JPH0389566A - 超格子アバランシェ・フォトダイオード - Google Patents
超格子アバランシェ・フォトダイオードInfo
- Publication number
- JPH0389566A JPH0389566A JP1226945A JP22694589A JPH0389566A JP H0389566 A JPH0389566 A JP H0389566A JP 1226945 A JP1226945 A JP 1226945A JP 22694589 A JP22694589 A JP 22694589A JP H0389566 A JPH0389566 A JP H0389566A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gaas
- composition
- type
- carrier concentration
- 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
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 10
- 238000000098 azimuthal photoelectron diffraction Methods 0.000 description 9
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 108091006149 Electron carriers Proteins 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007687 exposure technique Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 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〕
本発明は光通信に用いて有益な低雑音アバランシェ・フ
ォトダイオードに関する。
ォトダイオードに関する。
光ファイバーの伝送損失の低い１〜１．６μｍ波長帯の
光通信受光素子として、Ｉ ｎ、Ｑ、 ５３ Ｇ ａ
Ｏ８４７ＡｓとＩｎＰとのへテロ接合によるＩｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡＳヘテロ接合アバランシェ・フォトダイオード
（以下ＡＰＤと略号する）が実用化されている。このＡ
ＰＤ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
に対するイオン化率αよりも正孔に対するイオン化率β
の方が大きい（β／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β／α比
の材料系を開発していかなければならない。
光通信受光素子として、Ｉ ｎ、Ｑ、 ５３ Ｇ ａ
Ｏ８４７ＡｓとＩｎＰとのへテロ接合によるＩｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡＳヘテロ接合アバランシェ・フォトダイオード
（以下ＡＰＤと略号する）が実用化されている。このＡ
ＰＤ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
に対するイオン化率αよりも正孔に対するイオン化率β
の方が大きい（β／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β／α比
の材料系を開発していかなければならない。
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ΔＥｃ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高める超格子ＡＰ
ＤがＦ、Ｃａｐａｓｓｏらによってアプライド・フィジ
クス・レターズ４５巻１１９３ページにおいて提供され
た。Ｆ、Ｃａｐａａｓｏらによって作られた超格子ＡＰ
Ｄは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ΔＥｃ〜０．３ｅＶを
電子が供与されることにより、α／β−８を得ている。
ャルを形成し、伝導帯不連続ΔＥｃ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高める超格子ＡＰ
ＤがＦ、Ｃａｐａｓｓｏらによってアプライド・フィジ
クス・レターズ４５巻１１９３ページにおいて提供され
た。Ｆ、Ｃａｐａａｓｏらによって作られた超格子ＡＰ
Ｄは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ΔＥｃ〜０．３ｅＶを
電子が供与されることにより、α／β−８を得ている。
かかる構造においては、光吸収はＰ＋ｎ構造を更正する
Ｐ”−ＧａＡｓ層で生じている。しかし、Ｐ＋高濃度層
には電界が追加されないため、光発生キャリアは拡散に
よって超格子増倍層へ達する。
Ｐ”−ＧａＡｓ層で生じている。しかし、Ｐ＋高濃度層
には電界が追加されないため、光発生キャリアは拡散に
よって超格子増倍層へ達する。
従って応答がそれ程速くないという欠点を有する。
１〜１．６μｍ長波長帯に対しては、ＧａＡｓ系と同様
、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ超格子構造、もしくはＩｎＡｌ
Ａｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子が採用される。第３図にはこ
のような長波長帯超格子ＡＰＤの概念を示す構造断面図
が示されている。Ｎ゛半導体基板（ＩｎＰ）の上に超格
子増倍層３．狭バンドギヤツプ光吸収層（ＩｎＧａＡｓ
）４．Ｐ”導電層（ＩｎＰ又はＩｎ’ＡＩＡｓ）５が積
層され、Ｐ＋導電層５と狭バンドギヤツプ光吸収層４の
間にＰ＋ｎ接合面が形成される。
、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ超格子構造、もしくはＩｎＡｌ
Ａｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子が採用される。第３図にはこ
のような長波長帯超格子ＡＰＤの概念を示す構造断面図
が示されている。Ｎ゛半導体基板（ＩｎＰ）の上に超格
子増倍層３．狭バンドギヤツプ光吸収層（ＩｎＧａＡｓ
）４．Ｐ”導電層（ＩｎＰ又はＩｎ’ＡＩＡｓ）５が積
層され、Ｐ＋導電層５と狭バンドギヤツプ光吸収層４の
間にＰ＋ｎ接合面が形成される。
かかる構造においては、光吸収層４で発生した電子を超
格子増倍層３へ注入して電子のイオン化率αの向上を図
っているが、逆バイアス電圧が印加される動作時には、
最高電界が狭バンドギヤツプ層４に印加される。狭バン
