JPH04263477A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH04263477A JPH04263477A JP3024234A JP2423491A JPH04263477A JP H04263477 A JPH04263477 A JP H04263477A JP 3024234 A JP3024234 A JP 3024234A JP 2423491 A JP2423491 A JP 2423491A JP H04263477 A JPH04263477 A JP H04263477A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体受光素子に関し
、特に低雑音及び高速応答に優れたアバランシェ増倍型
半導体受光素子に関する。
、特に低雑音及び高速応答に優れたアバランシェ増倍型
半導体受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、波長１〜１．６μｍ帯の光通信用
半導体受光素子としてＩｎＰ基板上に格子整合したＩｎ
０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層（以下ＩｎＧａＡｓ層と略
記する）を光吸収層とするＰＩＮ型半導体受光素子、ア
バランシェ増倍型半導体受光素子等が知られている。特
にこの中で、アバランシェ増倍型半導体受光素子は、ア
バランシェ増倍作用による内部利得効果及び高速応答性
を有する点で長距離光通信用として実用化されている。
半導体受光素子としてＩｎＰ基板上に格子整合したＩｎ
０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層（以下ＩｎＧａＡｓ層と略
記する）を光吸収層とするＰＩＮ型半導体受光素子、ア
バランシェ増倍型半導体受光素子等が知られている。特
にこの中で、アバランシェ増倍型半導体受光素子は、ア
バランシェ増倍作用による内部利得効果及び高速応答性
を有する点で長距離光通信用として実用化されている。
【０００３】アバランシェ増倍型半導体受光素子におい
て、素子特性上重要な因子である雑音・高速性に関して
は、増倍過程でのキァリアのランダムなイオン化プロセ
スに支配されている事が知られている。
て、素子特性上重要な因子である雑音・高速性に関して
は、増倍過程でのキァリアのランダムなイオン化プロセ
スに支配されている事が知られている。
【０００４】つまり、イオン化プロセス自体がショット
雑音として振る舞う為に更に増倍立上がり時間に関与し
てくる為に、理想的にはイオン化プロセスが長続きしな
い事が望ましい。この為には、増倍領域での電子イオン
化率（α）と正孔イオン化率（β）に差がある事が望ま
しい。ところが、イオン化率比（α／βもしくはβ／α
）は材料物性上決定されるもので、前述したＩｎＧａＡ
ｓ系アバランシェ増倍型半導体受光素子においてはＩｎ
Ｐ層を増倍領域として用いる為に高々β／α〜２程度で
ある。これは低雑音特性を有するＳｉ系の素子α／β〜
２０と大きな違いがあり、より低雑音及び高速応答特性
を実現する為に画期的な材料技術が要求されていた。
雑音として振る舞う為に更に増倍立上がり時間に関与し
てくる為に、理想的にはイオン化プロセスが長続きしな
い事が望ましい。この為には、増倍領域での電子イオン
化率（α）と正孔イオン化率（β）に差がある事が望ま
しい。ところが、イオン化率比（α／βもしくはβ／α
）は材料物性上決定されるもので、前述したＩｎＧａＡ
ｓ系アバランシェ増倍型半導体受光素子においてはＩｎ
Ｐ層を増倍領域として用いる為に高々β／α〜２程度で
ある。これは低雑音特性を有するＳｉ系の素子α／β〜
２０と大きな違いがあり、より低雑音及び高速応答特性
を実現する為に画期的な材料技術が要求されていた。
【０００５】これに対し、エフ・カパソ（Ｆ．Ｃａｐａ
ｓｓｏ）等はバンド不連続量の大きな超格子構造をアバ
ランシェ増倍層に適用する事によって、イオン化率比が
人工的に制御できる事を提案している（アプライド・フ
ィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ
．），４０，ｐｐ３８−４０（１９８２））。その基本
原理は、光吸収により発生した光キァリアが超格子アバ
ランシェ増倍層を走行する事により、超格子界面での大
きなバンド不連続をエネルギーとして取り込み、一方の
キャリアのイオン化を促進する事にある。
