JPH0448786A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH0448786A JPH0448786A JP2155444A JP15544490A JPH0448786A JP H0448786 A JPH0448786 A JP H0448786A JP 2155444 A JP2155444 A JP 2155444A JP 15544490 A JP15544490 A JP 15544490A JP H0448786 A JPH0448786 A JP H0448786A
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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］
本発明は半導体受光素子に関し、詳しくはチャープ型の
超格子構造を利用し、広い波長域に対応することができ
、特に半導体基材のエネルギーギャップに相当する光波
長よりも長い波長域において、最大感度および半値全幅
を任意に設計できる半導体受光素子に関する。
超格子構造を利用し、広い波長域に対応することができ
、特に半導体基材のエネルギーギャップに相当する光波
長よりも長い波長域において、最大感度および半値全幅
を任意に設計できる半導体受光素子に関する。
［従来の技術］
最近の光情報処理に必要な光検出デバイスには光波長領
域の広がりとともに高感度化、高速応答性や２次元処理
、信頼性、簡便化の要求を満たす必要性が高くなってい
る。これらの要求に応えるために、かっての光電池、光
電子倍増管等から半導体受光素子等が盛んに用いられる
ようになってきている。
域の広がりとともに高感度化、高速応答性や２次元処理
、信頼性、簡便化の要求を満たす必要性が高くなってい
る。これらの要求に応えるために、かっての光電池、光
電子倍増管等から半導体受光素子等が盛んに用いられる
ようになってきている。
このような半導体受光素子として、Ｇａ ＡｓやｒｎＧ
ａＡｓ等の半導体が提案されている。
ａＡｓ等の半導体が提案されている。
しかしながら、これらの半導体受光素子は第１図の半導
体エネルギーバンド図に示されるように、半導体基材の
有するエネルギーギャップＥｇｌ−Ｅｃ −Ｅｖ （
Ｅｃ 二伝導帯エネルギー Ｅｖ：価電子帯エネルギー
）よりも大きなエネルギー（ｈν＞Ｅｇｌ ・・・
■）、つまり■式で決まる波長よりも短い波長の光につ
いてのみ感度を有する。
体エネルギーバンド図に示されるように、半導体基材の
有するエネルギーギャップＥｇｌ−Ｅｃ −Ｅｖ （
Ｅｃ 二伝導帯エネルギー Ｅｖ：価電子帯エネルギー
）よりも大きなエネルギー（ｈν＞Ｅｇｌ ・・・
■）、つまり■式で決まる波長よりも短い波長の光につ
いてのみ感度を有する。
従って、■式で決まる波長よりも長い波長の光に感度を
有する受光素子を作製するには、より小さなエネルギー
ギャップ（Ｅｇ ２ ＜Ｅｇ ｌ ）の半導体基材を用
意する必要があり、そのために新たに原料、装置、作製
条件や方法を求めなければならない。
有する受光素子を作製するには、より小さなエネルギー
ギャップ（Ｅｇ ２ ＜Ｅｇ ｌ ）の半導体基材を用
意する必要があり、そのために新たに原料、装置、作製
条件や方法を求めなければならない。
また受光素子の最適または最大感度およびその半値全幅
は半導体基材そのものでほぼ決定され設計の自由度が少
ない。
は半導体基材そのものでほぼ決定され設計の自由度が少
ない。
一方、半導体として多重量子井戸型超格子構造を有する
ものが提案されている。ここでいう多重量子井戸型超格
子構造とは、異なる ２種類以上の半導体薄膜を同一周
期で繰り返し積み重ねて得られ、第２図に示されるよう
な量子（ポテンシャル）井戸層（Ｂ）と障壁層（Ａ）を
有する量子井戸構造を持つものである。同図において、
Ｌ２は量子井戸層の巾、ＬＢは障壁層の厚みを示し、ま
たΔＥｃ、ΔＥｖは伝導帯、価電子帯の障壁の高さ（エ
ネルギーバンドの不連続の大きさ）をそれぞれ示す。こ