ドギヤツプ半導体に高電界が印加されると、多大のトン
ネル電流が発生して、アバランシェ増倍による電圧降伏
を妨げるという欠点をもつ。
格子増倍層３へ注入して電子のイオン化率αの向上を図
っているが、逆バイアス電圧が印加される動作時には、
最高電界が狭バンドギヤツプ層４に印加される。狭バン
ドギヤツプ半導体に高電界が印加されると、多大のトン
ネル電流が発生して、アバランシェ増倍による電圧降伏
を妨げるという欠点をもつ。
そこで本発明の目的は、上記２つの欠点を除去し、高速
応答でかつ、トンネル電流発生を抑制した超格子ＡＰＤ
を提供することである。
応答でかつ、トンネル電流発生を抑制した超格子ＡＰＤ
を提供することである。
本発明では、高キャリア濃度層と低キャリア濃度層から
成る片側階段型接合を有するアバランシェ・フォトダイ
オードにおいて、前記高キャリア濃度層が前記接合面に
向かって禁制帯幅が狭くなっていく組成傾斜層で、かつ
低キャリア濃度層が超周期構造である。
成る片側階段型接合を有するアバランシェ・フォトダイ
オードにおいて、前記高キャリア濃度層が前記接合面に
向かって禁制帯幅が狭くなっていく組成傾斜層で、かつ
低キャリア濃度層が超周期構造である。
Ｃ作用〕
本発明の作用・原理を本発明のＡＰＤに逆バイアス電圧
を印加した時のエネルギーバンド図ヲ示す第２図を用い
て説明する。
を印加した時のエネルギーバンド図ヲ示す第２図を用い
て説明する。
本発明においては、光吸収は、外部電圧の印加されない
高キャリア濃度領域（図ではＰ゛領域で行うが、Ｐ゛領
域接合面に向って禁制帯幅が狭くなっていく組成傾斜層
で横絞されるため、そのビルト・イン電界（内部電界〉
のおかげで、発生した電子キャリアは拡散によらないで
接合面に向って走行する。
高キャリア濃度領域（図ではＰ゛領域で行うが、Ｐ゛領
域接合面に向って禁制帯幅が狭くなっていく組成傾斜層
で横絞されるため、そのビルト・イン電界（内部電界〉
のおかげで、発生した電子キャリアは拡散によらないで
接合面に向って走行する。
しかも、組成傾斜によるビルト・イン電界強度を５〜ｌ
０ＫＶ／ｃｍ程度にしておけば、電子速度−電界強度依
存性から明らかなように、≧１０７ｃｍ／ｓのピーク速
度で走行するため、高速応答が期待できる。
０ＫＶ／ｃｍ程度にしておけば、電子速度−電界強度依
存性から明らかなように、≧１０７ｃｍ／ｓのピーク速
度で走行するため、高速応答が期待できる。
また、前述した様に高濃度領域には、外部電界（数１０
０ＫＶ／ｃｍの強電界強度）が印加されないため、狭バ
ンドギヤツプ半導体に宿命的なトンネル電流の発生は抑
制される。
０ＫＶ／ｃｍの強電界強度）が印加されないため、狭バ
ンドギヤツプ半導体に宿命的なトンネル電流の発生は抑
制される。
第１図は本発明の第１の実施例であるＡＰＤの断面図を
示している。
示している。
Ｎ“−ＧａＡｓ基板１の上に分子線エピタキシャル（Ｍ
ＢＥ）法により、Ｓｉドープのｎ”−ＧａＡｓバッファ
層２． Ｎ−−Ａ Ｉ ｙＧａ １−ｙＡｓ／ＧａＡｓ
周期層４．Ｐ” （Ｇ ａ Ａ ｓ） ｌ−１１Ｇｅ
２ｘ組戒傾斜層４．Ｐ”−ＧａＡｓ９４７１９層５を順
次、積層する。
ＢＥ）法により、Ｓｉドープのｎ”−ＧａＡｓバッファ
層２． Ｎ−−Ａ Ｉ ｙＧａ １−ｙＡｓ／ＧａＡｓ
周期層４．Ｐ” （Ｇ ａ Ａ ｓ） ｌ−１１Ｇｅ
２ｘ組戒傾斜層４．Ｐ”−ＧａＡｓ９４７１９層５を順
次、積層する。
周期層３は、Ａ１組組成が０〜０．４まで徐々に変化す
る組成傾斜層を１周期とする構造で１周期約５００人で
ｌＯ周期積層した。
る組成傾斜層を１周期とする構造で１周期約５００人で
ｌＯ周期積層した。
高濃度領域であるＰ”−（ＧａＡｓ）＋−ｘＧｅｗｘは
組１１ｉｘを０．１〜０．３５まで変化させている。こ
の時、禁制帯幅はｌ、ＱｅＶから０．５ ｅ Ｖまで変
化している。（Ｇ ａ Ａ ｓ ） ｌ−Ｎ Ｇ ｅ
２Ｎは、ＧａＡｓ基板と格子整合し、更に、エネルギー
・ギャップのわん曲性が強いため、組ｔｊ、ｘ−０，３
５においてＧｅの禁制帯幅よりも小さい０．５ ｅ Ｖ
となる。積層後は、通常の露光技術により、メサ状にエ
ッチングし、メサ側壁を含む表面をプラズマＣＶＤ法に
よるＳｉＮｘ表面保護膜８で保護。６はＡｎＺｎ合金に
よるＰ側電極、７はＡｎＧｅ合金によるｎ側電極で、通
常の抵抗加熱蒸着法で形成される限って説明したが、ｎ
”Ｐ型においても同様である事は云うまでもない。更に
ＧａＡｓ系材料に限って説明したが、他の材料系、例え
ばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
系についても同様に適用できる。
組１１ｉｘを０．１〜０．３５まで変化させている。こ
の時、禁制帯幅はｌ、ＱｅＶから０．５ ｅ Ｖまで変
化している。（Ｇ ａ Ａ ｓ ） ｌ−Ｎ Ｇ ｅ
２Ｎは、ＧａＡｓ基板と格子整合し、更に、エネルギー
・ギャップのわん曲性が強いため、組ｔｊ、ｘ−０，３
５においてＧｅの禁制帯幅よりも小さい０．５ ｅ Ｖ
となる。積層後は、通常の露光技術により、メサ状にエ
ッチングし、メサ側壁を含む表面をプラズマＣＶＤ法に
よるＳｉＮｘ表面保護膜８で保護。６はＡｎＺｎ合金に
よるＰ側電極、７はＡｎＧｅ合金によるｎ側電極で、通
常の抵抗加熱蒸着法で形成される限って説明したが、ｎ
”Ｐ型においても同様である事は云うまでもない。更に
ＧａＡｓ系材料に限って説明したが、他の材料系、例え
ばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
系についても同様に適用できる。
以上説明したように、本発明のＡＰＤの暗電流は、１０
〜１００ｎＡの範囲にあり、従来のＡＰＤの場合に比べ
て１〜２桁低減される。更にＰ゛高濃度領域の内部電界
により光励起キャリアは充分高い速度で走行するため、
高速応答が可能となる。イオン化率比α／βは従来の値
５〜１０を損う事なく、同程度である。
〜１００ｎＡの範囲にあり、従来のＡＰＤの場合に比べ
て１〜２桁低減される。更にＰ゛高濃度領域の内部電界
により光励起キャリアは充分高い速度で走行するため、
高速応答が可能となる。イオン化率比α／βは従来の値
５〜１０を損う事なく、同程度である。
４、
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、第３
図は従来のＡＰＤの断面図である。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・バッファ層
、３超格子増倍層、４・・・・・・光吸収層、 ５・・
・・・・ウィンドウ層、６・・・・・・Ｐ側電極、７・
・・・・・ｎ側電極、８・・・・・・表面保護膜。
２図は、本発明の原理を示すエネルギーバンド図、第３
図は従来のＡＰＤの断面図である。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・バッファ層