ｓｓｏ）等はバンド不連続量の大きな超格子構造をアバ
ランシェ増倍層に適用する事によって、イオン化率比が
人工的に制御できる事を提案している（アプライド・フ
ィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ
．），４０，ｐｐ３８−４０（１９８２））。その基本
原理は、光吸収により発生した光キァリアが超格子アバ
ランシェ増倍層を走行する事により、超格子界面での大
きなバンド不連続をエネルギーとして取り込み、一方の
キャリアのイオン化を促進する事にある。
【０００６】光通信用波長帯（１〜１．６μｍ帯）に対
しては、ケー・ブレナン（Ｋ．Ｂｒｅｎｎａｎ）がＩｎ
０．５３Ａｌ０．４７Ａｓ（以下ＩｎＡｌＡｓと略記す
る）／ＩｎＧａＡｓ超格子系を増倍層として適用する事
によって、その大きな伝導帯不連続を利用してイオン化
率比が増大（α／β〜２０）する事を理論的に推測して
いる（アイイーイーイー・トランザクション・オン・エ
レクトロン・デバイスズ（ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＤ−３３，ｐｐ１５
０２−１５１０（１９８６））。実験的には牧田等によ
ってイオン化率比α／βが１００以上に誇張される事を
（プロシーディング１６回インターナショナルシンポジ
ウムＰｒｏｃ．１６ｔｈ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ＧａＡ
ｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ
ｓ，Ｋａｒｕｉｚａｗａ，ｐｐ−９０７（１９８９））
、更に香川等によって光吸収層とアバランシェ増倍層を
分離したより実用的な構造において基本性能が報告され
ている（アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７，ｐｐ１８９５−１８
９７（１９９０））。この様なＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａ
Ａｓ超格子系を用いたアバランシェ増倍型受光素子は、
従来のＩｎＧａＡｓ系アバランシェ増倍型受光素子を特
性の上ではるかにしのぐデバイスとして大きな期待が寄
せられている。
しては、ケー・ブレナン（Ｋ．Ｂｒｅｎｎａｎ）がＩｎ
０．５３Ａｌ０．４７Ａｓ（以下ＩｎＡｌＡｓと略記す
る）／ＩｎＧａＡｓ超格子系を増倍層として適用する事
によって、その大きな伝導帯不連続を利用してイオン化
率比が増大（α／β〜２０）する事を理論的に推測して
いる（アイイーイーイー・トランザクション・オン・エ
レクトロン・デバイスズ（ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＤ−３３，ｐｐ１５
０２−１５１０（１９８６））。実験的には牧田等によ
ってイオン化率比α／βが１００以上に誇張される事を
（プロシーディング１６回インターナショナルシンポジ
ウムＰｒｏｃ．１６ｔｈ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ＧａＡ
ｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ
ｓ，Ｋａｒｕｉｚａｗａ，ｐｐ−９０７（１９８９））
、更に香川等によって光吸収層とアバランシェ増倍層を
分離したより実用的な構造において基本性能が報告され
ている（アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５７，ｐｐ１８９５−１８
９７（１９９０））。この様なＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａ
Ａｓ超格子系を用いたアバランシェ増倍型受光素子は、
従来のＩｎＧａＡｓ系アバランシェ増倍型受光素子を特
性の上ではるかにしのぐデバイスとして大きな期待が寄
せられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図５には、前述の香川
等が提案している光吸収層、超格子増倍層を分離したア
バランシェ増倍型半導体受光素子の素子構造図と電界強
度の分布図を示す。基本的には、ＩｎＰ基板１上にｎ−
−ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍層４、ｐ＋
