JPH0410478A - 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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- JPH0410478A JPH0410478A JP2243755A JP24375590A JPH0410478A JP H0410478 A JPH0410478 A JP H0410478A JP 2243755 A JP2243755 A JP 2243755A JP 24375590 A JP24375590 A JP 24375590A JP H0410478 A JPH0410478 A JP H0410478A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
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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、光通信用光検出器のアバランシェフオドダイ
オード（以下、ＡＰＤと記す）の構造に関する。
オード（以下、ＡＰＤと記す）の構造に関する。
［従来の技術］
波長１．３μｍまたは１．５５μｍの光通信用のＡＰＤ
には従来Ｇｅ−ＡＰＤまたはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓヘテ
ロ接合型ＡＰＤが用いられてきた。これらのＡ Ｐ、、
Ｄではキャリアの増倍層としてＧｅまたはＩｎＰが用
いられている。一般に、ＡＰＤの増倍雑音は、キャリア
増倍層に用いる半導体固有の量である電子と正孔のイオ
ン化率（αとβ）の比が１から離れるほど小さくなる。
には従来Ｇｅ−ＡＰＤまたはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓヘテ
ロ接合型ＡＰＤが用いられてきた。これらのＡ Ｐ、、
Ｄではキャリアの増倍層としてＧｅまたはＩｎＰが用
いられている。一般に、ＡＰＤの増倍雑音は、キャリア
増倍層に用いる半導体固有の量である電子と正孔のイオ
ン化率（αとβ）の比が１から離れるほど小さくなる。
しかし、ＧｅやＩｎＰではこの比が１に近いため、雑音
が大きい問題があった。これを解決するために、キャリ
ア増倍層に超格子構造を用いることによって、αまたは
βの一方を大きくし、α／βまたはβ／αの比を大きく
することが従来から提案されている。
が大きい問題があった。これを解決するために、キャリ
ア増倍層に超格子構造を用いることによって、αまたは
βの一方を大きくし、α／βまたはβ／αの比を大きく
することが従来から提案されている。
波長１．３μｍまたは１．５５μｍの光に対して感度を
持つ超格子ＡＰＤにはＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓが用
いられてきた（アブライドフィッジックス レターズＮ
１５５１９８９年９９３頁）。この超格子ＡＰＤにおい
ては、伝導帯の不連続が大きいために、αが大きくなり
低雑音化に有効であることが確かめられている。
持つ超格子ＡＰＤにはＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓが用
いられてきた（アブライドフィッジックス レターズＮ
１５５１９８９年９９３頁）。この超格子ＡＰＤにおい
ては、伝導帯の不連続が大きいために、αが大きくなり
低雑音化に有効であることが確かめられている。
第４図（ａ）は、従来の超格子ＡＰＤの断面図、第４図
（ｂ）は、第４図（ａ）のＡＰＤのキャリア増倍層のエ
ネルギーバンドを示す図である。第４図（ａ）において
、ｌはｎ＋形ＩｎＰ基板、２はｎ＋形１ｎＰバッファ層
、１２はノンドープＩ ｎ０．５２Ｇ ａ、、４．Ａ
ｓ ／ Ｉ ｎ、１．Ａ Ｉ 、、４．Ａ ｓ超格子か
らなるキャリア増倍層、４は不純物密度８Ｘ １０”
ｃｍ”” 、厚さ１００人のｐ形Ｉ ｎｏ、＠ＩＩ Ｇ
ａ−，４１Ａｓ層、１３は不純物密度２ Ｘ １０”
ｃｍ””、厚さ２μｍのｐ形Ｉ ｎ 、 、 ａ ｓ
Ｇ ａ ＊ 、 ４９ Ａ”光吸収層、６は不純物密度
２ ＸＩＯ”ａｍ−” （またはＩ Ｘ １０’ ”ｃ
ｍ−” ）、厚さ５００人（または５００ Ａ ）のｐ
形Ｉｎ＠、ａｍＧ ａ。、、、Ａ ｓ層、７は不純物密
度Ｉ Ｘ １０’ ”ｃｍ−”厚さ０．５μｍのｐ形１
ｎＰ層、８は不純物密度ＩＸ １０’ ”ｃｍ−”、厚
さ３００人のｐ形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ。、、。
（ｂ）は、第４図（ａ）のＡＰＤのキャリア増倍層のエ
ネルギーバンドを示す図である。第４図（ａ）において
、ｌはｎ＋形ＩｎＰ基板、２はｎ＋形１ｎＰバッファ層
、１２はノンドープＩ ｎ０．５２Ｇ ａ、、４．Ａ
ｓ ／ Ｉ ｎ、１．Ａ Ｉ 、、４．Ａ ｓ超格子か
らなるキャリア増倍層、４は不純物密度８Ｘ １０”
ｃｍ”” 、厚さ１００人のｐ形Ｉ ｎｏ、＠ＩＩ Ｇ
ａ−，４１Ａｓ層、１３は不純物密度２ Ｘ １０”
ｃｍ””、厚さ２μｍのｐ形Ｉ ｎ 、 、 ａ ｓ
Ｇ ａ ＊ 、 ４９ Ａ”光吸収層、６は不純物密度
２ ＸＩＯ”ａｍ−” （またはＩ Ｘ １０’ ”ｃ
ｍ−” ）、厚さ５００人（または５００ Ａ ）のｐ
形Ｉｎ＠、ａｍＧ ａ。、、、Ａ ｓ層、７は不純物密
度Ｉ Ｘ １０’ ”ｃｍ−”厚さ０．５μｍのｐ形１
ｎＰ層、８は不純物密度ＩＸ １０’ ”ｃｍ−”、厚
さ３００人のｐ形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ。、、。
Ａｓ層、９はＡｕＧｅＮｉのオーミック電極、１０はＡ
ｕＺｎＮｉのオーミック電極、１１は光入射用窓である
。また、第４図（ａ）の左側の図は、各層での電界強度
を示す。
ｕＺｎＮｉのオーミック電極、１１は光入射用窓である
。また、第４図（ａ）の左側の図は、各層での電界強度
を示す。
Ｃ発明が解決しようとする課題〕
しかし、これまでの超格子ＡＰＤにおいては、第４図（
ａ）に示すように、光をｐ形１ ｎＣ；ａＡｓの光吸収
層１３側から入射していたため、すべての入射光をこの
光吸収層１３で吸収し、純粋な電子注入によってキャリ
ア増倍を起こすためには吸収層の厚さとして２μｍ程度
が必要であった。
ａ）に示すように、光をｐ形１ ｎＣ；ａＡｓの光吸収
層１３側から入射していたため、すべての入射光をこの
光吸収層１３で吸収し、純粋な電子注入によってキャリ
ア増倍を起こすためには吸収層の厚さとして２μｍ程度
が必要であった。
このため、光の吸収によって生じた電子と正孔は厚い光
吸収層１３を走行しなければならず、この走行時間によ
って応答速度が制限された。また、この厚い光吸収層１
３をすべて空乏化する必要があるために動作電圧も大き
くなってしまった。
吸収層１３を走行しなければならず、この走行時間によ
って応答速度が制限された。また、この厚い光吸収層１
３をすべて空乏化する必要があるために動作電圧も大き
くなってしまった。
また、Ｉ ｎ Ａ Ｉ Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ超格子キャリア増倍層１２のエネルギーバンドは
