JPH03296282A - 超格子光電変換素子 - Google Patents

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１ 本発明は、井戸層としての第１の半導体層と障壁層とし
ての第２の半導体層とが交互順次に積層されている構成
を有する超格子層を光増倍層または光吸収層として右す
る超格子光電変換素子に関する。 【従来の技術】 従来、第１７図及び第１８図を伴って次に１本へる超格
子光電変換素子が提案されている。 りなわら、例えばｎ＋型を有し且つ例えば■ｎｐでなる
半導体基板１を有し、その半導体基板１上に、ｎ４型を
有し且つ例えば半導体基板１と同じＩｎＰでなるバッフ
ァ層としての半導体層２と、ｎ型不純物またはｎ型不純
物のいずれも意図的に導入させていないか導入させてい
るとしても十分低い不純物濃度でしか導入させていない
光増倍層としての超格子層３と、ｎ４型を有し且つ例え
ばｌ　ｎ　　　　Ｑａ　　　　ＡＳＯ，５３０，４７ でなるとともに１０ｎｍのような十分薄い厚さを有する
電界強度調整用層としての半導体層４と、ｐ　型を有し
且つ例えばｌｎ　　　　ＧａＯ，５３０ ４７△Ｓでなるとともに１１１ｍのＪζうな比較的厚い
厚さを有する光吸収層としての半導体層５と、ｐ→型を
有し且つ例えばｉｎ　　　　△１５３０ ．４７ＡＳでなるとともに５Ｑｎｍのような比較的薄い
厚さを右する電界ストップ層としての半導体層６と、ｐ
＋型を右し旧つｌｎ　　　　Ｑａｏ、５２ ｏ４８ＡＳでなるどともに０．５μｍのような比較的厚
い厚さを右する表面再結合防止層としての半導体層７と
、ｐ＋型を有し且つ例えばＩｎ　　　　Ａ’ｌ　　　　
ＡＳでなるＡ−ミツクー」ン０．５３　　　０．４７ タクト層としての半導体層８とがそれらの順に積層され
ている半導体積層体９が形成されている。 この場合、超格子層３が、第１８図に示すように、例え
ばＩｎ　　　Ｇａ　　　ＡＳ″ｃなる０、５３　　　０
．４７ 井戸層としての半導体層３Ｗと、例えばＩｎ　　。 Ａｔ　　　　Ａｓでなる障壁層としての半導５２　　　
０．４８ 体層３Ｂとが交互順次に積層されている構成を有づる。 また、半導体基板１の半導体積層体９側とは反対側の而
」ニに、電極層１０がオーミックにイ］されている。 さらに、半導体積層体９の半導体基板１側とは反対側の
面上に、光入射用窓１２を有する電極層１１がオーミッ
クに付されている。 以上が、従来提案されている超格子光電変換素子の構成
である。 このような構成を有する超格子光電変換素子によれば、
詳細説明は省略するが、電極層１０及び１１間に、光増
倍層としての超格子層３が空乏層化するのに十分なバイ
アス電圧を与えた状態で、光１−を窓１２を通じて光吸
収層としての半導体層５に入射させれば、光吸収層とし
ての半導体層５にキャリアが生じ、そのキャリア中、電
子及び正孔が光増倍層としての超格子層３を、そこでの
高電界によって加速されてそれぞれ電極層１０及び１１
側に高速に走行するという機構で、電極層１０及び１１
を通って外部に、光増倍されてた光電流を得ることがで
きる、というアバランシエフ第１〜ダイオードとしての
機能を呈する。 そして、この場合、光増倍層としての超格子層３が、そ
こに走行するキャリア（電子及び正孔）の走行方向にポ
テンシャルの不連続性を有するため、超格子層３を走行
するキャリアである電子のイ゛オン化率と正孔のイオン
化率との間に前者が後者に比し大である関係で大ぎな差
を有することから、増倍（アバランシェ）雑音が超格子
層３が単なる単層の半導体層でなる場合に比し十分少な
い、という特徴を有する。 また、従来、第１９図及び第２０図を伴って次に述べる
超格子光電変換素子も提案されている。 すなわち、例えばｎ型を有Ｊ゛る半導体基板２１を有し
、その半導体基板２１上にｎ型を有する半導体層２２と
、ｎ型不純物またはｎ型不純物のいずれも意図的に導入
させていないか導入させているとしても十分低い濃度で
しか導入させていない光吸収層としての超格子層２３と
、ｐ型を有する半導体層２４と、ｐ＋型を有するオーミ
ックコンタクト層としての半導体層２５とがそれらの順
に積層されている半導体積層体２６が形成されている。 この場合、超格子層２３が、第２０図に示すように、井
戸層としての半導体層２３Ｗと、障壁層としての半導体
層２３Ｂとが交互順次に積層されている構成を有する。 また、半導体基板２１の半導体積層体２６側とは反対側
に、電極層２７がオーミックに付されている。 さらに、半導体積層体２６の半導体基板２１側とは反対
側の面上に、電極層２８がＡ−ミンクに付されている。 以上が、従来提案されている他の超格子光電変換素子の
構成である。 このような構成を有する超格子光電変換素子によれば、
前軸説明は省略するが、外部から、半導体積層体２６の