−ＩｎＧａＡｓ電界降下層５、ｐ− −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層６からなる。
等が提案している光吸収層、超格子増倍層を分離したア
バランシェ増倍型半導体受光素子の素子構造図と電界強
度の分布図を示す。基本的には、ＩｎＰ基板１上にｎ−
−ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍層４、ｐ＋
−ＩｎＧａＡｓ電界降下層５、ｐ− −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層６からなる。
【０００８】動作原理は、光吸収層において発生した光
キャリアの中で電子はドリフト電界によって電界降下層
、アバランシェ増倍層に走行、注入される。ここでＩｎ
ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子構造は伝導帯不連続が大
きい材料系である為、走行する電子はヘテロ界面で実効
的にエネルギーを獲得しイオン化に到達しやすくなる。 それ故、電子のイオン化が誇張される良好な増倍現象を
得る事が可能となる。
キャリアの中で電子はドリフト電界によって電界降下層
、アバランシェ増倍層に走行、注入される。ここでＩｎ
ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子構造は伝導帯不連続が大
きい材料系である為、走行する電子はヘテロ界面で実効
的にエネルギーを獲得しイオン化に到達しやすくなる。 それ故、電子のイオン化が誇張される良好な増倍現象を
得る事が可能となる。
【０００９】ところで、本素子構造において良好な特性
を得る上で重要な事に適切なる電界強度分布の実現があ
る。図５の電圧印加時の電界強度分布を示す、図のよう
にｐ＋ ＩｎＧａＡｓ電界降下層を介してアバランシェ
増倍層側にはイオン化を起こすに十分な強電界（〜４０
０ＫＶ／ｃｍ）を、光吸収層側にはキャリアをドリフト
させ且つトンネル降伏を防ぐに十分な低電界（＜１５０
ＫＶ／ｃｍ）を保証する必要がある。それ故ｐ＋ −電
界降下層の層厚、キャリア濃度を厳密に制御する必要が
ある。
を得る上で重要な事に適切なる電界強度分布の実現があ
る。図５の電圧印加時の電界強度分布を示す、図のよう
にｐ＋ ＩｎＧａＡｓ電界降下層を介してアバランシェ
増倍層側にはイオン化を起こすに十分な強電界（〜４０
０ＫＶ／ｃｍ）を、光吸収層側にはキャリアをドリフト
させ且つトンネル降伏を防ぐに十分な低電界（＜１５０
ＫＶ／ｃｍ）を保証する必要がある。それ故ｐ＋ −電
界降下層の層厚、キャリア濃度を厳密に制御する必要が
ある。
【００１０】ところで、該記構造を香川等は分子線エピ
タキシー法（ＭＢＥ法）を用いて得ており、Ｐ＋ 電界
降下層はＢｅドープした厚さ１４０Ａ（オングストロー
ム）のＩｎＧａＡｓ層を適用している。しかしながら、
結晶成長過程中にＢｅが自己拡散を生じる事は必然であ
り、その為ｐ＋ 領域は実効的に拡がる。特に前記構造
では電界降下領域及び光吸収領域は比較的狭いエネルギ
ーギャップ（〜０．７８ｅｖ）を有するＩｎＧａＡｓ層
であり、トンネル降伏を生じ易くなる事が予想される。 この為、該記構造においては、自己拡散を抑制しない限
り超格子増倍層でのアバランシェ降伏と自己拡散によっ
て誘発されるトンネル降伏との競合状態になる事は明白
で、イオン化率比の実効的な劣化による素子特性上の問
題がある。
タキシー法（ＭＢＥ法）を用いて得ており、Ｐ＋ 電界
降下層はＢｅドープした厚さ１４０Ａ（オングストロー
ム）のＩｎＧａＡｓ層を適用している。しかしながら、
結晶成長過程中にＢｅが自己拡散を生じる事は必然であ
り、その為ｐ＋ 領域は実効的に拡がる。特に前記構造
では電界降下領域及び光吸収領域は比較的狭いエネルギ
ーギャップ（〜０．７８ｅｖ）を有するＩｎＧａＡｓ層
であり、トンネル降伏を生じ易くなる事が予想される。 この為、該記構造においては、自己拡散を抑制しない限
り超格子増倍層でのアバランシェ降伏と自己拡散によっ
て誘発されるトンネル降伏との競合状態になる事は明白
で、イオン化率比の実効的な劣化による素子特性上の問
題がある。
【００１１】本発明の目的は、これらの課題を解決して
、低雑音・高速応答特性を有するアバランシェ増倍型半
導体受光素子を提供する事にある。
、低雑音・高速応答特性を有するアバランシェ増倍型半