、第４図（ｂ）に示すように、Ｉ ｎＧａＡｓ井戸層の
エネルギーバンドギャップ（禁制帯幅）が小さいため、
電子がトンネル効果によって容易に通過でき、暗電流が
大きいという問題があった。また、伝導帯の不連続が大
きいために電子のイオン化率が大きくなるが、価電子帯
にも不連続があるため、有効質量の大きい正孔がパイル
アップして、応答速度を劣化させる問題があった。
Ａ ｓ超格子キャリア増倍層１２のエネルギーバンドは
、第４図（ｂ）に示すように、Ｉ ｎＧａＡｓ井戸層の
エネルギーバンドギャップ（禁制帯幅）が小さいため、
電子がトンネル効果によって容易に通過でき、暗電流が
大きいという問題があった。また、伝導帯の不連続が大
きいために電子のイオン化率が大きくなるが、価電子帯
にも不連続があるため、有効質量の大きい正孔がパイル
アップして、応答速度を劣化させる問題があった。
さらに、従来の超格子ＡＰＤにおいては、第４図（ａ）
に示すように、信号光をｐ形Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層１
３側の光入射用窓１１から入射させるため、すべての入
射光をこの光吸収層１３で吸収し、純粋な電子注入によ
ってキャリア増倍を起こすためには、光吸収層の厚さと
して２μｍ程度が必要であった。このために、光の吸収
によって生じた電子と正孔は厚い光吸収層を走行しなけ
ればならず、この走行時間によって応答速度が制限され
た。また、この厚い光吸収層をすべて空乏化する必要が
あるために、動作電圧も大きくなる問題があった。
に示すように、信号光をｐ形Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層１
３側の光入射用窓１１から入射させるため、すべての入
射光をこの光吸収層１３で吸収し、純粋な電子注入によ
ってキャリア増倍を起こすためには、光吸収層の厚さと
して２μｍ程度が必要であった。このために、光の吸収
によって生じた電子と正孔は厚い光吸収層を走行しなけ
ればならず、この走行時間によって応答速度が制限され
た。また、この厚い光吸収層をすべて空乏化する必要が
あるために、動作電圧も大きくなる問題があった。
本発明の目的は、前記のような従来技術の課題を解決し
、超格子をキャリア増倍層とするＡＰＤにおいて、暗電
流を低減し、正孔のパイルアップの効果をなくすことに
より、高周波特性を改善し、かつ動作電圧を小さくする
ことができるＡＰＤを提供することにある。
、超格子をキャリア増倍層とするＡＰＤにおいて、暗電
流を低減し、正孔のパイルアップの効果をなくすことに
より、高周波特性を改善し、かつ動作電圧を小さくする
ことができるＡＰＤを提供することにある。
本発明の他の目的は、このように高周波特性を改善し、
かつ動作電圧を小さくすることができるＡＰＤにおいて
、信頼性の高いプレーナ形ＡＰＤを提供することにある
。
かつ動作電圧を小さくすることができるＡＰＤにおいて
、信頼性の高いプレーナ形ＡＰＤを提供することにある
。
〔課題を解決するための手段］
上記の課題を解決するために、本発明のメサ形のＡＰＤ
は、ｎ形ＩｎＰ基板上にＩｎ６．６１Ａ１゜、、、Ａｓ
層と、これに格子整合し、エネルギーバンドギャップが
０．８ｅＶよりも大きいＩｎｘＧ ａ 、 −ｘＡ Ｓ
ｙ Ｐ ＋−２層を交互に積層した超格子からなるキ
ャリア増倍層を有し、前記ＩｎＰ基板とは反対側に厚さ
が１．５μｍ以下のｐ形Ｉ ｎ０．５３Ｇａ、、４．Ａ
ｓからなる光吸収層を有し、前記ＩｎＰ基板に設けた電
極に光入射用窓があけられ、かつ前記１ｎＰ基板とは反
対側の素子の上端に光反射膜を有することを特徴とする
。
は、ｎ形ＩｎＰ基板上にＩｎ６．６１Ａ１゜、、、Ａｓ
層と、これに格子整合し、エネルギーバンドギャップが
０．８ｅＶよりも大きいＩｎｘＧ ａ 、 −ｘＡ Ｓ
ｙ Ｐ ＋−２層を交互に積層した超格子からなるキ
ャリア増倍層を有し、前記ＩｎＰ基板とは反対側に厚さ
が１．５μｍ以下のｐ形Ｉ ｎ０．５３Ｇａ、、４．Ａ
ｓからなる光吸収層を有し、前記ＩｎＰ基板に設けた電
極に光入射用窓があけられ、かつ前記１ｎＰ基板とは反
対側の素子の上端に光反射膜を有することを特徴とする
。
また、本発明のプレーナ形のＡＰＤは、ｐ形ＩｎＰ基板
上にｐ形Ｉ ｎ０．５２Ａ ］ ０．５２Ａ ｓ層と、
これに格子整合し、エネルギーバンドギャップが０．８
ｅＶよりも大きいｐ形Ｉ ｎ ｘ Ｇ ａ ＬＸＡ ｓ
ｙＰｌ−２層を交互に積層した超格子からなるキャリ
ア増倍層を有し、前記ＩｎＰ基板と前記超格子キャリア
増倍層の間にｐ形Ｉｎ。、、、Ｇａ。、、、Ａｓからな
る光吸収層を有し、前記光吸収層と反対側に前記超格子
キャリア増倍層と接してｐ形ＩｎＰ層を有し、かつ前記
ｐ形ＩｎＰ層の一部にｎ形不純物を拡散またはイオン注
入によって導入したｎ形領域を有することを特徴とする
。また、このＡＰＤにおいて、前記ＩｎＰ基板に設けた
電極に光入射用窓があけられ、前記光吸収層の厚さが１
．５層Ｍ以下であり、前記ＩｎＰ基板とは反対側の素子
の上端に光反射膜を有することを特徴とする。さらに、
このＡＰＤにおいて、前記ｎ形領域の周囲に、前記ｎ形
領域よりもｎ形不純物密度の小さい領域を有することを
特徴とする。
上にｐ形Ｉ ｎ０．５２Ａ ］ ０．５２Ａ ｓ層と、
これに格子整合し、エネルギーバンドギャップが０．８
ｅＶよりも大きいｐ形Ｉ ｎ ｘ Ｇ ａ ＬＸＡ ｓ
ｙＰｌ−２層を交互に積層した超格子からなるキャリ
ア増倍層を有し、前記ＩｎＰ基板と前記超格子キャリア
増倍層の間にｐ形Ｉｎ。、、、Ｇａ。、、、Ａｓからな
る光吸収層を有し、前記光吸収層と反対側に前記超格子
キャリア増倍層と接してｐ形ＩｎＰ層を有し、かつ前記
ｐ形ＩｎＰ層の一部にｎ形不純物を拡散またはイオン注
入によって導入したｎ形領域を有することを特徴とする
。また、このＡＰＤにおいて、前記ＩｎＰ基板に設けた
電極に光入射用窓があけられ、前記光吸収層の厚さが１
．５層Ｍ以下であり、前記ＩｎＰ基板とは反対側の素子
の上端に光反射膜を有することを特徴とする。さらに、
このＡＰＤにおいて、前記ｎ形領域の周囲に、前記ｎ形
領域よりもｎ形不純物密度の小さい領域を有することを
特徴とする。
［作用］
本発明のＡＰＤにおいては、超格子キャリア増倍層の井
戸層として、エネルギーバンドギャップが大きく、かつ
ｒｎＡＩＡｓとの伝導帯の不連続の大きいＩｎＧａＡｓ
Ｐを用いることによって、暗電流を低減することができ
、電子のイオン化率が大きくなるので、低雑音化するこ
とができる。
戸層として、エネルギーバンドギャップが大きく、かつ
ｒｎＡＩＡｓとの伝導帯の不連続の大きいＩｎＧａＡｓ
Ｐを用いることによって、暗電流を低減することができ
、電子のイオン化率が大きくなるので、低雑音化するこ
とができる。
また、本発明による超格子キャリア増倍層では、伝導帯
の不連続を大きくしたまま、価電子帯の不連続をゼロに
することができるので、電子は伝導帯の不連続によって
運動エネルギーを得てイオン化率が大きくなる一方、有
効質量が大きいため、ペテロ界面でパイルアップしゃす
い正孔がスムーズに走行でき、応答速度を速くすること
ができる。
の不連続を大きくしたまま、価電子帯の不連続をゼロに
することができるので、電子は伝導帯の不連続によって