超格子層２３内に、半導体積層体２６の一方の端面上に
お

【プる端面を通って、光りを入射させれば、光吸収層
としての半導体積層体２３にキャリアが生じ、そのキャ
リア中、電子及び正孔がそれぞれ電極層２７及び２８側
に走行するという機構で、電極層２７及び２８を通って
外部に、光電流を得ることができる、というＰＩＮ接合
型フォトダイオードとしての機能を呈する。 そして、この場合、光吸収層が超格子層２３でなるので
、光吸収層が単層でなる半導体層でなる場合に比し高い
量子効率が得られるという特徴を有する。 【発明が解決しようとする課題１ 第１７図及び第１８図で上述した従来の超格子光電変換
素子の場合、光増倍層としての超格子層３において、井
戸層としての半導体層３Ｗとそれと隣る障壁層としての
半導体１３Ｂとの間に、半導体層３Ｗのエネルギバンド
ギャップＥｇ−と半導体層３Ｂのエネルギバンドギせツ
ブＥＢＢとの差に応じた階段的な比較的高い障壁を有し
ているので、光増倍層としての超格子層３を走行するキ
ャリア中、電子については、さほど問題はないとしても
、正孔については、その質量が電子に比し大きいなどの
理由で、光増倍層としての超格子層３を構成している井
戸層としての半導体層３Ｗの、その半導体層３Ｗとそれ
と正孔の走行先側に隣る障壁層としての半導体層３Ｂと
の間の界面近傍に蓄積し易い。 このため、第１７図及び第１８図で前述した従来の超格
子光電変換素子の場合、入射する光しの強度変化に対す
る応答速度に無視し得ない遅れを伴う、という欠点を有
していた。 また、第１９図及び第２０図で上述した従来の超格子光
電変換素子の場合も、第１７図及び第１８図で上述した
従来の超格子光電変換素子の場合に準じて、光吸収層と
しての超格子層２３において、井戸層としての半導体層
２３Ｗとそれど正孔の走行先側に隣る障壁層としての半
導体層２３Ｂとの間に、比較的高い障壁を右しているの
で、第１７図及び第１８図で上述した従来の超格子光電
変換素子の場合に準じて、正孔が、光吸収層としての超
格子層２３を構成している月戸層としての半導体層２３
Ｗの、その半導体層２３Ｗと障壁層としての半導体層２
３Ｂとの間の界面近傍に蓄積し易いため、入射する光り
の強度変化に対する応答速度に無視し得ない遅れを伴う
、という欠点を有していた。 よって１、本発明は、上述した欠点のない新規な超格子
光電変換素子を提案せんとするものである。 ［課題を解決するための手段］ 本願第１番目の発明による超格子光電変換素子は、第１
７図及び第１８図、または第１９図及び第２０図で前述
した従来の超格子充電変換素子の場合と同様に、井戸層
としての第１の半導体層と障壁層としての第２の半導体
層とが交互順次に積層されている構成を有する超格子層
を、光増倍層、または光吸収層として有している。 しかしながら、本願第１番目の発明による超格子光電変
換素子は、そのような構成を有する超格子光電変換素子
において、超格子層が、月戸層としての第１の半導体層
とそれと隣る障壁層としての第２の半導体層との間に介
挿されて　０ いるキャリア蓄積防止層としての第３の半導体層を有し
、そして、その第３の半導体層が、井戸層としての第１
の半導体層のエネルギバンドギャップと障壁層としての
第２の半導体層のエネルギバンドギャップとの間のエネ
ルギバンドギャップを有する。 また、本願第２番目の発明による超格子光電変換素子は
、本願第１番目の発明による超格子光電変換素子の場合
と同様に、且つ第１７図及び第１８図、または第１９図
及び第２０図で前述した従来の超格子光電変換素子の場
合と同様に、井戸層としての第１の半導体層と障壁層と
しての第２の半導体層とが交互順次に積層されている構
成を有する超格子層を、光増倍層、または光吸収層とし
て有している。 しかしながら、本願第２番目の発明ににる超格子光電変
換素子は、そのような構成を有する超格子光電変換素子
において、本願第１番目の発明による超格子光電変換素
子の場合と同様に、超格子層が、井戸層としての第１の
半導体層とそれと隣る障壁層としての第２の半導体層ど
の間に介挿されている第３の半導体層を有し、そして、
第３の半導体層が、月戸層とじでの第１の半導体層側に
お（ブる井戸層としての第１の半導体層のエネルギバン
ドギャップから、障壁層としての第２の半導体層側にお
けるＩＩＩ壁層としての第２の半導体層のエネルギバン
ドギャップまで、連続的に変化しているエネルギバンド
ギャップを有する。 【作用・効果） 本願第１番目の発明による超格子光電変換素子によれば
、第１７図及び第１８図、または第１９図及び第２０図
で前述した従来の超格子光電変換素子の場合と同様に、
光増倍層、または光吸収層としての超格子層を有するの
で、アバランシェフォトダイオード、またはＰＩＮ接合
型フォトダイオードとしての機能が、第１７図及び第１
８図、または第１９図及び第２０図で前）ホした従来の