導体受光素子を提供する事にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体受光素子
は、半導体基板上に超格子構造からなるアバランシェ増
倍層、電界降下層、光吸収層、光窓層を基本構造とする
半導体受光素子において、前記電界降下層を形成する半
導体層のエネルギーギャップＥＤ が少なくとも光吸収
層を形成する半導体層のエネルギーギャップＥＡ より
も大きい事を特徴としている。
は、半導体基板上に超格子構造からなるアバランシェ増
倍層、電界降下層、光吸収層、光窓層を基本構造とする
半導体受光素子において、前記電界降下層を形成する半
導体層のエネルギーギャップＥＤ が少なくとも光吸収
層を形成する半導体層のエネルギーギャップＥＡ より
も大きい事を特徴としている。
【００１３】更に前述の半導体受光素子において、前記
電界降下層を形成する半導体層の電子親和力をχＤ 、
光吸収層を形成する半導体層の電子親和力をχＡ とし
た場合、 χＡ ＞χＩ１＞χＤ の関係を満たす様な電子親和力χＩ１を有する半導体層
を、その境界領域に介在させる事を特徴としている。
電界降下層を形成する半導体層の電子親和力をχＤ 、
光吸収層を形成する半導体層の電子親和力をχＡ とし
た場合、 χＡ ＞χＩ１＞χＤ の関係を満たす様な電子親和力χＩ１を有する半導体層
を、その境界領域に介在させる事を特徴としている。
【００１４】更に、前記光吸収層を形成する半導体層の
エネルギーギャップをＥＡ ，電子親和力をχＡ 、光
窓層を形成する半導体層のエネルギーギャップをＥＷ
、電子親和力をχＷ とした場合、 χＡ ＋ＥＡ ＜χＩ２＋ＥＩ２＜χＷ＋ＥＷの関係を
満たす様なエネルギーギャップＥＩ２、電子親和力χＩ
２を有する半導体層を、その境界領域に介在させる事を
特徴としている。
エネルギーギャップをＥＡ ，電子親和力をχＡ 、光
窓層を形成する半導体層のエネルギーギャップをＥＷ
、電子親和力をχＷ とした場合、 χＡ ＋ＥＡ ＜χＩ２＋ＥＩ２＜χＷ＋ＥＷの関係を
満たす様なエネルギーギャップＥＩ２、電子親和力χＩ
２を有する半導体層を、その境界領域に介在させる事を
特徴としている。
【００１５】
【作用】従来例の構造で指摘した様にＰドーピング種は
必然的に自己拡散を生じる。それ故、自己拡散を生じて
もトンネル降伏に至りにくい素子構造が必要となる。そ
の為本発明では、ｐ＋ 電界降下領域を従来構造のＩｎ
ＧａＡｓよりもより大きなエネルギーギャップを有する
半導体層中に形成している。ここでトンネル降伏電圧は
エネルギーギャップの３／２乗に比例する事が一般的に
知られており、ｐ＋ 電界降下領域のエネルギーギャッ
プワイド化はトンネル降伏を抑制する有効な構造となる
。
必然的に自己拡散を生じる。それ故、自己拡散を生じて
もトンネル降伏に至りにくい素子構造が必要となる。そ
の為本発明では、ｐ＋ 電界降下領域を従来構造のＩｎ
ＧａＡｓよりもより大きなエネルギーギャップを有する
半導体層中に形成している。ここでトンネル降伏電圧は
エネルギーギャップの３／２乗に比例する事が一般的に
知られており、ｐ＋ 電界降下領域のエネルギーギャッ
プワイド化はトンネル降伏を抑制する有効な構造となる
。
【００１６】上述のｐ＋ ワイドギャップ電界降下層を
もつ構造はトンネル降伏を抑制する上では効果的である
が、キャリアの走行過程においては改善の余地がある。
もつ構造はトンネル降伏を抑制する上では効果的である
が、キャリアの走行過程においては改善の余地がある。
【００１７】図２（ｂ）には請求項１の発明の場合のバ
ンド構造図（第１の例）を示す。光吸収層で発生した、
電子がドリフト電界により走行する場合、ワイドエネル
ギーギャップのｐ＋ 電界降下層の存在故に、伝導帯不
連続△Ｅｃ を感じる。この為、電子のエネルギー損失
、パイルアップの原因となり、高速応答を得る上で問題
となる。そこで本発明では図２（ａ）に示す様に、電界
降下層と光吸収層の境界に請求項２を満たす様な中間層
１を介在させる構造を付加している。本構造により、電
子は伝導帯不連続を段階的（△Ｅｃ１、ΔＥｃ２）に感
じるので、エネルギー損失、パイルアップ等が緩和され
る事になる。従って低雑音化と応答の高速化を同時に達
成できる。
ンド構造図（第１の例）を示す。光吸収層で発生した、
電子がドリフト電界により走行する場合、ワイドエネル
ギーギャップのｐ＋ 電界降下層の存在故に、伝導帯不
連続△Ｅｃ を感じる。この為、電子のエネルギー損失
、パイルアップの原因となり、高速応答を得る上で問題