運動エネルギーを得てイオン化率が大きくなる一方、有
効質量が大きいため、ペテロ界面でパイルアップしゃす
い正孔がスムーズに走行でき、応答速度を速くすること
ができる。
従って、電子のイオン化率が正孔のイオン化率に比べて
十分大きい超格子ＡＰＤにおいて、増倍雑音を小さくす
るために必須の条件である純粋の電子注入による増倍を
実現できる。
十分大きい超格子ＡＰＤにおいて、増倍雑音を小さくす
るために必須の条件である純粋の電子注入による増倍を
実現できる。
また、ＩｎＰ基板に設けた電極に光入射用窓を設け、該
基板の反対側の素子の上端に光反射膜を設け、かつ光吸
収層の厚さを１．５μｍ以下と薄くした構成の本発明の
ＡＰＤにおいては、入射光は、基板側の光入射用窓から
入射され、基板と超格子キャリア増倍層を透過した後、
エネルギーバンドギャップの小さい光吸収層で吸収され
る。光吸収層の厚さは薄いため、全ての光が吸収されず
にＩｎＰ基板の反対側に設けた電極まで透過する光子が
あるが、光反射層を兼ねた電極によって反射され、光吸
収層に戻される。従って、光吸収層の実効的な厚さが２
倍になり、殆ど全ての光子が吸収される。これらの光の
吸収によって電子と正孔の対を生成し、このうちの電子
が光吸収層内に印加された電界によって走行し、超格子
からなるキャリア増倍層に注入されるが、光がキャリア
増倍層側から入射されるためにキャリア増倍層の近傍で
多くの電子が生成され、キャリア増倍層に達するまでの
走行距離が短くなり、さらに応答速度が速くなる。また
、光吸収層を薄くすることができるため、動作電圧を低
くすることができる。
基板の反対側の素子の上端に光反射膜を設け、かつ光吸
収層の厚さを１．５μｍ以下と薄くした構成の本発明の
ＡＰＤにおいては、入射光は、基板側の光入射用窓から
入射され、基板と超格子キャリア増倍層を透過した後、
エネルギーバンドギャップの小さい光吸収層で吸収され
る。光吸収層の厚さは薄いため、全ての光が吸収されず
にＩｎＰ基板の反対側に設けた電極まで透過する光子が
あるが、光反射層を兼ねた電極によって反射され、光吸
収層に戻される。従って、光吸収層の実効的な厚さが２
倍になり、殆ど全ての光子が吸収される。これらの光の
吸収によって電子と正孔の対を生成し、このうちの電子
が光吸収層内に印加された電界によって走行し、超格子
からなるキャリア増倍層に注入されるが、光がキャリア
増倍層側から入射されるためにキャリア増倍層の近傍で
多くの電子が生成され、キャリア増倍層に達するまでの
走行距離が短くなり、さらに応答速度が速くなる。また
、光吸収層を薄くすることができるため、動作電圧を低
くすることができる。
さらに、本発明のプレーナ形のＡＰＤでは、メサ形のよ
うに高電界が印加されるｐｎ接合が外部に露出していな
いので、信頼性が高い利点がある。
うに高電界が印加されるｐｎ接合が外部に露出していな
いので、信頼性が高い利点がある。
［実施例］
実施例 １
第１図（ａ）は、本発明の第１の実施例のメサ形超格子
ＡＰＤの断面図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡＰ
Ｄのキャリア増倍層のエネルギーバンドを示す図である
。第１図（ａ）において、】はｎ＋形１ｎＰ基板、２は
ｎ＋形ＩｎＰバッファ層、３はノンドープＩｎａ、＊＊
Ａ１ｅ、ｎ５ＡＳ （厚さ３００人） ／ Ｉ ！’１
ｅ、ａ Ｇ ａ、、、Ａ Ｓａ、ｍ Ｐ ＊、４ （厚
さ２５０人）超格子からなる厚さ１μｍの超格子キャリ
ア増倍層、４は不純物密度８ ＸＩＯｌｃｍ−’、厚さ
１００Ａのｐ形Ｉ −ｎ ＠ 、 Ｉ ａ Ｇ ａ ＠
、ａ ｖ Ａ Ｓ層、５は不純物密度２ ＸＩＯ”ｃ
ｍ−”、厚さ１μｍのｐ形Ｉｎ、、５ｅＧａ０．５２Ａ
ｓ層、６は不純物密度２ Ｘ １０” ｃｍ−”（また
はＩ ＸＩＯ”ｃｍ−”） 、厚さ５００Ａ （または
１００人）のｐ形Ｉ ｎ００．、Ｇ ａ、、４．Ａ ｓ
層、７は不純物密度Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−”、厚さ０．５
μｍのｐ形ＩｎＰ層、８は不純物密度１×１０″″ｃｍ
−”、厚さ３００人のｐ形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ０．
５２ Ａ ｓ層、９はＡｕＧｅＮｉのオーミック電極、
１０はＡｕＺｎＮｉのオーミック電極、１１は光入射用
窓である。また、第１図（ａ）の左側の図は各層での電
界強度を示す。
ＡＰＤの断面図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡＰ
Ｄのキャリア増倍層のエネルギーバンドを示す図である
。第１図（ａ）において、】はｎ＋形１ｎＰ基板、２は
ｎ＋形ＩｎＰバッファ層、３はノンドープＩｎａ、＊＊
Ａ１ｅ、ｎ５ＡＳ （厚さ３００人） ／ Ｉ ！’１
ｅ、ａ Ｇ ａ、、、Ａ Ｓａ、ｍ Ｐ ＊、４ （厚
さ２５０人）超格子からなる厚さ１μｍの超格子キャリ
ア増倍層、４は不純物密度８ ＸＩＯｌｃｍ−’、厚さ
１００Ａのｐ形Ｉ −ｎ ＠ 、 Ｉ ａ Ｇ ａ ＠
、ａ ｖ Ａ Ｓ層、５は不純物密度２ ＸＩＯ”ｃ
ｍ−”、厚さ１μｍのｐ形Ｉｎ、、５ｅＧａ０．５２Ａ
ｓ層、６は不純物密度２ Ｘ １０” ｃｍ−”（また
はＩ ＸＩＯ”ｃｍ−”） 、厚さ５００Ａ （または
１００人）のｐ形Ｉ ｎ００．、Ｇ ａ、、４．Ａ ｓ
層、７は不純物密度Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−”、厚さ０．５
μｍのｐ形ＩｎＰ層、８は不純物密度１×１０″″ｃｍ
−”、厚さ３００人のｐ形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ０．
５２ Ａ ｓ層、９はＡｕＧｅＮｉのオーミック電極、
１０はＡｕＺｎＮｉのオーミック電極、１１は光入射用
窓である。また、第１図（ａ）の左側の図は各層での電
界強度を示す。
超格子キャリア増倍層３に大きな電界が印加され、この
層でアバランシェ増倍が起こる。また、電界強度はｐ形
１ ｎ０．５２Ｃ；ａ０．５２Ａｓ層４の電界強度調整
層内で弱められ、光吸収層５の電界は、超格子キャリア
増倍層３のそれに比べて十分小さいため、ここでのアバ
ランシェ増倍やトンネル電流は抑圧される。電界は高不
純物密度のＩ ｎＧａＡｓ層６で消滅し、ＩｎＰ層７は
ＩｎＧａＡｓ層６の表面再結合を防止するための層であ
り、ＩｎＧａＡｓ層８はオーミック電極のための層であ
る。
層でアバランシェ増倍が起こる。また、電界強度はｐ形
１ ｎ０．５２Ｃ；ａ０．５２Ａｓ層４の電界強度調整
層内で弱められ、光吸収層５の電界は、超格子キャリア
増倍層３のそれに比べて十分小さいため、ここでのアバ
ランシェ増倍やトンネル電流は抑圧される。電界は高不
純物密度のＩ ｎＧａＡｓ層６で消滅し、ＩｎＰ層７は
ＩｎＧａＡｓ層６の表面再結合を防止するための層であ
り、ＩｎＧａＡｓ層８はオーミック電極のための層であ
る。
ＡｕＺｎＮｉ電極１０はオーミック電極であるとともに
、光の反射層を兼ねる。
、光の反射層を兼ねる。
入射光は、ＡｕＧｅＮｉ電極９にあけられた光入射用窓
１１から入射され、ＩｎＰ基板１とＩｎＰバッファ層２
と超格子キャリア増倍層３を透過した後、エネルギーバ