超格子光電変換素子の場合と同様の優れた特徴を有して
１ｑられる。 １ ２ しかしながら、本願第１番目の発明による超格子光電変
換素子の場合、超格子層が、井戸層としての第１の半導
体層とそれに隣る障壁層としての第２の半導体層との間
に、第１の半導体層のエネルギバンドギャップブと第２
の半導体層のエネルギバンドギャップとの間のエネルギ
バンドギャップブを有する第３の半導体層が介挿されて
いる構成を有するので、第１及び第３の半導体層間、及
び第３及び第２の半導体層間に正孔に対する階段的な障
壁を有するとしても、その障壁高さが、第１７図及び第
１８図、または第１９図及び第２０図で前述した、第３
の半導体層を有していない従来の超格子光電変換素子の
場合における第１及び第２の半導体層間の障壁高さに比
し低いので、正孔が、第１の半導体層の第３の半導体層
側、及び第３の半導体層の第２の半導体層側にほとんど
蓄積しないか、蓄積するとしても、第１７図及び第１８
図、または第１９図及び第２０図で前述した従来の超格
子光電変換素子の場合において第１の半導体層の第２の
半導体層側に蓄積されるよりも十分少ない徂でしか蓄積
されない。 このため、本願第１番目の発明による超格子光電変換素
子にＪ：れば、入射する光の強度変化に対する応答速度
が、第１７図及び第１８図、または第１９図及び第２０
図で前述した従来の超格子光電変換素子の場合に比し格
段的に高く得られる。 また、本願第２番目の発明にＪ：る超格子光電変換素子
によれば、本願第１番目の発明による超格子光電変換素
子の場合と同様に、光増倍層または光吸収層としての超
格子層を有するので、アバランシェフォトダイオードま
たはＰＩＮ接合型フＡトダイオードとしての機能が、本
願第１番目の発明による超格子光電変換素子の場合と同
様に、且つ第１７図及び第１８図、または第１９図及び
第２０図で前述した従来の超格子光電変換素子の場合と
同様の優れた特徴を有して得られる。 しかしながら、本願第２番目の発明による超　３ ４ 格子光電変換素子によれば、超格子層が、井戸層として
の第１の半導体層とそれに隣る障壁層としての第２の半
導体層との間に、第１の半導体層側におりる第１の半導
体層のエネルギバンドキャップから第２の半導体層側に
おける第２の半導体層のエネルギバンドギャップまで連
続的に変化するエネルギバンドギャップを有する第３の
半導体層が介挿されている構成を有するので、第１及び
第２の半導体層間に階段的な障壁を有していない。 このため、正孔が第１の半導体層の第３の半導体層側に
も、また第３の半導体層の第２の半導体層側にもほとん
ど蓄積しない。 従って、本願第２番目の発明にＪ：る超格子光電変換素
子によれば、本願第１番目の発明による超格子光電変換
素子の場合と同様に、光の強度変化に対する応答速度が
、第１７図及び第１８図、または第１９図及び第２０図
で前述した従来の超格子光電変換素子の場合に比し格段
的に高く得られる。 【実施例１） 次に、第１図及び第２図を伴って本発明による超格子光
電変換素子の第１の実施例を）ボへよう。 第１図及び第２図において、第１７図及び第１８図との
対応部分には同−首号をイ」シ詳細説明を省略する。 第１図及び第２図に示す本発明による超格子光電変換素
子は、超格子層３が、とくに、第２図に示すところから
明らかなように、井戸層としての半導体層３Ｗとそれど
正孔の走行先側に隣る障壁層としての半導体層３Ｂとの
間に介挿されているキャリア蓄積防止層としての半導体
層３Ｍを有し、そして、その半導体層３Ｍが、井戸層と
しての半導体層３　Ｗのエネルギバンドギャップ［ｇ−
障壁層としての半導体層のエネルギバンドギャップＥｇ
Ｂとの間の中間のエネルギバンドギャップ「ｇＨを有す
ることを除いて、第１７図及び第１８図で前述した従来
の超格子光電変換素子の場合と同様の構成を有する。 ５ １に の場合、キャリア蓄積防止層としての半導体層３Ｍは、
第１７図及び第１８図で前述した従来の超格子光電変換
素子の電極層１０及び１１をイ」す前までと同じ構成を
得て後、それに対し、加熱処理を施し、半導体層３Ｗと
半導体層３Ｂとの間で構成元素の相互拡散を生ぜしめる
ことにＪ：って、Ｉ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ａｓ系でなるもの
とし得る。 以上が、本発明による超格子光電変換素子の第１の実施
例の構成である。 このような構成を有する本発明による超格子光電変換素
子によれば、上述した事項を除いて、第１７図及び第１
８図で前述した従来の超格子光電変換素子の場合と同様
の構成を有するので、詳細説明は省略するが、アバラン
シェフォトダイオードとしての機能が、第１７図及び第
１８図で前述した従来の超格子光電変換素子の場合と同
様の特徴を右して１ｑられる。 しかしながら、第１図及び第２図に示す本発明による超