となる。そこで本発明では図２（ａ）に示す様に、電界
降下層と光吸収層の境界に請求項２を満たす様な中間層
１を介在させる構造を付加している。本構造により、電
子は伝導帯不連続を段階的（△Ｅｃ１、ΔＥｃ２）に感
じるので、エネルギー損失、パイルアップ等が緩和され
る事になる。従って低雑音化と応答の高速化を同時に達
成できる。
【００１８】更に、光吸収、増倍等によって発生した正
孔が走行する場合においても、図２（ｂ）に示す様に光
窓層と光吸収層での価電子帯不連続△Ｅｖ を感じる事
になる。特に素子構造上光窓層と光吸収層のヘテロ界面
には高電界を印加できない事、また正孔質量の大きい事
もあって、正孔のエネルギー損失、パイルアップは深刻
となり高速応答を得る上で問題となる。それ故、本発明
では図２（ａ）に示す様に、光窓層と光吸収層の境界に
請求項３を満たす様な中間層２を介在させる構造を付加
している。本構造により、正孔は価電子帯不連続を段階
的（△Ｅｖ１、△Ｅｖ２）に感じるので、エネルギー損
失、パイルアップ等が緩和される事になる。
孔が走行する場合においても、図２（ｂ）に示す様に光
窓層と光吸収層での価電子帯不連続△Ｅｖ を感じる事
になる。特に素子構造上光窓層と光吸収層のヘテロ界面
には高電界を印加できない事、また正孔質量の大きい事
もあって、正孔のエネルギー損失、パイルアップは深刻
となり高速応答を得る上で問題となる。それ故、本発明
では図２（ａ）に示す様に、光窓層と光吸収層の境界に
請求項３を満たす様な中間層２を介在させる構造を付加
している。本構造により、正孔は価電子帯不連続を段階
的（△Ｅｖ１、△Ｅｖ２）に感じるので、エネルギー損
失、パイルアップ等が緩和される事になる。
【００１９】中間層１と２をあわせて用いることにより
電子、正孔両方のエネルギー損失、パイルアップを同時
に改善でき、より一層高速応答が達成できる。（図２（
ａ）の第２の例の場合）
電子、正孔両方のエネルギー損失、パイルアップを同時
に改善でき、より一層高速応答が達成できる。（図２（
ａ）の第２の例の場合）
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例により
形成されたアバランシェ増倍型半導体受光素子の構造断
面図である。
して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例により
形成されたアバランシェ増倍型半導体受光素子の構造断
面図である。
【００２０】この実施例の構造は、ｎ−ＩｎＰ基板１上
に、ｎ−バッファ層（ｎ＋ −ＩｎＰバッファ層１１、
ｎ＋ −ＩｎＧａＡｓバッファ層に、ｎ＋ −ＩｎＡｌ
Ａｓバッファ層１３）、ｎ− −ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓ超格子増倍層１４、ｐ＋ −ＩｎＰ電界降下層１
５、ｐ− −ＩｎＧａＡｓＰ中間層１６、ｐ− −Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層１７、ｐ− −ＩｎＧａＡｓＰ中間層
１８、ｐ＋ −ＩｎＰ光窓層１９、ｐ＋ −ＩｎＧａＡ
ｓ電極コンタクト層２０を順次に積層している。ここで
光吸収によって発生した電子は電界降下層アバランシェ
増倍層に走行、注入され、超格子構造の大きな伝導帯不
連続を利用して電子のイオン化がエンハンスされる事に
なる。よってイオン化率比の大きな良好な特性を有する
アバランシェ増倍型半導体受光素子が得られる。
に、ｎ−バッファ層（ｎ＋ −ＩｎＰバッファ層１１、
ｎ＋ −ＩｎＧａＡｓバッファ層に、ｎ＋ −ＩｎＡｌ
Ａｓバッファ層１３）、ｎ− −ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓ超格子増倍層１４、ｐ＋ −ＩｎＰ電界降下層１
５、ｐ− −ＩｎＧａＡｓＰ中間層１６、ｐ− −Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層１７、ｐ− −ＩｎＧａＡｓＰ中間層
１８、ｐ＋ −ＩｎＰ光窓層１９、ｐ＋ −ＩｎＧａＡ
ｓ電極コンタクト層２０を順次に積層している。ここで
光吸収によって発生した電子は電界降下層アバランシェ
増倍層に走行、注入され、超格子構造の大きな伝導帯不
連続を利用して電子のイオン化がエンハンスされる事に
なる。よってイオン化率比の大きな良好な特性を有する
アバランシェ増倍型半導体受光素子が得られる。
【００２１】ここで、ｐ＋ −ＩｎＰ電界降下層１５は