ンドギャップの小さいＩｎＧａＡｓ層４．５．６で吸収
される。このＩｎＧａ−Ａｓ層厚は、光の吸収係数αａ
ｖの逆数（約２μｍ）よりも小さいために、全ての光が
吸収されずに電極１０まで透過する光子があるが、これ
は電極１０によって反射され、光吸収層５に戻される。
１１から入射され、ＩｎＰ基板１とＩｎＰバッファ層２
と超格子キャリア増倍層３を透過した後、エネルギーバ
ンドギャップの小さいＩｎＧａＡｓ層４．５．６で吸収
される。このＩｎＧａ−Ａｓ層厚は、光の吸収係数αａ
ｖの逆数（約２μｍ）よりも小さいために、全ての光が
吸収されずに電極１０まで透過する光子があるが、これ
は電極１０によって反射され、光吸収層５に戻される。
従って、光吸収層５の実効的な厚さが２倍になり、殆ど
全ての光子が吸収される。これらの光の吸収によって電
子と正孔の対を生成し、このうちの電子がＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ層５内に印加された電界によって走行し、超
格子キャリア増倍層３に注入されるが、光がキャリア増
倍層３側から入射されるためにキャリア増倍層３の近傍
で多くの電子が生成され、キャリア増倍層３に達するま
での走行距離が短くなり、応答速度が速くなる。
全ての光子が吸収される。これらの光の吸収によって電
子と正孔の対を生成し、このうちの電子がＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ層５内に印加された電界によって走行し、超
格子キャリア増倍層３に注入されるが、光がキャリア増
倍層３側から入射されるためにキャリア増倍層３の近傍
で多くの電子が生成され、キャリア増倍層３に達するま
での走行距離が短くなり、応答速度が速くなる。
第１図（ｂ）は、本実施例のＡＰＤの超格子キャリア増
倍層のバンド図であるが、障壁層をＩｎＡｌＡｓとし、
井戸層をＩ ｎＧａＡｓ Ｐとする超格子においては伝
導帯の不連続を大きくしたまま、価電子帯の不連続をゼ
ロにすることができる。従って、電子は伝導帯の不連続
によって運動エネルギーを得て、イオン化率が大きくな
る一方、有効質量が大きいため、ヘテロ界面でパイルア
ップしゃすい正孔はスムーズに走行できる。
倍層のバンド図であるが、障壁層をＩｎＡｌＡｓとし、
井戸層をＩ ｎＧａＡｓ Ｐとする超格子においては伝
導帯の不連続を大きくしたまま、価電子帯の不連続をゼ
ロにすることができる。従って、電子は伝導帯の不連続
によって運動エネルギーを得て、イオン化率が大きくな
る一方、有効質量が大きいため、ヘテロ界面でパイルア
ップしゃすい正孔はスムーズに走行できる。
従って、この構造のＡＰＤにおいては、光吸収層５が薄
くても量子効率は低下せず、また電子のイオン化率が正
孔のイオン化率に比べて十分大きい超格子ＡＰＤにおい
て、増倍雑音を小さくするために必須の条件である純粋
の電子注入による増倍を実現できる。
くても量子効率は低下せず、また電子のイオン化率が正
孔のイオン化率に比べて十分大きい超格子ＡＰＤにおい
て、増倍雑音を小さくするために必須の条件である純粋
の電子注入による増倍を実現できる。
また、ＡＰＤに印加された電圧は超格子キャリア増倍層
３と光吸収層のうち不純物密度の低いＩ ｎ０．５２Ｇ
ａ、、４．Ａ ｓ層５に電界を印加するのに使われる
。従って、本実施例では動作電圧を小さくすることがで
きる。
３と光吸収層のうち不純物密度の低いＩ ｎ０．５２Ｇ
ａ、、４．Ａ ｓ層５に電界を印加するのに使われる
。従って、本実施例では動作電圧を小さくすることがで
きる。
実施例 ２
第２図（ａ）は、本発明の第２の実施例のプレーナ形超
格子ＡＰＤの断面図である。２１はｐ＋形ＩｎＰ基板、
２２はｐ′″形ＩｎＰバッファ層、２３はＢｅ不純物密
度２ Ｘ １０” ｃｍ−”、厚さ２μｍのｐ形１ ｎ
０．５２Ｇ ａ６．４．Ａ ｓ光吸収層、２４はＢｅ不
純物密度８ Ｘ １０” ｃｍ−’、厚さ１００人のｐ
形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ、、４． Ａ ｓ電界強度調
整層、２５はＢｅ不純物密度２ Ｘ １０” ｃｍ−’
のｐ形１ ｎ。、、。
格子ＡＰＤの断面図である。２１はｐ＋形ＩｎＰ基板、
２２はｐ′″形ＩｎＰバッファ層、２３はＢｅ不純物密
度２ Ｘ １０” ｃｍ−”、厚さ２μｍのｐ形１ ｎ
０．５２Ｇ ａ６．４．Ａ ｓ光吸収層、２４はＢｅ不
純物密度８ Ｘ １０” ｃｍ−’、厚さ１００人のｐ
形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ、、４． Ａ ｓ電界強度調
整層、２５はＢｅ不純物密度２ Ｘ １０” ｃｍ−’
のｐ形１ ｎ。、、。
Ａ Ｉ ０．５２Ａ ｓ （厚さ３００人） ／ Ｉ
ｎ ａ 、 ｓ Ｇ ａａ’、 ｍＡｓ、、、Ｐ。８
．（厚さ２５０人）超格子からなる厚さ１μｍの超格子
キャリア増倍層、２６はＢｅ不純物密度２ Ｘ １０”
ｃｍ””、厚さ０．３μｍのｐ形ＩｎＰ層、２７は不
純物密度１×ｌＯ°＠ｃｍ”’のＳｉイオン注入した高
濃度ｎ形ＩｎＰ領域、２８はＢｅ不純物密度Ｉ Ｘ １
０．’ ” ｃｍ−”の８１イオン注入した低濃度ｎ形
ＩｎＰ領域、２９はＡｕＧｅＮｉのオーミック電極、２
０はＡｕＺｎＮｉのオーミック電極である。
ｎ ａ 、 ｓ Ｇ ａａ’、 ｍＡｓ、、、Ｐ。８
．（厚さ２５０人）超格子からなる厚さ１μｍの超格子
キャリア増倍層、２６はＢｅ不純物密度２ Ｘ １０”
ｃｍ””、厚さ０．３μｍのｐ形ＩｎＰ層、２７は不
純物密度１×ｌＯ°＠ｃｍ”’のＳｉイオン注入した高
濃度ｎ形ＩｎＰ領域、２８はＢｅ不純物密度Ｉ Ｘ １
０．’ ” ｃｍ−”の８１イオン注入した低濃度ｎ形
ＩｎＰ領域、２９はＡｕＧｅＮｉのオーミック電極、２
０はＡｕＺｎＮｉのオーミック電極である。
第２図（ｂ）は、本実施例のＡＰＤを上から見た図であ
り、円形の高濃度Ｓ１注入領域２７の周囲を円周状に低
濃度Ｓｔ注入領域２８が取り囲み、リング状の電極２９
が両頭域にまたがって存在する。４１はポンディングパ
ッドである。
り、円形の高濃度Ｓ１注入領域２７の周囲を円周状に低
濃度Ｓｔ注入領域２８が取り囲み、リング状の電極２９
が両頭域にまたがって存在する。４１はポンディングパ
ッドである。
第２図（ａ）の左側の図は各層での電界強度分布を示す
。図の実線は高濃度Ｓｉ注入領域２７下の各層の電界強
度分布を示し、破線は高濃度Ｓ１注入領域２７の周辺部
の低濃度Ｓｉ注入領域２８下の各層の電界強度分布を示
す。実線の電界強度分布では、超格子キャリア増倍層２
５に大きな電界が印加され、この層でアバランシェ増倍
が起こる。また、電界強度はｐ形Ｉ ｎ。、、、Ｇ ａ
、、４．Ａ ｓ電界強度調整層２４内で弱められ、光吸
収層２３の電界は超格子キャリア増倍層２５の電界に比
べて十分小さいため、この光吸収層２３でのアバランシ
ェ増倍やトンネル電流は抑圧される。信号光はリング状
の電極２９の内側から入射し、光吸収層２３に達する。
。図の実線は高濃度Ｓｉ注入領域２７下の各層の電界強
度分布を示し、破線は高濃度Ｓ１注入領域２７の周辺部
の低濃度Ｓｉ注入領域２８下の各層の電界強度分布を示
す。実線の電界強度分布では、超格子キャリア増倍層２
５に大きな電界が印加され、この層でアバランシェ増倍