格子光電変換素子によれば、超格子層３が、井戸層とし
ての半導体層３Ｗとそれと正孔の走行先側に隣る障壁層
としての半導体層３Ｂとの間に、半導体層３Ｗのエネル
ギバンドギャップＥｇ−と半導体層３Ｂのエネルギバン
ドギャップＦｇＢとの間の中間のエネルギバンドギャッ
プＦ、Ｈを有するキャリア蓄積防止用層としての半導体
層３Ｍが介挿されている構成を有するので、半導体層３
Ｗ及び３Ｍ間、及び半導体層３Ｍ及び３Ｂ間に正孔に対
する階段的な障壁を有するとしても、その障壁高さが、
第１７図及び第１８図で前述した半導体層３Ｍを有して
いない従来の超格子光電変換素子の場合にＪ５　Ｌプる
半導体層３Ｗ及び３Ｂ間の障壁高さに比し低いので、正
孔が、半導体層３Ｗの半導体層３Ｍ側、及び半導体層３
Ｍの半導体層３Ｂ側にほとんど蓄積しないか、蓄積する
としても、第１７図及び第１８図で前述した従来の超格
子光電変換素子の場合において半導体層３Ｗの半導体層
３Ｂ側に蓄積されるよりも十分少ない量でしか蓄積され
ない。 ７ ８ このため、第１図及び第２図に示す本発明による超格子
光電変換素子によれば、入射する光りの強度変化に対す
る応答速度が、第１７図及び第１８図で前述した従来の
超格子光電変換素子の場合に比し格段的に高く得られる
。 【実施例２１ 次に、第３図及び第４図を伴って本発明による超格子光
電変換素子の第２の実施例を述べよう。 第３図及び第４図において、第１図及び第２図との対応
部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。 第３図及び第４図に示す本発明による超格子光電変換素
子は、超格子層３が、とくに第４図に示すところから明
らかなように、井戸層としての半導体層３Ｗとそれと正
孔の走行先側に隣る障壁層としての半導体層３Ｂとの間
にキャリア蓄積防止層としての半導体層３Ｍを有してい
る外、半導体層３Ｗとそれと電子の走行先側に隣る障壁
層としての半導体層３Ｂとの間に仙のキャリア蓄積防止
層としての他の半導体層３Ｍ′を有し、そして、その半
導体層３Ｍ’　が、半導体層３Ｍと同様に、月戸層とし
ての半導体層３ＷのエネルギバンドギャップＥ、１障壁
層としての半導体層３ＢのエネルギバンドギャップＥｇ
Ｂとの中間のエネルギバンドギャップＦ、Ｈを有するこ
とを除いて、第１図及び第２図で上述した本発明による
超格子光電変換素子の場合と同様の構成を有する。 以上が、本発明による超格子光電変換素子の第２の実施
例の構成である。 このような構成を有づる本発明による超格子光電変換素
子によれば、上述した事項を除いて、第１図及び第２図
で上述した本発明による超格子光電変換素子と同様の構
成を有するので詳細説明は省略するが、第１図及び第２
図で上述した本発明による超格子光電変換素子の場合と
同様の優れた作用効果が得られるとともに、超格子層３
が、井戸層としての半導体層３Ｗとそれと電子の走行方
向側に隣る障壁層としての半導９ ０ 体層３Ｂとの間に、半導体層３Ｗの１ネルギバンドギャ
ップＥｇｗと半導体１１３Ｂのエネルギバンドギャップ
ＥｇＢとの間の中間のエネルギバンドギャップ［ｇ□′
を有するキャリア蓄積防止層としての半導体層３Ｍ’　
が介挿されている構成を有するので、第１図及び第２図
で上述した本発明による超格子光電変換素子の場合にお
いて、電子が、半導体層３Ｗの半導体層３Ｂ側に蓄積さ
れるおそれを有する場合であっても、そのようなおそれ
を有効に回避することができる。 このため、第３図及び第４図に示す本発明による超格子
光電変換素子によれば、第１図及び第２図で上述した本
発明ににる超格子光電変換素子の場合において、電子が
半導体層３Ｗの半導体層３Ｂ側に蓄積されるおそれを有
する場合であっても、入射する光「の強度変化に対する
応答速度が、第１７図及び第１８図で前述したしらの超
格子光電変換素子の場合に化し格段的に高く得られる。 【実施例３］ 次に、第５図及び第６図を伴って、本発明による超格子
光電変換素子の第３の実施例を述べよう。 第５図、及び第６図において、第１図及び第２図との対
応部分には同一符号をイ］シ、詳細説明を省略する。 第５図及び第６図に示す本発明による超格子光電変換素
子は、超格子層３において、井戸層としての半導体層３
Ｗとそれと正孔の走行先側に隣る障壁層としての半導体
層３Ｂとの間に介挿されている半導体層３Ｍが、半導体
層３Ｗ側における半導体層３Ｗのエネルギバンドギャッ
プＥｇ、から半導体層３Ｂ側における半導体層３Ｂのエ
ネルギバンドギャップＥ、Ｂまで連続的に変化している
エネルギバンドギャップＦｇＨを有していることを除い
て、第１図及び第２図で上述した本発明による超格子光
電変換素子ど同様の構成を有する。 このような構成を有する本発明による超格子光電変換素
子の第２の実施例によれば、上述し１ ２ た事項を除いて、第１図及び第２図で前述した本発明に