請求項１に基づくもので、キャリア濃度、層厚を制御す
る事により〜２５０ｋＶ／ｃｍの電界降下量になる様に
している。Ｐドーピング種はＢｅ、Ｚｎ、Ｍｇ等の各材
料が可能で、重要な事は自己拡散を生じても電界降下層
外に拡散しない様に、具体的には電界降下層の一部領域
のみにＰドーピングを行っている。これにより、自己拡
散によるトンネル降伏の影響が緩和される。本実施例で
はワイドエネルギーギャップを有する半導体層としてＩ
ｎＰ（エネルギーギャップ１．３５ｅｖ）を用いている
が、他にＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌ
Ａｓでも同様の効果を有する事は明白である。
請求項１に基づくもので、キャリア濃度、層厚を制御す
る事により〜２５０ｋＶ／ｃｍの電界降下量になる様に
している。Ｐドーピング種はＢｅ、Ｚｎ、Ｍｇ等の各材
料が可能で、重要な事は自己拡散を生じても電界降下層
外に拡散しない様に、具体的には電界降下層の一部領域
のみにＰドーピングを行っている。これにより、自己拡
散によるトンネル降伏の影響が緩和される。本実施例で
はワイドエネルギーギャップを有する半導体層としてＩ
ｎＰ（エネルギーギャップ１．３５ｅｖ）を用いている
が、他にＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌ
Ａｓでも同様の効果を有する事は明白である。
【００２２】また、ｐ− −ＩｎＧａＡｓＰ中間層１６
と１８は、それぞれ本発明請求項２、３に従うもので、
作用の項で説明したように電子、正孔のエネルギー損失
、パイルアップが緩和される。よって、より高速応答動
作が可能である。本実施例ではこの中間層の材料系とし
てＩｎＧａＡｓＰ半導体層を用いているが、他にＩｎＡ
ｌＧａＡｓでも同様の効果を有する事は明白である。
と１８は、それぞれ本発明請求項２、３に従うもので、
作用の項で説明したように電子、正孔のエネルギー損失
、パイルアップが緩和される。よって、より高速応答動
作が可能である。本実施例ではこの中間層の材料系とし
てＩｎＧａＡｓＰ半導体層を用いているが、他にＩｎＡ
ｌＧａＡｓでも同様の効果を有する事は明白である。
【００２３】図３には、本実施例による素子の増倍、暗
電流特性を従来例（図５の素子）と併せて示している。 これより、電界降下層のワイドエネルギーギャップ化に
よりトンネル電流成分が抑制された為、全体的に低暗流
化がはかられている。この為、増倍率Ｍ＝１０での暗電
流レベルは従来素子に比較して１／５に低減され、且つ
最大増倍率Ｍｍａｘ 〜３０と従来素子に比較して増加
している。
電流特性を従来例（図５の素子）と併せて示している。 これより、電界降下層のワイドエネルギーギャップ化に
よりトンネル電流成分が抑制された為、全体的に低暗流
化がはかられている。この為、増倍率Ｍ＝１０での暗電
流レベルは従来素子に比較して１／５に低減され、且つ
最大増倍率Ｍｍａｘ 〜３０と従来素子に比較して増加
している。
【００２４】図４は、本発明素子の増倍率と遮断周波数
の測定例を示している。ここで図中の（ａ）は図１に示
す実施例による素子の場合（第２の例）、（ｂ）はｐ−
−ＩｎＧａＡｓＰ中間層１６、１８がない、構造によ
る素子の場合（第１の例）である。これより明らかに、
中間層の挿入により遮断周波数の改善がなされ、高速応
答化が図られている事が判る。
の測定例を示している。ここで図中の（ａ）は図１に示
す実施例による素子の場合（第２の例）、（ｂ）はｐ−
−ＩｎＧａＡｓＰ中間層１６、１８がない、構造によ
る素子の場合（第１の例）である。これより明らかに、
中間層の挿入により遮断周波数の改善がなされ、高速応
答化が図られている事が判る。
【００２５】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明による超格子
構造を増倍層としたアバランシェ増倍型半導体受光素子
は、電界降下層のワイドエネルギーギャップ化あるいは
光吸収層と電界降下層、光窓層の間に中間層を各々介在
させる事によって、良好な増倍特性を得る事が可能にな
る。それ故低雑音、高速応答性に優れたアバランシェ増
倍型半導体受光素子が得られる。
構造を増倍層としたアバランシェ増倍型半導体受光素子
は、電界降下層のワイドエネルギーギャップ化あるいは
光吸収層と電界降下層、光窓層の間に中間層を各々介在
させる事によって、良好な増倍特性を得る事が可能にな
る。それ故低雑音、高速応答性に優れたアバランシェ増