のような多重量子井戸型超格子構造を有する半導体の一
例として、Ｇａ ＡｓとＡ ｊ ｘＧａ ＋−ｘ Ａｓ
とのへテロ接合からなるものがある。
ものが提案されている。ここでいう多重量子井戸型超格
子構造とは、異なる ２種類以上の半導体薄膜を同一周
期で繰り返し積み重ねて得られ、第２図に示されるよう
な量子（ポテンシャル）井戸層（Ｂ）と障壁層（Ａ）を
有する量子井戸構造を持つものである。同図において、
Ｌ２は量子井戸層の巾、ＬＢは障壁層の厚みを示し、ま
たΔＥｃ、ΔＥｖは伝導帯、価電子帯の障壁の高さ（エ
ネルギーバンドの不連続の大きさ）をそれぞれ示す。こ
のような多重量子井戸型超格子構造を有する半導体の一
例として、Ｇａ ＡｓとＡ ｊ ｘＧａ ＋−ｘ Ａｓ
とのへテロ接合からなるものがある。
この多重量子井戸型超格子構造を有する半導体は、次の
ようにして得られるものである。なお、この半導体にお
いて、ＡＵ １−Ｘ Ｇａ Ｘ ＡｓのＸを０．３とし
たものである。
ようにして得られるものである。なお、この半導体にお
いて、ＡＵ １−Ｘ Ｇａ Ｘ ＡｓのＸを０．３とし
たものである。
すなわち、上述した第２図において、半導体基材Ａ （
ＡＪ Ｏ，３Ｇａ Ｏ，７Ａｓ ）と半導体基材Ｂ（Ｇ
ａ Ａｓ ）とを各々厚みＬＢ（３０ｒｖ以上）、Ｌｚ
（２０ｎ−以下）にとり交互に積層すると、８部に
形成される量子井戸層内に、Ｂ（ＧａＡｓ）部の伝導帯
底より、 ΔＥ、（ｈ２／ ２ｍ” ）（πｎ／Ｌｚ ） ２ （
ｎ−１，２，３，・・・） なるエネルギー位置にサブバンドか形成される。
ＡＪ Ｏ，３Ｇａ Ｏ，７Ａｓ ）と半導体基材Ｂ（Ｇ
ａ Ａｓ ）とを各々厚みＬＢ（３０ｒｖ以上）、Ｌｚ
（２０ｎ−以下）にとり交互に積層すると、８部に
形成される量子井戸層内に、Ｂ（ＧａＡｓ）部の伝導帯
底より、 ΔＥ、（ｈ２／ ２ｍ” ）（πｎ／Ｌｚ ） ２ （
ｎ−１，２，３，・・・） なるエネルギー位置にサブバンドか形成される。
ここでΔＥはエネルギー固有値、ｍ ’Ｉは電子の有効
質量、ｈはブランク定数である。また、量子井戸層の価
電゛子帯側にも同様のサブバンドが形成される。
質量、ｈはブランク定数である。また、量子井戸層の価
電゛子帯側にも同様のサブバンドが形成される。
ｎ＝ １なるレベルΔＥ１に電子が充満した状態、例
えばＧａ Ａｓの量子井戸層にｎ型の不純物ＳＩ。
えばＧａ Ａｓの量子井戸層にｎ型の不純物ＳＩ。
Ｓｎ、Ｓｅ等を１０１１０ｌ６’以上の密度でドーピン
グし、熱エネルギーによりΔＥルベルに多数の電子が存
在する状態において、ΔＥｃ （０，３ｅＶ）よりエ
ネルギーの大きい光（波長く ４μｌ）を照射するとΔ
Ｅルベルの電子はＡの障壁層を超えて励起され自由電子
となり、外部電界を印加することにより電流信号として
とり出せる。
グし、熱エネルギーによりΔＥルベルに多数の電子が存
在する状態において、ΔＥｃ （０，３ｅＶ）よりエ
ネルギーの大きい光（波長く ４μｌ）を照射するとΔ
Ｅルベルの電子はＡの障壁層を超えて励起され自由電子
となり、外部電界を印加することにより電流信号として
とり出せる。
この場合の光吸収係数の光波長スペクトラムが第３図に
示されるピークである。同図に示されるように、１．０
部置未満のＧａ Ａｓの光吸収に加えて、４．０μｍ近
傍に光吸収のピークが見られる。
示されるピークである。同図に示されるように、１．０
部置未満のＧａ Ａｓの光吸収に加えて、４．０μｍ近
傍に光吸収のピークが見られる。
このピーク半値全幅はＧａ Ａｓ量子井戸層が１〜２個
の場合であり、多数の同一量子井戸層を形成することに
より、ピーク半値全幅は狭められ、方ピーク吸収係数は
大きくなり、この波長域で波長分布に広がりを有する入
射光に対する受光素子として用いるには困難である。
の場合であり、多数の同一量子井戸層を形成することに
より、ピーク半値全幅は狭められ、方ピーク吸収係数は
大きくなり、この波長域で波長分布に広がりを有する入
射光に対する受光素子として用いるには困難である。
従って、同一材料を用い、広い波長域に対応可能であり