Ｊ：る超格子光電変換素子の第１の実施例と同様の構成
を有するので、詳細説明は省略するが、第１図及び第２
図で上述した本発明による超格子光電変換素子の場合と
同様のアバランシエフＡトダイＡ−ドとしての機能を優
れた特徴を有して呈する。 しかしながら、第５図及び第６図に示す本発明による超
格子光電変換素子ににれば、超格子層３が、井戸層とし
ての半導体ｉ３Ｗとそれと正孔の走行先側に隣る障壁層
としての半導体層３Ｂとの間に、半導体層３Ｗ側にお（
プる半導体層３ＷのエネルギバンドギャップＥｇ病から
半導体層３Ｂ側にお（プる半導体層３Ｂのエネルギバン
ドギャップＥｇ８まで連続的に変化するエネルギバンド
ギャップＥｇＨを有するキャリア蓄積防止層としての半
導体層３Ｍが介挿されている構成を有するので、半導体
層３Ｗ及び３Ｂ間に階段的な障壁を有していない。 このため、正孔が、半導体層３Ｗの半導体層３Ｍ側にも
、また半導体層３Ｍの半導体層３Ｂ側にもほとんど蓄積
しない。 従って、第５図及び第６図に示す本発明による超格子光
電変換素子によれば、第１図及び第２図で前述した本発
明による超格子光電変換素子の場合と同様に、入用する
光りの強度変化に対する応答速度が、第１７図及び第１
８図で前述した従来の超格子光電変換素子の場合に比し
格段的に高く得られる。 【実施例４］ 次に、第７図及び第８図を伴って本発明による超格子光
電変換素子の第４の実施例を述べよう。 第７図及び第８図において、第３図及び第４図との対応
部分には同一符号をイ」シ、詳細説明を省略する。 第７図及び第８図に示す本発明による超格子光電変換素
子は、超格子層３において、月戸層としての半導体層３
Ｗとそれと正孔の走行先側に隣る障壁層としての半導体
層３Ｂとの間に介３ ４ 挿されているキャリア蓄積防止層としての半導体層３Ｍ
が、第５図及び第６図で上述した本発明による超格子光
電変換素子の場合と同様に、半導体層３Ｗ側にお（Ｊる
半導体層３ＷのエネルギバンドギャップＥ（Ｊ、から半
導体層３Ｂ側における半導体層３Ｂのエネルギバンドギ
ャップＥｇ８まで連続的に変化しているエネルギバンド
ギャップＥｇＨを有し、また、半導体層３Ｗとそれと電
子の走行先側に隣る半導体１ｉ１３Ｂとの間に介挿され
ている他のキャリア蓄積防止層としての半導体層３Ｍ’
　が、半導体層３Ｍの場合に準じて、半導体層３Ｗ側に
おりる半導体層３ＷのエネルギバンドギャップＥｇＷか
ら半導体層３Ｂ側におりる半導体層３Ｂの１ネルギバン
ドギャップＥｇＢまで連続的に変化しているエネルギバ
ンドギャップＦ、）Ｉを有していることを除いて、第３
図及び第４図で上述した本発明による超格子光電変換素
子と同様の構成を有する。 このような構成を有する本発明による超格子光電変換素
子の第４の実施例によれば、上述した事項を除いて、第
３図及び第４図で前述した本発明による超格子光電変換
素子の第２の実施例と同様の構成を有するので、詳細説
明は省略するが、第３図及び第４図、及び第５図及び第
６図で上述した本発明による超格子光電変換素子の場合
と同様のアバランシェフォトダイオードとじての機能を
優れた特徴を有して里するとともに、超格子層３におけ
る電子の蓄積について、第３図及び第４図の場合に準じ
た作用効果が得られる。 【実施例５１ 次に、第９図及び第１０図を伴って本発明による超格子
光電変換素子の第５の実施例を述べよう。 第９図及び第１０図において、第１９図及び第２０図と
の対応部分には同一符号をイ」シ詳細説明を省略する。 第９図及び第１０図に示す本発明による超格子光電変換
素子は、超格子層３が、第１図及び第２図で前述した本
発明による超格子光電変換５ ６ 素子の場合に準じて、とくに、第１０図に示すところか
ら明らかなように、井戸層としての半導体層３Ｗとそれ
と正孔の走行先側に隣る障壁層としての半導体層３Ｂと
の間に介挿されているキャリア蓄積防止層としての半導
体層３Ｍを有し、そして、その半導体層３Ｍが、井戸層
としての半導体１３ＷのエネルギバンドギャップＥｇ、
と障壁層としての半導体層のエネルギバンドギャップＥ
ｇＢとの間の中間のエネルギバンドギャップＥ、Ｈを右
することを除いて、第１９図及び第２０図で前述した従
来の超格子光電変換素子の場合と同様の構成を有する。 以上が、本発明による超格子光電変換素子の第５の実施
例の構成である。 このような構成を有する本発明による超格子光電変換素
子によれば、上述した事項を除いて、第１９図及び第２
０図で前述した従来の超格子光電変換素子の場合と同様
の構成を有するので、詳細説明は省略するが、ＰＩＮ接
合型フォトダイオードとしての機能が、第１９図及び第
２０図で前）ホした従来の超格子光電変換素子の場合と
同様の特徴を有して得られる。 しかしながら、第９図及び第１０図に示す本発明による