が起こる。また、電界強度はｐ形Ｉ ｎ。、、、Ｇ ａ
、、４．Ａ ｓ電界強度調整層２４内で弱められ、光吸
収層２３の電界は超格子キャリア増倍層２５の電界に比
べて十分小さいため、この光吸収層２３でのアバランシ
ェ増倍やトンネル電流は抑圧される。信号光はリング状
の電極２９の内側から入射し、光吸収層２３に達する。
この光吸収層２３で生成された電子はこの層にかかった
電界によって超格子キャリア増倍層２５に向かって掃引
され、この層でキャリアの増倍を誘発する。従って、電
界強度分布が実線で示された高濃度Ｓｉ注入領域２７に
光が入射された場合には大きな光電流がアバランシェ増
幅によって流れる。
電界によって超格子キャリア増倍層２５に向かって掃引
され、この層でキャリアの増倍を誘発する。従って、電
界強度分布が実線で示された高濃度Ｓｉ注入領域２７に
光が入射された場合には大きな光電流がアバランシェ増
幅によって流れる。
一方、破線の電界強度分布では、Ｓｔの注入量が少ない
ために、低濃度Ｓｉ注入領域２８も空乏化され、印加電
圧がこの低濃度Ｓｔ注入領域２８と超格子キャリア増倍
層２５に分割されるために、超格子キャリア増倍層２５
の電界強度は実線で示された高濃度Ｓｔ注入領域２７下
の超格子キャリア増倍層２５に比べて小さい。さらに、
第２図（ａ）に示すように、低濃度Ｓｉ注入領域２８下
において、ｐｎ接合はエネルギーバンドギャップの大き
いＩｎＰ層中の低濃度Ｓｉ注入領域２８とｎ形ＩｎＰ領
域２６との間に形成されているので、最大の電界はここ
に印加される。一般に、アバランシェ降伏電界はエネル
ギーバンドギャップの大きな半導体はど大きい。以上の
ことにより、低濃度Ｓｊ注入領域２８のアバランシェ降
伏電圧は高濃度Ｓｉ注入領域２７のそれに比べて十分大
きい。
ために、低濃度Ｓｉ注入領域２８も空乏化され、印加電
圧がこの低濃度Ｓｔ注入領域２８と超格子キャリア増倍
層２５に分割されるために、超格子キャリア増倍層２５
の電界強度は実線で示された高濃度Ｓｔ注入領域２７下
の超格子キャリア増倍層２５に比べて小さい。さらに、
第２図（ａ）に示すように、低濃度Ｓｉ注入領域２８下
において、ｐｎ接合はエネルギーバンドギャップの大き
いＩｎＰ層中の低濃度Ｓｉ注入領域２８とｎ形ＩｎＰ領
域２６との間に形成されているので、最大の電界はここ
に印加される。一般に、アバランシェ降伏電界はエネル
ギーバンドギャップの大きな半導体はど大きい。以上の
ことにより、低濃度Ｓｊ注入領域２８のアバランシェ降
伏電圧は高濃度Ｓｉ注入領域２７のそれに比べて十分大
きい。
従って、この低濃度Ｓｉ注入領域２８はエツジブレーク
ダウンを抑制し、ガードリングの役割を果たす。なお、
前記ガードリング接合を省略した構造も考えられるが、
エツジブレークダウンが発生し易く、実用上は前記ガー
ドリング接合を設ける方がよい。
ダウンを抑制し、ガードリングの役割を果たす。なお、
前記ガードリング接合を省略した構造も考えられるが、
エツジブレークダウンが発生し易く、実用上は前記ガー
ドリング接合を設ける方がよい。
実施例 ３
第３図（ａ）は、本発明の第３の実施例のプレーナ形超
格子ＡＰＤの断面図である。３１はｐ９形ＩｎＰ基板、
３２はｐ１形ＩｎＰバッファ層、５３はＢｅ不純物密度
２ Ｘ １０” ｃｍ””、厚さ１μｍのｐ形１ ｎ。
格子ＡＰＤの断面図である。３１はｐ９形ＩｎＰ基板、
３２はｐ１形ＩｎＰバッファ層、５３はＢｅ不純物密度
２ Ｘ １０” ｃｍ””、厚さ１μｍのｐ形１ ｎ。
、、、 Ｇ ａ。、、、 Ａ ｓ光吸収層、３４はＢｅ
不純物密度８ Ｘ １０” ｃｍ−”、厚さ１００人の
ｐ形Ｉ ｎ０．５２ Ｃ； ａ０．５２ Ａ ｓ電界強
度調整層、３５はＢｅ不純物密度２ Ｘ １０” ｃｍ
−”のｐ形Ｉ ｎ０．５３ＡＩ。、４．Ａｓ （厚さ
３００人） ／ Ｉ ｎ、０．Ｇ ａ、、＊Ａ”ａ、ｍ
Ｐａ、ａ （厚さ２５０人）超格子からなる厚さ１μ
ｍの超格子キャリア増倍層、３６はＢｅ不純物密度２
Ｘ １０’ ” Ｃｍ−”、厚さ０．３μｍのｐ形Ｉｎ
Ｐ層、３７は不純物密度Ｉ Ｘ １０’ ” ｃｍ−”
のＳｉイオン注入した高濃度ｎ形ＩｎＰ領域、３８はＢ
ｅ不純物密度１． Ｘ １０″ｃｍ−″のＳｉイオン注
入した低濃度ｎ形ＩｎＰ領域、３９はＡｕＧｅＮｉのオ
ーミック電極、３０はＡｕＺｎＮｉのオーミック電極、
５１はＡｕＺｎＮｉ電極３ｏにあけられた光入射用窓で
ある。また、ＡｕＧｅＮｉ電極３９は光反射膜を兼ねる
。
不純物密度８ Ｘ １０” ｃｍ−”、厚さ１００人の
ｐ形Ｉ ｎ０．５２ Ｃ； ａ０．５２ Ａ ｓ電界強
度調整層、３５はＢｅ不純物密度２ Ｘ １０” ｃｍ
−”のｐ形Ｉ ｎ０．５３ＡＩ。、４．Ａｓ （厚さ
３００人） ／ Ｉ ｎ、０．Ｇ ａ、、＊Ａ”ａ、ｍ
Ｐａ、ａ （厚さ２５０人）超格子からなる厚さ１μ
ｍの超格子キャリア増倍層、３６はＢｅ不純物密度２
Ｘ １０’ ” Ｃｍ−”、厚さ０．３μｍのｐ形Ｉｎ
Ｐ層、３７は不純物密度Ｉ Ｘ １０’ ” ｃｍ−”
のＳｉイオン注入した高濃度ｎ形ＩｎＰ領域、３８はＢ
ｅ不純物密度１． Ｘ １０″ｃｍ−″のＳｉイオン注
入した低濃度ｎ形ＩｎＰ領域、３９はＡｕＧｅＮｉのオ
ーミック電極、３０はＡｕＺｎＮｉのオーミック電極、
５１はＡｕＺｎＮｉ電極３ｏにあけられた光入射用窓で
ある。また、ＡｕＧｅＮｉ電極３９は光反射膜を兼ねる
。
第３図（ｂ）は、本実施例のＡＰＤを上から見た図であ
り、円形の高濃度Ｓｉ注入領域３７の周囲を円周状に低
濃度Ｓ１注入領域３８が取り囲み、光反射膜を兼ねた円
状の電極３９が面領域にまたがって存在する。
り、円形の高濃度Ｓｉ注入領域３７の周囲を円周状に低
濃度Ｓ１注入領域３８が取り囲み、光反射膜を兼ねた円
状の電極３９が面領域にまたがって存在する。
第３図（ａ）の左側の図は各層での電界強度分布を示す
。図の実線は高濃度Ｓｉ注入領域３７下の各層の電界強
度分布を示し、破線は高濃度Ｓｉ注入領域３７の周辺部
の低濃度Ｓｉ注入領域３８下の各層の電界強度分布を示
す。実線の電界強度分布では、超格子キャリア増倍層３
５に大きな電界が印加され、この層でアバランシェ増倍
が起こる。また、電界強度はｐ形１ ｎｏ、、、Ｇ ａ
０．５２Ａ ｓ電界強度調整層３４内で弱められ、光吸
収層３３の電界は超格子キャリア増倍層３５の電界に比
べて十分小さいため、この光吸収層３３でのアバランシ
ェ増倍やトンネル電流は抑圧される。信号光は光入射用
窓５１から入射し、光吸収層３３に達する。この光吸収
層３３で生成された電子はこの層にかかった電界によっ
て超格子キャリア増倍層３５に向かって掃引され、この
層でキャリアの増倍を続発する。従って、電界強度分布
が実線で示された高濃度Ｓｉ注入領域３７に光が入射さ
れた場合には大きな光電流がアバランシェ増幅によって
流れる。
。図の実線は高濃度Ｓｉ注入領域３７下の各層の電界強
度分布を示し、破線は高濃度Ｓｉ注入領域３７の周辺部
の低濃度Ｓｉ注入領域３８下の各層の電界強度分布を示
す。実線の電界強度分布では、超格子キャリア増倍層３
５に大きな電界が印加され、この層でアバランシェ増倍
が起こる。また、電界強度はｐ形１ ｎｏ、、、Ｇ ａ
０．５２Ａ ｓ電界強度調整層３４内で弱められ、光吸
収層３３の電界は超格子キャリア増倍層３５の電界に比
べて十分小さいため、この光吸収層３３でのアバランシ