、半値全幅を任意に設計し得る半導体受光素子が求めら
れている。
、半値全幅を任意に設計し得る半導体受光素子が求めら
れている。
本発明の目的は、広い波長域に対応することができ、特
に半導体基材のエネルギーギャップに相当する光波長（
光吸収端）よりも長い波長域に対応して最大感度および
その半値全幅を任意に設計し得る半導体受光素子を提供
することにある。
に半導体基材のエネルギーギャップに相当する光波長（
光吸収端）よりも長い波長域に対応して最大感度および
その半値全幅を任意に設計し得る半導体受光素子を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段］
本発明の上記目的は２種類以上の半導体基材薄膜を交互
に積層して作成される格子構造を形成する半導体薄膜に
不純物を一定キャリア濃度でド−ピングするか、或いは
該半導体薄膜の組成割合を特定し、かつ各々の半導体薄
膜の膜厚、不純物濃度、組成を順次変化させることによ
り得られるチャープした超格子構造を用いることによっ
て達成される。
に積層して作成される格子構造を形成する半導体薄膜に
不純物を一定キャリア濃度でド−ピングするか、或いは
該半導体薄膜の組成割合を特定し、かつ各々の半導体薄
膜の膜厚、不純物濃度、組成を順次変化させることによ
り得られるチャープした超格子構造を用いることによっ
て達成される。
すなわち本発明の半導体受光素子は、超格子構造を形成
する半導体薄膜に不純物をドーピングすることにより、
障壁層および量子井戸層のエネルギーレベルを調整する
か、或いは該半導体薄膜の組成割合を特定することによ
って、障壁層の高さを調整し、このことにより伝導帯障
壁層の高さに相当するエネルギーギャップを光吸収領域
として使用し、かつチャープした超格子構造を用いたこ
とを特徴とする。
する半導体薄膜に不純物をドーピングすることにより、
障壁層および量子井戸層のエネルギーレベルを調整する
か、或いは該半導体薄膜の組成割合を特定することによ
って、障壁層の高さを調整し、このことにより伝導帯障
壁層の高さに相当するエネルギーギャップを光吸収領域
として使用し、かつチャープした超格子構造を用いたこ
とを特徴とする。
本発明に用いられる超格子構造とは、上述のように異な
る２種類以上の半導体薄膜を積み重ねて得られ、第２図
に示されるような量子井戸層と障壁層を有する多重量子
井戸型構造を持つものである。
る２種類以上の半導体薄膜を積み重ねて得られ、第２図
に示されるような量子井戸層と障壁層を有する多重量子
井戸型構造を持つものである。
この多重量子井戸型超格子構造を構成する半導体基材は
２種以上の半導体によるヘテロ接合である。また、ここ
で用いられる半導体としてはＧａＡｓ 、ＡＪＡｓ ｓ
Ａｊｘ Ｇａ ＋−ｘ Ａｓ Ｓ Ｉｎ ｘＧａ ｒ
−ｘ Ａｓ等の周期律表第■族と第Ｖ族の組合せ、Ｚｎ
Ｓｅ 、Ｚｎ Ｔｅ等の周期律表第■族と第■族の組
合せ、Ｇｅ Ｓｅ 、Ｐｂ Ｔｅ等の周期律表第■族と
第■族の組合せ、もしくはＧｅ、Ｓｉといった単一元素
半導体が挙げられる。
２種以上の半導体によるヘテロ接合である。また、ここ
で用いられる半導体としてはＧａＡｓ 、ＡＪＡｓ ｓ
Ａｊｘ Ｇａ ＋−ｘ Ａｓ Ｓ Ｉｎ ｘＧａ ｒ
−ｘ Ａｓ等の周期律表第■族と第Ｖ族の組合せ、Ｚｎ
Ｓｅ 、Ｚｎ Ｔｅ等の周期律表第■族と第■族の組
合せ、Ｇｅ Ｓｅ 、Ｐｂ Ｔｅ等の周期律表第■族と
第■族の組合せ、もしくはＧｅ、Ｓｉといった単一元素
半導体が挙げられる。
この多重量子井戸型超格子構造は、分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）や有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法によっ
て得られるが、特にガスセルを用いるガスソースＭＢＥ
によって得られたものが皮膜の安定性、均−性等から好
ましく採用される。
（ＭＢＥ）や有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法によっ