超格子光電変換素子によれば、第１図及び第２図で前ｊ
ホした本発明による超格子光電変換素子の場合に準じて
、超格子層３が、井戸層としての半導体層３Ｗとそれと
正孔の走行先側に隣る障壁層としての半導体層３Ｂとの
間に、半導体ＩＷ３Ｗのエネルギバンドギャップ１三０
と半導体層３ＢのエネルギバンドギャップＦ、Ｂとの間
の中間のエネルギバンドギャップＥ、Ｈを右するキャリ
ア蓄積防止用層としての半導体層３Ｍが介挿されている
構成を有するので、第１図及び第２図で前述した本発明
による超格子光電変換素子の場合に準じて、半導体層３
Ｗ及び３Ｍ間、及び半導体層３Ｍ及び３Ｂ間に正孔に対
する階段的な障壁を有するとしても、その障壁高さが、
第１９図及び第２０図で前述した半導体層３　Ｍを有し
ていない従来の超格子光電変換素子の場合における半導
体層３Ｗ及び３Ｂ７ ８ 間の障壁高さに比し低いので、正孔が、半導体層３Ｗの
半導体層３Ｍ側、及び半導体層３Ｍの半導体層３Ｂ側に
ほとんど蓄積しないか、蓄積するどしでも、第１９図及
び第２０図で前述した従来の超格子光電変換素子の場合
において半導体層３Ｗの半導体層３Ｂ側に蓄積されるＪ
：りも十分少ない量でしか蓄積されない。 このため、第９図及び第１０図に示Ｊ゛本発明による超
格子光電変換素子によれば、入射する光［の強度変化に
対する応答速度が、第１９図及び第２０図で前述した従
来の超格子光電変換素子の場合に比し格段的に高く得ら
れる。 【実施例６］ 次に、第１１図及び第１２図を伴って本発明による超格
子光電変換素子の第６の実施例を述べよう。 第１１図及び第１２図において、第９図及び第１０図と
の対応部分には同一符号をイｑし、詳細説明を省略する
。 第１１図及び第１２図に示す本発明による超格子光電変
換素子は、超格子層３が、第３図及び第４図で前述した
本発明による超格子光電変換素子の場合に準じて、とく
に第１２図に示すところかう明らかなように、井戸層と
しての半導体層３Ｗとそれと正孔の走行先側に隣る障壁
層としての半導体層３Ｂとの間にキャリア蓄積防止層と
しての半導体層３Ｍを右している外、半導体層３Ｗとそ
れと電子の走行先側に隣る障壁層としての半導体層３Ｂ
どの間に他のキャリア蓄積防止層としての他の半導体層
３Ｍ’　を有し、そして、その半導体層３Ｍ’　が、半
導体層３Ｍと同様に、井戸層としての半導体層３Ｗのエ
ネルギバンドギャップ「ｇｗと障壁層としての半導体層
３ＢのエネルギバンドギャップＥｇＢとの中間のエネル
ギバンドギャップＥｇＨ′　を有することを除いて、第
９図及び第１０図で上述した本発明による超格子光電変
換素子の場合と同様の構成を有する。 以上が、本発明による超格子光電変換素子の第６の実施
例の構成である。 ９ ０ このような構成を有する本発明にＪ：る超格子光電変換
素子によれば、上述した事項を除いて、第９図及び第１
０図で上述した本発明による超格子光電変換素子と同様
の構成を有するので詳細説明は省略するが、第９図及び
第１０図で上述した本発明による超格子光電変換素子の
場合と同様の優れた作用効果が得られるとともに、第３
図及び第４図で前述した本発明による超格子光電変換素
子の場合に準じて、超格子層３が、井戸層としての半導
体層３Ｗとそれと電子の走行方向側に隣る障壁層として
の半導体層３Ｂとの間に、半導体層３Ｗのエネルギバン
ドギャップＦ工と半導体層３Ｂのエネルギバンドギャッ
プＥｇ８との間の中間のエネルギバンドギャップＥ　ｇ
、’　を有で−るキャリア蓄積防止層としての半導体層
３Ｍ’　が介挿されている構成を右するので、第９図及
び第１０図で上述した本発明による超格子光電変換素子
の場合において、電子が、半導体層３Ｗの半導体層３Ｂ
側に蓄積されるおそれを有する場合であっても、そのよ
うなおそ１ れを有効に回避することができる。 このため、第１１図及び第１２図に示す本発明による超
格子光電変換素子によれば、第９図及び第１０図で上述
した本発明による超格子光電変換素子の場合において、
電子が半導体層３Ｗの半導体層３Ｂ側に蓄積されるおそ
れを有する場合であっても、入用する光りの強度変化に
対する応答速度が、第１９図及び第２０図で前述したし
らの超格子光電変換素子の場合に比し格段的に高く得ら
れる。 【実施例７】 次に、第１３図及び第１／１図を伴って、本発明による
超格子光電変換素子の第７の実施例を述べよう。 第１３図及び第１４図において、第９図及び第１０図と
の対応部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。 第１３図及び第１４図に示す本発明にｊ；る超格子光電
変換素子は、第５図及び第６図で前述した本発明による
超格子光電変換素子の場合に２ 準じて、超格子層３において、井戸層としての半導体層
３Ｗとそれと正孔の走行先側に隣る障壁層としての半導
体層３Ｂとの間に介挿されている半導体層３Ｍが、半導
体層３Ｗ側におりる半導体１１３Ｗのエネルギバンドギ
ャップ［ｇｕ　７）１ら半導体層３Ｂ側におりる半導体
層３ＢのエネルギバンドギャップＥｇＢまで連続的に変
化しているエネルギバンドギャップＥｇＨを有している
ことを除いて、第９図及び第１０図で上述した本発明に
よる超格子光電変換素子と同様の構成を有する。 このような構成を有する本発明による超格子光電変換素
子の第７の実施例によれば、上述した事項を除いて、第
９図及び第１０図で前述した本発明による超格子光電変
換素子の第５の実施例と同様の構成を有するので、詳細
説明は省略するが、第９図及び第１０図で上述した本発
明による超格子光電変換素子の場合と同様のＰＩＮ接合
型フォトダイオードとしての機能を優れた特徴を有して
呈する。 しかしながら、第１３図及び第１４図に示す本発明によ
る超格子光電変換素子によれば、超格子層３が、第５図
及び第６図で前述した本発明による超格子光電変換素子
の場合に準じて、井戸層としての半導体層３Ｗとそれと
正孔の走行先側に隣る障壁層としての半導体層３Ｂとの
間に、半導体層３Ｗ側におりる半導体層３Ｗのエネルギ
バンドギャップＥｇ−目ら半導体層３Ｂ側にお１ノる半
導体層３ＢのエネルギバンドギャップＥｇＢまで連続的
に変化づ−るエネルギバンドギャップＥ９Ｍを有するキ
ャリア蓄積防止層としての半導体層３Ｍが介挿されてい
る構成を有するので、半導体層３Ｗ及び３Ｂ間に階段的
な障壁を有していない。 このため、正孔が、半導体層３Ｗの半導体層３Ｍ側にも
、また半導体層３Ｍの半導体層３Ｂ側にもほとんど蓄積
しない。 従って、第１３図及び第１４図に示す本発明による超格
子光電変換素子によれば、第９図及び第１０図で前述し
た本発明による超格子光電３ ３／１ 変換素子の場合と同様に、入射する光りの強度変化に対
する応答速度が、第１９図及び第２０図で前述した従来
の超格子光電変換素子の場合に比し格段的に高く得られ
る。 【実施例８１ 次に、第１５図及び第１６図を伴って本発明による超格
子光電変換素子の第８の実施例を述べよう。 第１５図及び第１６図において、第１２図との対応部分
には同一符号を何し、詳細説明を省略する。 第１５図及び第１６図に示す本発明による超格子光電変
換素子は、超格子層３において、第７図及び第８図で前
述した本発明による超格子光電変換素子の場合に準じて
、井戸層としての半導体層３Ｗとそれと正孔の走行先側
に隣る障壁層としての半導体層３Ｂとの間に介挿されて
いるキャリア蓄積防止層としての半導体１３Ｍが、第１
３図及び第１４図で上述した本発明による超格子光電変
換素子の場合と同様に、半導体層３Ｗ側における半導体
層３ＷのエネルギバンドギャップＦｇｏから半導体層３
Ｂ側におりる半導体層３Ｂのエネルギバンドギャップ［
ｇ８まで連続的に変化しているエネルギバンドギャップ
Ｅ。Ｈを有し、また、半導体層３Ｗとそれと電子の走行
先側に隣る半導体層３Ｂとの間に介挿されている他のキ
ャリア蓄積防止層としての半導体層３Ｍ’　が、半導体
層３Ｍの場合に準じて、半導体層３Ｗ側における半導体
層３ＷのエネルギバンドギャップＥｇ、Ｉから半導体層
３Ｂ側におりる半導体層３Ｂのエネルギバンドギャップ
Ｅ（ＩＢまで連続的に変化１〕でいるエネルギバンドギ
ャップＥｇ８を有していることを除いて、第１１図及び
第１２図で上述した本発明による超格子光電変換素子と
同様の構成を有する。 このような構成を有する本発明による超格子光電変換素
子の第８の実施例によれば、−上述した事項を除いて、
第１１図及び第１２図で前述した本発明による超格子光
電変換素子の第６の実施例と同様の構成を有するので、
詳細説明は５ ６ 省略するが、第１１図及び第１２図、及び第１３図及び
第１４図で上述した本発明による超格子光電変換素子の
場合と同様のＰＩＮ接合型フォトダイオードとしての機
能を優れた特徴を有して呈するとともに、超格子層３に
おける電子７の蓄積について、第１１図及び第１２図の
場合に準じた作用効果が得られる。 なお、上述においては、光増倍層としての超格子層を有
する超格子光電変換素子、及び光吸収層としての超格子
層を有り−る超格子光電変換素子のそれぞれについて、
わずかな実施例を述べたに留まり、光増倍層を有する超
格子層を有する種々の超格子光電変換素子、及び光吸収
層としての超格子層を有する種々の超格子光電変換素子
に、本発明を適用して、前述した本発明の場合と同様の
作用効果を得ることができることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は、本発明による超格子光電変換素子
の第１の実施例を示す路線的断面図、及びその超格子層
をその内におけるポテンシャルとともにエネルギバンド
構造で示す路線図である。 第３図及び第４図は、本発明にＪ：る超格子光電変換素
子の第２の実施例を示す路線的断面図、及びその超格子
層をその内にお【プるポテンシャルとともにエネルギバ
ンド構造で示す路線図である。 第５図及び第６図は、本発明による超格子光電変換素子
の第３の実施例を示す路線的断面図、及びその超格子層
をその内におけるポテンシャルとともにエネルギバンド
構造で示す路線図である。 第７図及び第８図は、本発明による超格子光電変換素子
の第４の実施例を示ず路線的断面図、及びその超格子層
をその内におけるポテンシャルとともにエネルギバンド
構造で示す路線図である。 第９図及び第１０図は、本発明による超格子光電変換素
子の第５の実施例を示す路線的断面７ ８ 図、及びその超格子層をその内におけるポテンシャルと
ともにエネルギバンド構造で示す路線図である。 第１１図及び第１２図は、本発明による超格子光電変換
素子の第６の実施例を示づ一路線的断面図、及びその超
格子層をその内にお【プるポテンシャルとともにエネル
ギバンド構造で示す路線図である。 第１３図及び第１４図は、本発明による超格子光電変換
素子の第７の実施例を示す路線的断面図、及びその超格
子層をその内におけるポテンシャルとともにエネルギバ
ンド構造で示す路線図である。 第１５図及び第１６図は、本発明による超格子光電変換
素子の第８の実施例を示す路線的断面図、及びその超格
子層をその内におけるポテンシャルとともにエネルギバ
ンド構造で示す路線図である。 第１７図及び第１８図は、従来の超格子光電変換素子を
示す路線的断面図、及びその超格子層をその内におｔプ
るポテンシャルとともに］−ネルギバンドｍ造で示ず路
線図である。 第１９図及び第２０図は、従来の他の超格子光電変換素
子を示す路線的断面図、及びその超格子層をその内にお
けるポテンシャルとともにエネルギバンド構造で示す路
線図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・半導体基板２・・・
・・・・・・・・・・・・バッファ層としての半導体層 ３・・・・・・・・・・・・・・・増倍層としての半導
体層３Ｗ・・・・・・・・・・・・井戸層としての半導
体層３Ｂ・・・・・・・・・・・・障壁層としての半導
体層３Ｍ、３Ｍ’ ・・・・・・・・・・・・・・・キャリア蓄積防止層と
しての半導体層 ４・・・・・・・・・・・・・・・電界強度調節用層と
１ノでの半導体層 ５・・・・・・・・・・・・・・・光吸収層としての半
導体層６・・・・・・・・・・・・・・・電界ストップ
層としての半導体層 ９ ０ ７・・・・・・・・・・・・・・・表面再結合防止層と
しての半導体層 ８・・・・・・・・・・・・・・・オーミックコンタク
ト層としての半導体層 ９．１１・・・・・・電極層 １２・・・・・・・・・・・・・・・光入射用窓２１・
・・・・・・・・・・・・・・半導体基板２２・・・・
・・・・・・・・・・・半導体層２３・・・・・・・・
・・・・・・・光吸収層層としての半導体層 ２４・・・・・・・・・・・・・・・半導体層２５・・
・・・・・・・・・・・・・オーミックコンタクト層と
しての半導体層 ２６・・・・・・・・・・・・・・・半導体積層体２７
．２８・・・・・・電極層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 井戸層としての第１の半導体層と障壁層としての第２の
   半導体層とが交互順次に積層されている構成を有する超
   格子層を光増倍層または光吸収層として有する超格子光
   電変換素子において、 上記超格子層が、上記井戸層としての第１の半導体層と
   それと隣る上記障壁層としての第２の半導体層との間に
   介挿されているキャリア蓄積防止層としての第３の半導
   体層を有し、 上記第３の半導体層が、上記井戸層としての第１の半導
   体層のエネルギバンドギャップと上記障壁層としての第
   ２の半導体層のエネルギバンドギャップとの間のエネル
   ギバンドギャップを有することを特徴とする超格子光電
   変換素子。
2. 【請求項２】 井戸層としての第１の半導体層と障壁層としての第２の
   半導体層とが交互順次に積層されている構成を有する超
   格子層を光増倍層または光吸収層として有する超格子光
   電変換素子において、 上記超格子層が、上記井戸層としての第１の半導体層と
   それと隣る上記障壁層としての第２の半導体層との間に
   介挿されている第３の半導体層を有し、 上記第３の半導体層が、上記井戸層としての第１の半導
   体層側における上記井戸層としての第１の半導体層のエ
   ネルギバンドギャップから、上記障壁層としての第２の
   半導体層側における上記障壁層としての第２の半導体層
   のエネルギバンドギャップまで、連続的に変化している
   エネルギバンドギャップを有することを特徴とする超格
   子光電変換素子。