ェ増倍やトンネル電流は抑圧される。信号光は光入射用
窓５１から入射し、光吸収層３３に達する。この光吸収
層３３で生成された電子はこの層にかかった電界によっ
て超格子キャリア増倍層３５に向かって掃引され、この
層でキャリアの増倍を続発する。従って、電界強度分布
が実線で示された高濃度Ｓｉ注入領域３７に光が入射さ
れた場合には大きな光電流がアバランシェ増幅によって
流れる。
一方、破線の電界強度分布では、Ｓｉの注入量が少ない
ために、低濃度Ｓｉ注入領域３８も空乏化され、印加電
圧がこの低濃度Ｓ１注入領域３８と超格子キャリア増倍
層３５に分割されるために、超格子キャリア増倍層３５
の電界強度は実線で示された高濃度Ｓｉ注入領域３７下
の超格子キャリア増倍層３５に比べて小さい。さらに、
第３図（ａ）に示すように、低濃度Ｓｉ注入領域３８下
において、ｐｎ接合はエネルギーバンドギャップの大き
いＩｎＰ層中の低濃度Ｓ１注入領域３８とｎ形ＩｎＰ領
域３６との間に形成されているので、最大の電界はここ
に印加される。一般に、アバランシェ降伏電界はエネル
ギーバンドギャップの大きな半導体はど大きい。以上の
ことにより、低濃度Ｓｉ注入領域３８のアバランシェ降
伏電圧は高濃度Ｓｉ注入領域３７のそれに比べて十分大
きい。
ために、低濃度Ｓｉ注入領域３８も空乏化され、印加電
圧がこの低濃度Ｓ１注入領域３８と超格子キャリア増倍
層３５に分割されるために、超格子キャリア増倍層３５
の電界強度は実線で示された高濃度Ｓｉ注入領域３７下
の超格子キャリア増倍層３５に比べて小さい。さらに、
第３図（ａ）に示すように、低濃度Ｓｉ注入領域３８下
において、ｐｎ接合はエネルギーバンドギャップの大き
いＩｎＰ層中の低濃度Ｓ１注入領域３８とｎ形ＩｎＰ領
域３６との間に形成されているので、最大の電界はここ
に印加される。一般に、アバランシェ降伏電界はエネル
ギーバンドギャップの大きな半導体はど大きい。以上の
ことにより、低濃度Ｓｉ注入領域３８のアバランシェ降
伏電圧は高濃度Ｓｉ注入領域３７のそれに比べて十分大
きい。
従って、この低濃度Ｓｉ注入領域３８はエツジブレーク
ダウンを抑制し、ガードリングの役割を果たす。
ダウンを抑制し、ガードリングの役割を果たす。
本実施例では、入射光は、光入射用窓５１から入射され
、ＩｎＰ基板３１とＪｎＰバッファ層３層表２過したの
ち、エネルギーバンドギャップの小さいＩ ｎＧａＡｓ
光吸収層３３で吸収される。
、ＩｎＰ基板３１とＪｎＰバッファ層３層表２過したの
ち、エネルギーバンドギャップの小さいＩ ｎＧａＡｓ
光吸収層３３で吸収される。
このＩ ｎＧａＡｓ光吸収層３３の厚さは光の吸収係数
α、Ｖの逆数（約２μｍ）よりも小さいために全ての光
が吸収されずに、超格子キャリア増倍層３５に達するが
、このエネルギーバンドギャップは信号光の光子エネル
ギーよりも大きいために透明であり、さらにＩｎＰ層３
６．３７を透過し、光反射膜３９で反射されて光吸収層
３３に戻される。従って、光吸収層の実効的な厚さが２
倍になり殆ど全ての光子が吸収される。これらの光の吸
収によって電子と正孔の対を生成し、このうちの電子が
Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層３３内に印加された電界によっ
て走行し、超格子キャリア増倍層３５に注入される。従
って、量子効率を低下させることなく光吸収層を薄くで
きるために、キャリアの走行時間を短縮でき、かつ動作
電圧を小さくできる。
α、Ｖの逆数（約２μｍ）よりも小さいために全ての光
が吸収されずに、超格子キャリア増倍層３５に達するが
、このエネルギーバンドギャップは信号光の光子エネル
ギーよりも大きいために透明であり、さらにＩｎＰ層３
６．３７を透過し、光反射膜３９で反射されて光吸収層
３３に戻される。従って、光吸収層の実効的な厚さが２
倍になり殆ど全ての光子が吸収される。これらの光の吸
収によって電子と正孔の対を生成し、このうちの電子が
Ｉ ｎＧａＡｓ光吸収層３３内に印加された電界によっ
て走行し、超格子キャリア増倍層３５に注入される。従
って、量子効率を低下させることなく光吸収層を薄くで
きるために、キャリアの走行時間を短縮でき、かつ動作
電圧を小さくできる。
さらに、本実施例のＡＰＤでは、第３図（ｂ）に示すよ
うに電極３９が第２の実施例のようにリング状でなく、
Ｓｔ注入領域のほぼ全体を覆うため、ポンディングパッ
ドを別に設ける必要がなく、素子の面積を小さくでき、
素子容量が小さい。このことによっても高速応答が可能
になる。なお、前記ガードリング接合を省略した構造も
考えられるが、エツジブレークダウンが発生し易く、実
用上は前記ガードリング接合を設ける方がよい。
うに電極３９が第２の実施例のようにリング状でなく、
Ｓｔ注入領域のほぼ全体を覆うため、ポンディングパッ
ドを別に設ける必要がなく、素子の面積を小さくでき、
素子容量が小さい。このことによっても高速応答が可能
になる。なお、前記ガードリング接合を省略した構造も
考えられるが、エツジブレークダウンが発生し易く、実
用上は前記ガードリング接合を設ける方がよい。
以上、本考案を実施例に基づき具体的に説明したが、本
考案は、前記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。
考案は、前記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。
〔発明の効果］
以上説明したように本発明のＡＰＤでは、高速低暗電流
化が雑音特性を犠牲にすることなく実現でき、かつ動作
電圧を低減できる。また、このようなＡＰＤにおいて信
頼性の高いプレーナ形素子を提供できる。
化が雑音特性を犠牲にすることなく実現でき、かつ動作
電圧を低減できる。また、このようなＡＰＤにおいて信
頼性の高いプレーナ形素子を提供できる。
第１図（ａ）は、本発明の第１の実施例の超格子ＡＰＤ
の断面構造図、第１図（ｂ）は、本実施例の素子の超格
子キャリア増倍層のエネルギーバンド図、第２図（ａ）
は、本発明の第２の実施例のプ１ノーナ形超格子ＡＰＤ
の断面図、第２図（ｂ）は、第２の実施例のＡＰＤを上
から見た図、第３図（ａ）は、本発明の第３の実施例の
プレーナ形超格子ＡＰＤの断面図、第３図（ｂ）は、第
３の実施例のＡＰＤを上から見た図、第４図（ａ）は、
従来の超格子ＡＰＤの断面構造図、第４図（ｂ）は、従
来の素子の超格子キャリア増倍層のエネルギーバンド図
である。 １・・・ｎ＋形ＩｎＰ基板 ２・・・ｎ＋形ＩｎＰバッファ層 ３・・・ノンドープＩ ｎ、、、Ａ Ｉ ０．５２ Ａ
ｓ ／Ｉ ｎ、、、Ｇ ａ、１Ａ ｓ、、、 Ｐ、、
４超格子キャリア増倍層 ４ ・ｐ形１ ｎ ０１．、 Ｇ ａ 、 、 ４．
Ａ ｓ層５−１）形Ｉ ｎ０．５２Ｇ ａ０．５２Ａ
ｓ層６ ・ｐ形Ｉ ｎ０．５２Ｇ ａ、−、Ａ ｓ７・
・・ｐ形１ｎＰ層 ８ ・ｐ形１ ｎ０．５２Ｇ ａ０．５２Ａ ｓ層９・
・・ＡｕＧｅＮｉオーミック電極 １０・・・ＡｕＺｎＮｉオーミック電極１１・・・光入
射用窓 １２−・・ノンドープＩ ｎｓ、５ｓＧａｓ、ａｖＡｓ
／Ｉ ｎ０．５２Ａ Ｉ０．５２Ａ ｓ超格子３ ・ｐ
形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ０．５２ Ａ ｓ層■・・・