て得られるが、特にガスセルを用いるガスソースＭＢＥ
によって得られたものが皮膜の安定性、均−性等から好
ましく採用される。
本発明では、これらの半導体薄膜に一定のキャリア濃度
を有するドナーやアクセプターといった不純物をドーピ
ングし、ｎ型やｐ型とし、障壁層および量子井戸層のエ
ネルギーレベルを調整する。
を有するドナーやアクセプターといった不純物をドーピ
ングし、ｎ型やｐ型とし、障壁層および量子井戸層のエ
ネルギーレベルを調整する。
ｎ型不純物としては、Ｓｉ 、Ｇｅ、Ｓｎ等が例示され
、また、ｐ型不純物としては、Ｂｅ、Ｍｎ。
、また、ｐ型不純物としては、Ｂｅ、Ｍｎ。
Ｇｅ等か例示される。このような半導体薄膜に不純物を
ドーピングするには、上記したＭＢＥ法等による半導体
薄膜の成長時に、不純物を半導体薄膜原料と共に、例え
ば蒸発源セルを用い、これを熱分解したり、電子銃によ
り基板表面に照射することによりなされる。
ドーピングするには、上記したＭＢＥ法等による半導体
薄膜の成長時に、不純物を半導体薄膜原料と共に、例え
ば蒸発源セルを用い、これを熱分解したり、電子銃によ
り基板表面に照射することによりなされる。
このように、半導体薄膜に不純物をドーピングすること
によって、障壁層および量子井戸層のエネルギーレベル
が調整され、伝導帯障壁層の高さに相当するエネルギー
ギャップを光吸収領域とすることができる。
によって、障壁層および量子井戸層のエネルギーレベル
が調整され、伝導帯障壁層の高さに相当するエネルギー
ギャップを光吸収領域とすることができる。
本発明では、上記のように半導体薄膜に一定のキャリア
濃度を有するドナーやアクセプターといった不純物をド
ーピングし、ｎ型やｐ型としないで、半導体薄膜の組成
割合を特定してもよい。この組成割合を特定するには、
上記したＭＢＥ法等による半導体薄膜の成長時に、各半
導体薄膜原料の供給量を制御することによりなされる。
濃度を有するドナーやアクセプターといった不純物をド
ーピングし、ｎ型やｐ型としないで、半導体薄膜の組成
割合を特定してもよい。この組成割合を特定するには、
上記したＭＢＥ法等による半導体薄膜の成長時に、各半
導体薄膜原料の供給量を制御することによりなされる。
このように、半導体薄膜の組成割合を特定することによ
って、障壁層の高さが調整され、伝導帯障壁層の高さに
相当するエネルギーギャップを光吸収領域とすることも
できる。
って、障壁層の高さが調整され、伝導帯障壁層の高さに
相当するエネルギーギャップを光吸収領域とすることも
できる。
そして、本発明では半導体薄膜に不純物をドーピングし
たり、該半導体薄膜の組成割合を特定するのみならず、
チャープ型の超格子構造が用いられる。ここでいうチャ
ープ型の超格子構造とは、上記多重量子井戸型超格子構
造において、障壁層および量子井戸層のエネルギーレベ
ルや量子井戸層の幅や高さを逐次変化させるものである
。このようにチャープ型の超格子とするには、半導体薄
膜の膜厚、不純物濃度、組成割合の少なくともいずれか
を順次変化することによりなされる。すなわち、半導体
薄膜の膜厚を順次変化させることにより、量子井戸層の
幅か逐次変化し、光吸収領域が段階的に変化するため、
広い波長域に対応することができ、最大感度および半値
全幅を任意に設計できる。また、同様に、半導体薄膜の
不純物濃度を順次変化させることにより、障壁層および
量子井戸層のエネルギーレベルが変化し、広い波長域に
対応できることとなる。さらに、半導体薄膜の組成割合
を順次変化させることにより、量子井炉層の高さが変化
し、広い波長域に対応できることとなる。もちろん、こ
れらの半導体薄膜の膜厚、不純物濃度、組成割合をおの
おの組合せて、チャープ型の超格子としてもよい。
たり、該半導体薄膜の組成割合を特定するのみならず、
チャープ型の超格子構造が用いられる。ここでいうチャ
ープ型の超格子構造とは、上記多重量子井戸型超格子構
造において、障壁層および量子井戸層のエネルギーレベ