倍型半導体受光素子が得られる。
【図１】本発明の一実施例である超格子アバランシェ増
倍型受光素子の断面図と電界温度を説明する図である。
倍型受光素子の断面図と電界温度を説明する図である。
【図２】本発明の実施例の素子のバンド構造を示す図で
ある。
ある。
【図３】本発明による素子と従来例による素子の暗電流
と増倍特性を示す図である。
と増倍特性を示す図である。
【図４】本発明による素子の増倍率と遮断周波数の関係
を示す図である。
を示す図である。
【図５】従来例の素子の構造断面図と、電界強度を説明
する図である。
する図である。
１ ｎ＋ −ＩｎＰ基板
２ ｎ＋ −ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子バッ
ファ層 ３ ｎ＋ −ＩｎＡｌＡｓバッファ層４ ｎ− −
ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍層５ ｐ＋
−ＩｎＧａＡｓ電界降下層６ ｐ− −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層 ７ ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓ層 ８ ｐ＋ −ＩｎＡｌＡｓ光窓層 ９ ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓ電極コンタクト層１０
入射光 １１ ｎ＋ −ＩｎＰバッファ層 １２ ｎ＋ −ＩｎＧａＡｓバッファ層１３ ｎ＋
−ＩｎＡｌＡｓバッファ層１４ ｎ− −ＩｎＡｌ
Ａｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍層１５ ｐ＋ −Ｉｎ
Ｐ電界降下層 １６ ｐ− −ＩｎＧａＡｓＰ中間層１７ ｐ−
−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１８ ｐ− −ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中間層１９ ｐ＋ −ＩｎＰ光窓層
ファ層 ３ ｎ＋ −ＩｎＡｌＡｓバッファ層４ ｎ− −
ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍層５ ｐ＋
−ＩｎＧａＡｓ電界降下層６ ｐ− −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層 ７ ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓ層 ８ ｐ＋ −ＩｎＡｌＡｓ光窓層 ９ ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓ電極コンタクト層１０
入射光 １１ ｎ＋ −ＩｎＰバッファ層 １２ ｎ＋ −ＩｎＧａＡｓバッファ層１３ ｎ＋
−ＩｎＡｌＡｓバッファ層１４ ｎ− −ＩｎＡｌ
Ａｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍層１５ ｐ＋ −Ｉｎ
Ｐ電界降下層 １６ ｐ− −ＩｎＧａＡｓＰ中間層１７ ｐ−
−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１８ ｐ− −ＩｎＧａＡｓ
Ｐ中間層１９ ｐ＋ −ＩｎＰ光窓層
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に、超格子構造からなる
アバランシェ増倍層と、電界降下層と、光吸収層と、光
窓層とを基本構造とする半導体受光素子において、前記
電界降下層を形成する半導体層のエネルギーギャップＥ
Ｄ が光吸収層を形成する半導体層のエネルギーギャッ
プＥＡ よりも大きい事を特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】 超格子アバランシェ増倍層と電界降下
層と光吸収層と光窓層を少なくとも備えた半導体受光素
子において、前記電界降下層を形成する半導体層の電子
親和力をχＤ 、光吸収層を形成する半導体層の電子親
和力をχＡ とした場合、 χＡ ＞χＩ１＞χＤ の関係を満たす様な電子親和力χＩ１を有する半導体層
を、前記電界降下層と光吸収層との境界領域に介在させ
た事を特徴とする請求項１記載の半導体受光素子。 - 【請求項３】 超格子アバランシェ増倍層と電界降下