ｐ＋形ＩｎＰ基板 ２・・・ｐ＋形ＩｎＰバッファ層 ３−ｐ形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ０．５２ Ａ ｓ電界
強度調整層５−ｐ形１ ｎ０．５２ Ａ Ｉ ０．５２
Ａ Ｓ ／Ｉ ｎ、、、Ｇ ａ、、、Ａ ｓ、、、
Ｐ、、、超格子キャリア増倍層 ２６・・・ｐ形１ｎＰ層 ２７・・・高濃度ｎ形１ｎＰ領域 ２８・・・低濃度ｎ形１ｎＰ領域 ２９・・・ＡｕＧｅＮｉオーミック電極０・・・ＡｕＺ
ｎＮｉオーミック電極 １・・・ポンディングパッド ■・・・ｐ＋形ＩｎＰ基板 ２・・・ｐ＋形ＩｎＰバッファ層 ３ ・ｐ形Ｉ ｎ０．５２Ｇａ０．５２Ａ ｓ光吸収層
４ ・ｐ形Ｉ ｎ０．５２Ｇａ０．５２Ａｓ電界強度調
整層５ ・ｐ形Ｉ ｎ０．５２Ａ Ｉ 、、４．Ａ ｓ
／Ｉ ｎ、、、Ｇ ａ、、、Ａ ｓ、、、 Ｐ、、、
超格子キャリア増倍層 ６・・・ｐ形ＩｎＰ層 ７・・・高濃度ｎ形ＩｎＰ領域 ８・・・低濃度ｎ形ＩｎＰ領域 ９・・・ＡｕＧｅＮ ｉオーミック電極０・・・ＡｕＺ
ｎＮｉオーミック電極 １・・・光入射用窓 特許出願人 日本電信電話株式会社 ４１−−−ホ”ンデ謙ンク゛バ・γト
の断面構造図、第１図（ｂ）は、本実施例の素子の超格
子キャリア増倍層のエネルギーバンド図、第２図（ａ）
は、本発明の第２の実施例のプ１ノーナ形超格子ＡＰＤ
の断面図、第２図（ｂ）は、第２の実施例のＡＰＤを上
から見た図、第３図（ａ）は、本発明の第３の実施例の
プレーナ形超格子ＡＰＤの断面図、第３図（ｂ）は、第
３の実施例のＡＰＤを上から見た図、第４図（ａ）は、
従来の超格子ＡＰＤの断面構造図、第４図（ｂ）は、従
来の素子の超格子キャリア増倍層のエネルギーバンド図
である。 １・・・ｎ＋形ＩｎＰ基板 ２・・・ｎ＋形ＩｎＰバッファ層 ３・・・ノンドープＩ ｎ、、、Ａ Ｉ ０．５２ Ａ
ｓ ／Ｉ ｎ、、、Ｇ ａ、１Ａ ｓ、、、 Ｐ、、
４超格子キャリア増倍層 ４ ・ｐ形１ ｎ ０１．、 Ｇ ａ 、 、 ４．
Ａ ｓ層５−１）形Ｉ ｎ０．５２Ｇ ａ０．５２Ａ
ｓ層６ ・ｐ形Ｉ ｎ０．５２Ｇ ａ、−、Ａ ｓ７・
・・ｐ形１ｎＰ層 ８ ・ｐ形１ ｎ０．５２Ｇ ａ０．５２Ａ ｓ層９・
・・ＡｕＧｅＮｉオーミック電極 １０・・・ＡｕＺｎＮｉオーミック電極１１・・・光入
射用窓 １２−・・ノンドープＩ ｎｓ、５ｓＧａｓ、ａｖＡｓ
／Ｉ ｎ０．５２Ａ Ｉ０．５２Ａ ｓ超格子３ ・ｐ
形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ０．５２ Ａ ｓ層■・・・
ｐ＋形ＩｎＰ基板 ２・・・ｐ＋形ＩｎＰバッファ層 ３−ｐ形Ｉ ｎ０．５２ Ｇ ａ０．５２ Ａ ｓ電界
強度調整層５−ｐ形１ ｎ０．５２ Ａ Ｉ ０．５２
Ａ Ｓ ／Ｉ ｎ、、、Ｇ ａ、、、Ａ ｓ、、、
Ｐ、、、超格子キャリア増倍層 ２６・・・ｐ形１ｎＰ層 ２７・・・高濃度ｎ形１ｎＰ領域 ２８・・・低濃度ｎ形１ｎＰ領域 ２９・・・ＡｕＧｅＮｉオーミック電極０・・・ＡｕＺ
ｎＮｉオーミック電極 １・・・ポンディングパッド ■・・・ｐ＋形ＩｎＰ基板 ２・・・ｐ＋形ＩｎＰバッファ層 ３ ・ｐ形Ｉ ｎ０．５２Ｇａ０．５２Ａ ｓ光吸収層
４ ・ｐ形Ｉ ｎ０．５２Ｇａ０．５２Ａｓ電界強度調
整層５ ・ｐ形Ｉ ｎ０．５２Ａ Ｉ 、、４．Ａ ｓ
／Ｉ ｎ、、、Ｇ ａ、、、Ａ ｓ、、、 Ｐ、、、
超格子キャリア増倍層 ６・・・ｐ形ＩｎＰ層 ７・・・高濃度ｎ形ＩｎＰ領域 ８・・・低濃度ｎ形ＩｎＰ領域 ９・・・ＡｕＧｅＮ ｉオーミック電極０・・・ＡｕＺ
ｎＮｉオーミック電極 １・・・光入射用窓 特許出願人 日本電信電話株式会社 ４１−−−ホ”ンデ謙ンク゛バ・γト
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ｎ形ＩｎＰ基板上にＩｎ＿０＿．＿５＿２Ａｌ＿０
＿．４＿６Ａｓ層と、これに格子整合し、エネルギーバ
ンドギャップが０．８ｅＶよりも大きいＩｎ＿ｘＧａ＿
１＿−＿ｘＡｓ＿ｙＰ＿１＿−＿ｙ層を交互に積層した
超格子からなるキャリア増倍層を有し、前記ＩｎＰ基板
とは反対側に厚さが１．５μｍ以下のｐ形Ｉｎ＿０＿．
＿５＿３Ｇａ＿０＿．＿４＿７Ａｓからなる光吸収層を
有し、前記ＩｎＰ基板に設けた電極に光入射用窓があけ
られ、かつ前記ＩｎＰ基板とは反対側の素子の上端に光
反射膜を有することを特徴とするアバランシェフォトダ
イオード。 ２、ｐ形ＩｎＰ基板上にｐ形Ｉｎ＿０＿．＿５＿２Ａｌ
＿０＿．＿４＿６Ａｓ層と、これに格子整合し、エネル
ギーバンドギャップが０．８ｅＶよりも大きいｐ形Ｉｎ
＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ＿ｙＰ＿１＿−＿ｙ層を交互
に積層した超格子からなるキャリア増倍層を有し、前記
ＩｎＰ基板と前記超格子キャリア増倍層の間にｐ形Ｉｎ
＿０＿．＿５＿３Ｇａ＿０＿．＿４＿７Ａｓからなる光
吸収層を有し、前記光吸収層と反対側に前記超格子キャ
リア増倍層と接してｐ形ＩｎＰ層を有し、かつ前記ｐ形
ＩｎＰ層の一部にｎ形不純物を拡散またはイオン注入に
よって導入したｎ形領域を有することを特徴とするアバ
ランシェフオトダイオード。 ３、請求項２記載のアバランシェフォトダイオードにお
いて、前記ＩｎＰ基板に設けた電極に光入射用窓があけ
られ、前記光吸収層の厚さが１．５μｍ以下であり、前
記ＩｎＰ基板とは反対側の素子の上端に光反射膜を有す
ることを特徴とするアバランシェフォトダイオード。 ４、請求項２または３記載のアバランシェフオトダイオ
ードにおいて、前記ｎ形領域の周囲に、前記ｎ形領域よ
りもｎ形不純物密度の小さい領域をさらに有することを
特徴とするアバランシェフォトダイオード。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2243755A JP2934294B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-09-17 | アバランシェフォトダイオード |
| US07/680,960 US5075750A (en) | 1990-04-09 | 1991-04-05 | Avalanche photodiode with adjacent layers |
| EP91250090A EP0451931B1 (en) | 1990-04-09 | 1991-04-08 | Avalanche photodiode |
| DE69120849T DE69120849T2 (de) | 1990-04-09 | 1991-04-08 | Lawinenphotodiode |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9212490 | 1990-04-09 | ||
| JP2-92124 | 1990-04-09 | ||
| JP2243755A JP2934294B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-09-17 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0410478A true JPH0410478A (ja) | 1992-01-14 |