ルや量子井戸層の幅や高さを逐次変化させるものである
。このようにチャープ型の超格子とするには、半導体薄
膜の膜厚、不純物濃度、組成割合の少なくともいずれか
を順次変化することによりなされる。すなわち、半導体
薄膜の膜厚を順次変化させることにより、量子井戸層の
幅か逐次変化し、光吸収領域が段階的に変化するため、
広い波長域に対応することができ、最大感度および半値
全幅を任意に設計できる。また、同様に、半導体薄膜の
不純物濃度を順次変化させることにより、障壁層および
量子井戸層のエネルギーレベルが変化し、広い波長域に
対応できることとなる。さらに、半導体薄膜の組成割合
を順次変化させることにより、量子井炉層の高さが変化
し、広い波長域に対応できることとなる。もちろん、こ
れらの半導体薄膜の膜厚、不純物濃度、組成割合をおの
おの組合せて、チャープ型の超格子としてもよい。
以下、本発明の内容をさらに詳細に説明する。
先ず、半導体基材Ａ （ＡＪ ｏ、ｉ Ｇａ Ｏ，？
Ａｓ ）と半導体基材Ｂ （Ｇａ Ａｓ ）を用い、多
重量子井戸型超格子構造を製造する際に、半導体基材Ａ
をｐ型不純物を一定のキャリア濃度でドーピングし、一
方、半導体基材Ｂ ｌ：ｌ： ｎ型不純物を一定のキャ
リア濃度でドーピングするのみならず、各半導体薄膜の
膜厚を順次変化させると、量子井戸層の幅が段階的に変
化し、第４図（ａ）に示されるようなエネルギー帯図を
有するチャープ型超格子構造が得られる。
Ａｓ ）と半導体基材Ｂ （Ｇａ Ａｓ ）を用い、多
重量子井戸型超格子構造を製造する際に、半導体基材Ａ
をｐ型不純物を一定のキャリア濃度でドーピングし、一
方、半導体基材Ｂ ｌ：ｌ： ｎ型不純物を一定のキャ
リア濃度でドーピングするのみならず、各半導体薄膜の
膜厚を順次変化させると、量子井戸層の幅が段階的に変
化し、第４図（ａ）に示されるようなエネルギー帯図を
有するチャープ型超格子構造が得られる。
また、半導体薄膜に対する不純物のドーピング量を順次
変化させると、障壁層および量子井戸層のエネルギーレ
ベルが順次変化し、第４図（ｂ）に示されるようなｎ型
不純物を井戸層（Ｂ）にドーピングするに従い、井戸層
のエネルギー準位分布が変化するチャープ型格子構造が
得られる。
変化させると、障壁層および量子井戸層のエネルギーレ
ベルが順次変化し、第４図（ｂ）に示されるようなｎ型
不純物を井戸層（Ｂ）にドーピングするに従い、井戸層
のエネルギー準位分布が変化するチャープ型格子構造が
得られる。
さらに、各半導体薄膜の組成割合、具体的にはＡ Ｊ
１−＊ Ｇ ａ−のｘｌ例えば０．３からを順次変化さ
せると、障壁層の高さか段階的変化し、第４図（Ｃ）に
示されるようなエネルギー帯図を有するチャープ型超格
子構造か得られる。
１−＊ Ｇ ａ−のｘｌ例えば０．３からを順次変化さ
せると、障壁層の高さか段階的変化し、第４図（Ｃ）に
示されるようなエネルギー帯図を有するチャープ型超格
子構造か得られる。
が得られる。
このような第４図（ａ）〜（Ｃ）に示されるエネルギー
帯図を有するチャープ型超格子構造を用いることにより
、第５図（ａ）または（ｂ）に示されるような所定の波
長域に対応した広いピーク半値全幅を有するテーブル状
の光吸収が得られる。
帯図を有するチャープ型超格子構造を用いることにより
、第５図（ａ）または（ｂ）に示されるような所定の波
長域に対応した広いピーク半値全幅を有するテーブル状
の光吸収が得られる。
従って、本発明により半導体基材のエネルギーギャップ
に相当する光波長（光吸収端）よりも長い波長域におい
て、最大感度を有し、かつ広い半値全幅を有する半導体
受光素子が任意に得られる。
に相当する光波長（光吸収端）よりも長い波長域におい
て、最大感度を有し、かつ広い半値全幅を有する半導体
受光素子が任意に得られる。
なお、この説明はＡｊＧａＡｓとＧａ Ａｓの組み合わ
せで説明したが、上述のように他の半導体薄層を組合せ
た超格子構造でも同様である。
せで説明したが、上述のように他の半導体薄層を組合せ
た超格子構造でも同様である。
［実施例］
