐ”’−ＩｎＧａＡｓ光吸収層２・・・ｎ−−
Ａ立Ｉ ｎ Ａ ｓバリア層３−−−ｎ−−ＩｎＧａＡ
ｓウェル層 ４・・・ｐ” ＩｎＧａＡｓコンタクト層４ ’ −
ｎ ” −Ｉ ｎＧａＡｓＪｉ１４ ’ −ｐ ” −
Ｉ ｎＧａＡｓＪ’１５・・・Ｐ” ＩｎＰキャップ
層 ６・・・ｎ”−ＩｎＰ基板 ７−ｐ−−ＩｎＧａＡｓＰ層
説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は光吸収層とアバラ
ンシ増倍層のバンド図、（Ｃ）はｐｎ接合付近の電界強
度分布図、（ｄ）はｐ１１ｎＧａＡｓ層を挿入した場合
の電界強度分布図である。 く符号の説明〉 １−−−ｐ”’−ＩｎＧａＡｓ光吸収層２・・・ｎ−−
Ａ立Ｉ ｎ Ａ ｓバリア層３−−−ｎ−−ＩｎＧａＡ
ｓウェル層 ４・・・ｐ” ＩｎＧａＡｓコンタクト層４ ’ −
ｎ ” −Ｉ ｎＧａＡｓＪｉ１４ ’ −ｐ ” −
Ｉ ｎＧａＡｓＪ’１５・・・Ｐ” ＩｎＰキャップ
層 ６・・・ｎ”−ＩｎＰ基板 ７−ｐ−−ＩｎＧａＡｓＰ層
Claims (1)
- １、光吸収層の下層側にｐｎ接合を介してアバランシ増
倍層を形成し、ｐｎ接合に逆バイアス電界を印加して光
電流を増幅して電気信号に変換するアバランシ・フォト
ダイオードであって、上記増倍層としてＡｌＩｎＡｓ／
Ｇａ＿ｘＩｎ＿１＿−＿ｘＰ＿ｙＡｓ＿１＿−＿ｙ（０
≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦１．０）からなる超格子増倍層
を用いるものにおいて、上記光吸収層としてＩｎＰに格
子整合がとれたＧａ＿ｘＩｎ＿１＿−＿ｘＰ＿ｙＡｓ＿
１＿−＿ｙ（０．２３＜ｘ＜０．３１、０．３３＜ｙ＜
０．５２、ｘ＝０．４７×（１−ｙ））を用いることを
特徴とするアバランシ・フォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090112A JPH03289180A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | アバランシ・フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090112A JPH03289180A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | アバランシ・フォトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03289180A true JPH03289180A (ja) | 1991-12-19 |
Family
ID=13989436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2090112A Pending JPH03289180A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | アバランシ・フォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03289180A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04125977A (ja) * | 1990-09-17 | 1992-04-27 | Nec Corp | ヘテロ多重構造アバランシ・フォトダイオード |
| KR100424455B1 (ko) * | 2001-06-28 | 2004-03-26 | 삼성전자주식회사 | 역적층 구조를 갖는 평면형 애벌랜치 포토다이오드 |
-
1990
- 1990-04-06 JP JP2090112A patent/JPH03289180A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04125977A (ja) * | 1990-09-17 | 1992-04-27 | Nec Corp | ヘテロ多重構造アバランシ・フォトダイオード |
| KR100424455B1 (ko) * | 2001-06-28 | 2004-03-26 | 삼성전자주식회사 | 역적층 구조를 갖는 평면형 애벌랜치 포토다이오드 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6755285B2 (ja) | アバランシェ・フォトダイオード | |
| US5075750A (en) | Avalanche photodiode with adjacent layers | |
| US5539221A (en) | Staircase avalanche photodiode | |
| JP3287458B2 (ja) | 超高速・低電圧駆動アバランシェ増倍型半導体受光素子 | |
| JPH042176A (ja) | 半導体受光素子 | |
| EP0477729B1 (en) | Avalanche photodiode | |
| US7161170B1 (en) | Doped-absorber graded transition enhanced multiplication avalanche photodetector | |
| US9214582B2 (en) | Uni-travelling-carrier photodiode | |
| WO2014068850A1 (ja) | フォトダイオード | |
| US5343054A (en) | Semiconductor light-detection device with recombination rates | |
| Zang et al. | High quantum efficiency uni-traveling-carrier photodiode | |
| JP4058921B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH03289180A (ja) | アバランシ・フォトダイオード | |
| JP3047385B2 (ja) | 受光素子 | |
| JPH0732264B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0493088A (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2730471B2 (ja) | 超格子アバランシェフォトダイオード | |
| Mastrapasqua et al. | Light emitting charge injection transistor with p‐type collector | |
| JPH11330536A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP3708758B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP3739273B2 (ja) | 半導体光検出器 | |
| JP2739824B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2670557B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2796601B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JPH0389566A (ja) | 超格子アバランシェ・フォトダイオード |