| JP2934294B2 JP2934294B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=26433604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2243755A Expired - Lifetime JP2934294B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-09-17 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5075750A (ja) |
| EP (1) | EP0451931B1 (ja) |
| JP (1) | JP2934294B2 (ja) |
| DE (1) | DE69120849T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0675549A1 (en) * | 1994-03-22 | 1995-10-04 | Nec Corporation | Superlattice avalanche photodiode |
| US5988223A (en) * | 1996-11-28 | 1999-11-23 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Sealing plug device for a refrigerant compressor |
| US6053350A (en) * | 1998-01-21 | 2000-04-25 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Sealing plug device for a refrigerant compressor |
| US6104047A (en) * | 1998-07-03 | 2000-08-15 | Nec Corporation | Avalanche photodiode with thin built-in depletion region |
| JP2021522694A (ja) * | 2018-07-11 | 2021-08-30 | エスアールアイ インターナショナルＳＲＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ | 過剰雑音の出ない線形モードアバランシェフォトダイオード |
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|---|---|---|---|---|
| JP2682253B2 (ja) * | 1991-04-18 | 1997-11-26 | 三菱電機株式会社 | アバランシェ・フォトダイオード及びその製造方法 |
| JP2601231B2 (ja) * | 1994-12-22 | 1997-04-16 | 日本電気株式会社 | 超格子アバランシェフォトダイオード |
| US5610416A (en) * | 1995-02-16 | 1997-03-11 | Hewlett-Packard Company | Avalanche photodiode with epitaxially regrown guard rings |
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| JP2001332759A (ja) | 2000-03-16 | 2001-11-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アバランシェフォトダイオード |
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| JP4755854B2 (ja) * | 2005-06-02 | 2011-08-24 | 富士通株式会社 | 半導体受光装置及びその製造方法 |
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| US7755023B1 (en) | 2007-10-09 | 2010-07-13 | Hrl Laboratories, Llc | Electronically tunable and reconfigurable hyperspectral photon detector |
| WO2009139936A2 (en) * | 2008-02-14 | 2009-11-19 | California Institute Of Technology | Single photon detection with self-quenching multiplication |
| US9671489B1 (en) * | 2013-03-15 | 2017-06-06 | Epitaxial Technologies, Llc | Electromagnetic sensor and optical detection system for detecting angle of arrival of optical signals and a range of a source of the optical signals |
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| JPS6016474A (ja) * | 1983-07-08 | 1985-01-28 | Nec Corp | ヘテロ多重接合型光検出器 |
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1990
- 1990-09-17 JP JP2243755A patent/JP2934294B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-04-05 US US07/680,960 patent/US5075750A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-04-08 DE DE69120849T patent/DE69120849T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-04-08 EP EP91250090A patent/EP0451931B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| EP0451931B1 (en) | 1996-07-17 |
| US5075750A (en) | 1991-12-24 |
| DE69120849T2 (de) | 1997-02-27 |
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| JP2934294B2 (ja) | 1999-08-16 |
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