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例１
ｎ−ＧａＡｓ基板（キャリア密度ｎ −２Ｘ ｔｏ１８
Ｃｓ−’）上に、ｎ−ＧａＡｓエピタキシャル層（キャ
リア密度ｎ ＝ ＬＸ １０”ｃｍ−’、厚み０．２μ
ｍ ）、さらにチャープ型超格子層（Ａ層はＩ）Ａｊｏ
、。
Ｃｓ−’）上に、ｎ−ＧａＡｓエピタキシャル層（キャ
リア密度ｎ ＝ ＬＸ １０”ｃｍ−’、厚み０．２μ
ｍ ）、さらにチャープ型超格子層（Ａ層はＩ）Ａｊｏ
、。
Ｇａ、、、Ａｓでキャリア濃度３Ｘ１０１７ａｎ−’の
Ｂｅをドーピング、厚み３００人；８層はｎ−Ｉｎ０．
３０ａａ、ｔＡＳで、キャリア濃度５ＸｌＯ”ｃｍ−’
の８１をドーピング、最深層が８０人で表面に最も近い
層が１８０人まで線形に厚みを変化させた；井戸数的５
０） 、ｎ−Ｇａ Ａｓオーミック層（キャリア濃度ｎ
＝ ＬＸ １０１１０１ｌ１’、厚み０．２．ｃｚｍ
）を順次積層した。ｎ−Ｇａ Ａｓ基板側にはＡｕＧｅ
／Ｎｊ金属を蒸着し、ｎ−ＧａＡｓオーミック層側には
ＡｕＧｅ／Ｎｉのリング状電極を形成し、第６図に示さ
れるような光検出デバイスを得た。
Ｂｅをドーピング、厚み３００人；８層はｎ−Ｉｎ０．
３０ａａ、ｔＡＳで、キャリア濃度５ＸｌＯ”ｃｍ−’
の８１をドーピング、最深層が８０人で表面に最も近い
層が１８０人まで線形に厚みを変化させた；井戸数的５
０） 、ｎ−Ｇａ Ａｓオーミック層（キャリア濃度ｎ
＝ ＬＸ １０１１０１ｌ１’、厚み０．２．ｃｚｍ
）を順次積層した。ｎ−Ｇａ Ａｓ基板側にはＡｕＧｅ
／Ｎｊ金属を蒸着し、ｎ−ＧａＡｓオーミック層側には
ＡｕＧｅ／Ｎｉのリング状電極を形成し、第６図に示さ
れるような光検出デバイスを得た。
ウェハ両面の電極間に直流バイアスを加えると、第５図
（ａ）に相当する波長で光電流が流れた。
（ａ）に相当する波長で光電流が流れた。
実施例２
半絶縁性Ｇａ Ａｓ基板上に、アンド−ピング型Ｇａ
Ａｓ層（厚み０．１μＩＩ） 、チャープ型超格子層（
Ａ層はＡ Ｊ ｘ Ｇａ ＋−Ｘ Ａｓでアンド−ピン
グ型、厚み３００人、最深層がＸ −０，１５より表面
に最も近い層でＸ −０，３２までＡＵ成分比を変化さ
せた；８層はｎ ＧａＡｓで、キャリア濃度３Ｘ １
０′Ｂｃｍ弓のＳｔをドーピング、厚み８０Ａ：井戸数
的５０）、ｎ−ＧａＡｓオーミック層（キャリア濃度ｎ
＝ ＩＸ １０”ｃｍ−’）を順次積層した。ｎ−Ｇ
ａＡｓオーミック層面にＡｕＧｅ／Ｎ１金属による対向
電極を形成し、第７図に示されるような光検出デバイス
を得た。
Ａｓ層（厚み０．１μＩＩ） 、チャープ型超格子層（
Ａ層はＡ Ｊ ｘ Ｇａ ＋−Ｘ Ａｓでアンド−ピン
グ型、厚み３００人、最深層がＸ −０，１５より表面
に最も近い層でＸ −０，３２までＡＵ成分比を変化さ
せた；８層はｎ ＧａＡｓで、キャリア濃度３Ｘ １
０′Ｂｃｍ弓のＳｔをドーピング、厚み８０Ａ：井戸数
的５０）、ｎ−ＧａＡｓオーミック層（キャリア濃度ｎ
＝ ＩＸ １０”ｃｍ−’）を順次積層した。ｎ−Ｇ
ａＡｓオーミック層面にＡｕＧｅ／Ｎ１金属による対向
電極を形成し、第７図に示されるような光検出デバイス
を得た。
直流バイアスを印加すると、第５図（ｂ）に対応する波
長で光電流が得られた。
長で光電流が得られた。
実施例３
ｎ−ＧａＡｓ基板（キャリア密度ｎ ｍ ２Ｘ １０１
８Ｃ■−３）上に、ｎ−ＧａＡｓエピタキシャル層（キ
ャリア密度ｎ ＝ ＬＸ １０１８ｃｍ−３、厚み０．
２μｍ）、さらにチャープ型超格子層（Ａ層はｐＡｊｏ
、ｔＧａｏ、６ＡＳてＢｅのドーピング量を層ごとにキ
ャリア濃度５Ｘ１０１６ｃｍ−３から １×１０１８１
″３まで変化させた、厚み３００人；８層はｎ−ＧａＡ
ｓで、キャリア濃度５Ｘ１０１６ｃｍ−’のＳｔをドー
ピング、厚み１２０人；井戸数的５０）、ｎ −Ｇａ
Ａｓオーミック層（キャリア濃度ｎ ＝ ＬＸ １０
Ｉ８１０ｌ８、厚み０．２μｍ）を順次積層した。ｎ−
ＧａＡｓ基板側にはＡｕＧｅ／Ｎｉ金属を蒸着し、ｎ−
ＧａＡｓオーミック層側にはＡｕＧｅ／Ｎｉのリング状