層と光吸収層と光窓層を少なくとも備えた半導体受光素
子において、前記光吸収層を形成する半導体層のエネル
ギーギャップをＥＡ 、電子親和力をχＡ ，光窓層を
形成する半導体層のエネルギーギャプをＥＷ 、電子親
和力をχＷ とした場合、 χＡ ＋ＥＡ ＜χＩ２＋ＥＩ２＜χＷ＋ＥＷの関係を
満たす様なエネルギーギャップＥＩ２、電子親和力χＩ
２を有する半導体層を、光吸収層と光窓層との境界領域
に介在させた事を特徴とする請求項１記載の半導体受光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024234A JP2978572B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024234A JP2978572B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04263477A true JPH04263477A (ja) | 1992-09-18 |
| JP2978572B2 JP2978572B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=12132570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3024234A Expired - Lifetime JP2978572B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978572B2 (ja) |
Cited By (5)
| 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 |
| EP0629005A2 (en) * | 1993-06-08 | 1994-12-14 | Nec Corporation | Avalanche photodiode with an improved multiplication layer |
| EP0675549A1 (en) * | 1994-03-22 | 1995-10-04 | Nec Corporation | Superlattice avalanche photodiode |
| JPH088455A (ja) * | 1994-06-21 | 1996-01-12 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| CN101964366A (zh) * | 2010-08-11 | 2011-02-02 | 友达光电股份有限公司 | 光电转换元件 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0290575A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-30 | Hitachi Ltd | 半導体受光素子 |
| JPH02298082A (ja) * | 1989-05-12 | 1990-12-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | アバランシェフォトダイオード |
| JPH04206577A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-28 | Hitachi Ltd | 超格子ａｐｄ |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3024234A patent/JP2978572B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
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| EP0629005A3 (en) * | 1993-06-08 | 1995-08-30 | Nec Corp | Avalanche photodiode with an improved multiplication layer. |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2978572B2 (ja) | 1999-11-15 |
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