、３超格子増倍層、４・・・・・・光吸収層、 ５・・
・・・・ウィンドウ層、６・・・・・・Ｐ側電極、７・
・・・・・ｎ側電極、８・・・・・・表面保護膜。
Claims (1)
- 高キャリア濃度層と低キャリア濃度層から成る片側階段
型接合を有するアバランシェ・フォトダイオードにおい
て、前記高キャリア濃度層が前記接合面に向って禁制帯
幅が狭くなっていく組成傾斜層で、かつ、前記低キャリ
ア濃度層が超周期構造であることを特徴とする超格子ア
バランシェ・フォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1226945A JPH0389566A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 超格子アバランシェ・フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1226945A JPH0389566A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 超格子アバランシェ・フォトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0389566A true JPH0389566A (ja) | 1991-04-15 |
Family
ID=16853077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1226945A Pending JPH0389566A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 超格子アバランシェ・フォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0389566A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5457327A (en) * | 1993-06-08 | 1995-10-10 | Nec Corporation | Avalanche photodiode with an improved multiplication layer |
| JPH0818095A (ja) * | 1994-06-27 | 1996-01-19 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JP2007535810A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | ピコメトリクス、エルエルシー | プレーナ型雪崩効果光ダイオード |
-
1989
- 1989-08-31 JP JP1226945A patent/JPH0389566A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5457327A (en) * | 1993-06-08 | 1995-10-10 | Nec Corporation | Avalanche photodiode with an improved multiplication layer |
| JPH0818095A (ja) * | 1994-06-27 | 1996-01-19 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JP2007535810A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | ピコメトリクス、エルエルシー | プレーナ型雪崩効果光ダイオード |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2845081B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| 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 | |
| JPS6328506B2 (ja) | ||
| JPH0410478A (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2998375B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JPH08111541A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2002231992A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP4058921B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0389566A (ja) | 超格子アバランシェ・フォトダイオード | |
| JPH0493088A (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JPH0732264B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2730471B2 (ja) | 超格子アバランシェフォトダイオード | |
| JPH051629B2 (ja) | ||
| JP2671555B2 (ja) | 超格子アバランシェ・フォトダイオード | |
| JP2739824B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0210780A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS59151475A (ja) | バツフア層付きヘテロ構造アバランシ・ホトダイオ−ド | |
| JP2754652B2 (ja) | アバランシェ・フォトダイオード | |
| JPH0265279A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2893092B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2995751B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS63142683A (ja) | アバランシエホトダイオ−ド | |
| JP3018589B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2998471B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH03248482A (ja) | アバランシェ・フォトダイオード |