電極を形成し、第６図に示されるような光検出デバイス
を得た。
８Ｃ■−３）上に、ｎ−ＧａＡｓエピタキシャル層（キ
ャリア密度ｎ ＝ ＬＸ １０１８ｃｍ−３、厚み０．
２μｍ）、さらにチャープ型超格子層（Ａ層はｐＡｊｏ
、ｔＧａｏ、６ＡＳてＢｅのドーピング量を層ごとにキ
ャリア濃度５Ｘ１０１６ｃｍ−３から １×１０１８１
″３まで変化させた、厚み３００人；８層はｎ−ＧａＡ
ｓで、キャリア濃度５Ｘ１０１６ｃｍ−’のＳｔをドー
ピング、厚み１２０人；井戸数的５０）、ｎ −Ｇａ
Ａｓオーミック層（キャリア濃度ｎ ＝ ＬＸ １０
Ｉ８１０ｌ８、厚み０．２μｍ）を順次積層した。ｎ−
ＧａＡｓ基板側にはＡｕＧｅ／Ｎｉ金属を蒸着し、ｎ−
ＧａＡｓオーミック層側にはＡｕＧｅ／Ｎｉのリング状
電極を形成し、第６図に示されるような光検出デバイス
を得た。
ウェハ両面の電極間に直流バイアスを加えると、５．０
〜６．０μ−波長近傍に強い光吸収が得られた。
〜６．０μ−波長近傍に強い光吸収が得られた。
［発明の効果コ
従来の受光素子が受光波長ごとに異なる半導体基材を使
用せざるを得なかったのに対し、本発明によると、次の
ような効果を奏する。
用せざるを得なかったのに対し、本発明によると、次の
ような効果を奏する。
（１）同一材料を使用し、超格子構造を形成する半導体
薄膜の膜厚、不純物のドーピング量、組成割合を組合せ
て変化させるのみで、受光波長に最適感度を有する受光
素子を設計できる。
薄膜の膜厚、不純物のドーピング量、組成割合を組合せ
て変化させるのみで、受光波長に最適感度を有する受光
素子を設計できる。
（２）最適受光感度を有する波長を連続的に変化させた
受光素子を設計できる。
受光素子を設計できる。
（３）受光感度を有する半値全幅を任意に設計できる。
（４）吸収波長域上、従来使用できなかった半導体基材
が使用できる。
が使用できる。
このような本発明の半導体受光素子によって、広い波長
域に対応することができ、特に半導体基材のエネルギー
ギャップに相当する光波長よりも長い波長域において、
最大感度および半値全幅を任意に設計できる。
域に対応することができ、特に半導体基材のエネルギー
ギャップに相当する光波長よりも長い波長域において、
最大感度および半値全幅を任意に設計できる。
第１図は、単一半導体のエネルギーバンド図、第２図は
、多重量子井戸型超格子構造のエネルギー帯図、 第３図は、Ｇａ Ａｓの吸収係数および多重量子井戸型
超格子構造の光吸収係数の光波長スペクトラム、 第４図（ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本発明に係るチャー
プ型超格子構造のエネルギー帯図の一例、第５図（ａ）
および（ｂ）は、それぞれ本発明に係るチャープ型超格
子構造の光吸収係数の光波長スペクトラムの一例、そし
て、 第６〜７図は、実施例１〜３によりそれぞれ得られた光
検出デバイス。 第 図 特許出願人 三井金属鉱業株式会社 代 理 人 弁理士 伊 東 辰 雄代
理 人 弁理士 伊 東 哲 也第２
図 第３１！（ ：皮表（、＆Ｊｍ ＞ 第 図 （ｂ） 入与Ｊ光 ／ 第 図 （ｃ） ：、支炙（ｐｍ） 第 図（ｂ）
、多重量子井戸型超格子構造のエネルギー帯図、 第３図は、Ｇａ Ａｓの吸収係数および多重量子井戸型
超格子構造の光吸収係数の光波長スペクトラム、 第４図（ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本発明に係るチャー
プ型超格子構造のエネルギー帯図の一例、第５図（ａ）
および（ｂ）は、それぞれ本発明に係るチャープ型超格
子構造の光吸収係数の光波長スペクトラムの一例、そし
て、 第６〜７図は、実施例１〜３によりそれぞれ得られた光
検出デバイス。 第 図 特許出願人 三井金属鉱業株式会社 代 理 人 弁理士 伊 東 辰 雄代
理 人 弁理士 伊 東 哲 也第２
図 第３１！（ ：皮表（、＆Ｊｍ ＞ 第 図 （ｂ） 入与Ｊ光 ／ 第 図 （ｃ） ：、支炙（ｐｍ） 第 図（ｂ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、超格子構造を形成する半導体薄膜に不純物をドーピ
ングすることにより、障壁層および量子井戸層のエネル
ギーレベルを調整し、伝導帯障壁層の高さに相当するエ
ネルギーギャップを光吸収領域として使用し、かつチャ
ープした超格子構造を用いたことを特徴とする半導体受
光素子。 ２、前記チャープが半導体薄膜の膜厚、不純物濃度、組
成割合の少なくともいずれかを順次変化することにより
なされる請求項１に記載の半導体受光素子。 ３、超格子構造を形成する半導体薄膜の組成割合を特定
することによって、障壁層の高さを調整し、伝導帯障壁
層の高さに相当するエネルギーギャップを光吸収領域と
して使用し、かつチャープした超格子構造を用いたこと
を特徴とする半導体受光素子。 ４、前記チャープが半導体薄膜の膜厚、不純物濃度、組
成割合の少なくともいずれかを順次変化することにより
なされるを請求項３に記載の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15544490A JP3157509B2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15544490A JP3157509B2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0448786A true JPH0448786A (ja) | 1992-02-18 |
| JP3157509B2 JP3157509B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=15606173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15544490A Expired - Fee Related JP3157509B2 (ja) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3157509B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100232135B1 (ko) * | 1996-12-16 | 1999-12-01 | 구자홍 | 포토트랜지스터 제조방법 |
| US6504171B1 (en) * | 2000-01-24 | 2003-01-07 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Chirped multi-well active region LED |
| JP2009038071A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光検出器 |
-
1990
- 1990-06-15 JP JP15544490A patent/JP3157509B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100232135B1 (ko) * | 1996-12-16 | 1999-12-01 | 구자홍 | 포토트랜지스터 제조방법 |
| US6504171B1 (en) * | 2000-01-24 | 2003-01-07 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Chirped multi-well active region LED |
| JP2009038071A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光検出器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3157509B2 (ja) | 2001-04-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |