JPH0493088A - 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

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JPH0493088A
JPH0493088A JP2211095A JP21109590A JPH0493088A JP H0493088 A JPH0493088 A JP H0493088A JP 2211095 A JP2211095 A JP 2211095A JP 21109590 A JP21109590 A JP 21109590A JP H0493088 A JPH0493088 A JP H0493088A
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JP
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semiconductor
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thick
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JP2211095A
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Toshitaka Torikai
俊敬 鳥飼
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NEC Corp
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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。

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エフづ
トダイオードに関する。
(従来の技術) 光ファイバーの伝送損失の低い1〜1.6μm波長帯の
光通信用受光素子としてInO,53GaO,4゜As
とInPとのヘテロ接合によるInP/InGaAsヘ
テロ接合アバランシェフォトダイオード(以降APDと
略記)が実用化されている。このAPDはInGaAs
で光を吸収し、そこで発生した電子・正孔キャリヤ対の
うち正孔のみを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。よりも正孔に対するイオン化率βの方が大きい
(β/a〜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、より低雑音化を図ろ
うとすれば、更に大きなイオン化率比(αψ>1もしく
はβlα>1)を有するAPDを開発せねばならない。
(発明が解決しようとする課題) 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△E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APD
が、F、 Capassoらによってアプライド・フィ
ジックスルターズ(Applied Physics 
Letters)40巻38ページにおいて提供された
。F、 Capasso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△E〜0.3eVを電子が供与され
ることにより、。ψ〜8を得ている。
1〜1.6μm長波長帯に列しては、GaAs系と同様
、InPに格子整合するIno、52A1o 4sAS
/Ino 53Gao、47AS超格子構造が採用され
る。第4図には、このような長波長帯超格子APDの構
造断面図が示されている。
n+−InP基板1の上にn+−InPnシバ2フフI
nAlAsInAlAsバラフッ、n −InAIAs
/InGaAs超格子アバランシェ増倍層4、p − 
InAlAs電界緩和層5、p − InGaAs光吸
収層6、p +−InAIAs窓層7が積層されている
。p +ーInAIAs窓層7側がら入射した長波長光
はp  − InGaAs層6で吸収され、発生した電
子キャリヤはpn接合を通過してn −InAIAs/
InGaAs超格子アバランシェ増倍層4へ注入される
。超格子層4へ注入された電子はInAlAsとInG
aAsとの伝導帯不連続△E〜0.5eVのエネルギー
を供与され、アバランシェ増倍に寄与する。
しかしながら、かかる構造において逆バイアス電圧が印
加される動作時には、InAlAsとInGaAsとの
価電子帯不連続△E〜0.2eVの障壁のために、超格
子領域にアバランシェ増倍によって発生した2次キャリ
ヤである正孔が、InGaAs井戸層にトラップされて
しまう。第2図にその様子を示すエネルギーバンド図を
示した。これが応答特性を制限してしまい、周波数帯域
はぜいぜい<5GHzになってしまう。更に、アバラン
シェ増倍の源である電子についても、△E〜0.5eV
の障壁のため、正孔はど顕著でないがやはり、InGa
As井戸層にトラップされやすい。
そこで、本発明の目的は上記の欠点を除去し、広帯域特
性を有する超格子APDを提供することである。
(課題を解決するだめの手段) 本発明は、大きな禁制帯幅E,1を有する第1の半導体
障壁層と小さな禁制帯幅Eg□(8g2<Eg□)を有
する第2の半導体井戸層とが交互に積層された周期構造
をアバランシェ増倍領域とするアバランシェフォトダイ
オードにおいて正孔キャリヤが井戸層から障壁層へ乗り
越える側の井戸層と障壁層とのヘテロ界面に中間の禁制
帯幅Eg3(Eg□< 8g3< E,□)を有する1
00Å以下の薄い第3の半導体層が挿入されている事を
特徴とする。
あるいは、大きな禁制帯幅Eg□を有する第1の半導体
層と小さな禁制帯幅Eg2(E,。<Eg1)を有する
第2の半導体井戸層とが交互に積層された周期構造をア
バランシェ増倍領域とするアバランシェフォトダイオー
ドにおいて正孔キャリヤが井戸層から障壁層へ乗り越え
る側の井戸層と障壁層とのヘテロ界面に中間の禁制帯幅
Eg3(E8□<8g3<Eg□)を有する第3の半導
体層が挿入され電子キャリヤが井戸層がら障壁層へ乗り
越える側の井戸層と障壁層とのヘテロ界面に中間の禁制
帯幅Eg4(8g2<8g4<Eg1)を有する第4の
半導体層が挿入されている事を特徴とする。
(作用) 本発明の作用・原理を本発明のAPDに逆バイアス電圧
を印加した時の周期構造領域のエネルギーバンドを示す
第3図を用いて説明する。第3図(a)は請求項1の発
明、(b)図は請求項2の発明を示す。図において電子
キャリヤ(黒丸)は図の左から右へ走行し、正孔ギヤリ
ヤ(白丸)は右から左へ走行する。先の第2図に示した
様に正孔キャリヤは井戸層がら障壁層へ遷移するとき、
価電子帯不連続ΔE〜0.2eVのポテンシャル障壁の
ために、井戸層にトラップされてしまうが、本発明の第
3図(a)によれば、斜線で示した薄I/司コ間禁制帯
幅層を挿入することで△E障壁が擬似的に緩やかになり
、従って正孔キャリヤは容易に井戸層から障壁層へ注入
する。
もう1つの発明である(b)図によれば、正孔に対して
のみでなく、電子キャリヤに対しても同様にΔE障壁が
疑似的に緩やかになり、従って正孔、電子キャリヤは共
に容易に井戸層から障壁層へ注入することができる。こ
こで正孔キャリヤが井戸層から障壁層へ注入する側に設
けられる中間禁制帯幅層の厚さを100Å以下に規定す
るのは以下の理由による。つまり、電子が障壁層から井
戸層へ注入する際ΔEの余剰エネルギーが供与されるこ
とにより、電子のイオン化が促進されるのであり、この
効果を得るには、中間禁制帯幅層の厚さは電子のパリス
ティック走行距離、換言すれば電子のイオン化促進効果
の持続する距離以下に設定する必要がある。もし、この
距離以上の厚さであれば、電子は△Eポテンシャルを感
じることなく、緩やかにポテンシャルの傾斜したベテロ
界面を走行することになる。一方、正孔については、質
量が電子よりも大きいために、正孔の散乱距離は電子よ
りも短く、従って100Å以下の厚さの中間禁制帯幅層
を疑似傾斜層として感じることになり、本発明の効果が
発揮される。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例である超格子APDの断面図
を示している。n+−InP基板1の上に有機金属気相
成長法(MO−VPE)により、n+−InPバッファ
層2、n +−InAlAsバッファ層3を各々0.5
pmの厚さで成長し、続いて超格子アバランシェ増倍層
4を積層した。超格子アバランシェ増倍層4は、400
人の■no52A1o48As障壁層(第1の半導体層
)41.200人のIno 5aGa04−rAS井戸
層(第2の半導体層)42.50人のIn0.53(G
a0.5A10.5)0.47As遷移層43(第3の
半導体層)の20周期構造から成っている。超格子アバ
ランシェ増倍層の上にはZnドープのp −In。52
Alo48As5(0,2,zm厚)、p  Ino、
53Gao 4゜AS光吸収層6(1,5μm厚)、p
+Ino、52A1o、4aA8窓層7(0,1,4m
厚)を順次積層した。2〜7のエピタキシャル層は成長
温度650°C〜700°Cの範囲で形成した。
本発明の第2の実施例は、超格子アバランシェ増倍層4
の1周期単位を、障壁層417遷移層43/井戸層42
/遷移層43とした。ここで障壁層は400人のIn。
52Aso48As、遷移層(第3、第4の半導体層)
は50人の■no、5a(Gao 5A1o、5)。4
7AS、井戸層は200人のIn。53GaO,4゜A
sである。第3、第4の半導体層は請求項の条件を満た
せば異なる組成でもよい。ここでは同じとした。他のエ
ピタキシャル層2.3.5〜7は第一の実施例(第1図
)と同一の構成にした。
第1の実施例、第2の実施例ともそのあとの工程は同じ
とした。即ち、この様にして作製した2つのウェーハは
、通常の露光技術によりメサ状にエツチングされ、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で保護された。p側電極9はAuZn合金、n
側電極10はAuGe合金で共に通常の加熱蒸着法で形
成された。
限って説明したが、p型とn型が逆の場合においても同
様であることは言うまでもない。更に他の材料系、例え
ばInP/InGaAs 、 AlGaSb/GaSb
系についても同様に適用できる。
以上説明した様に、本発明のAPDは走行キャリヤの井
戸層トラップに起因する応答劣化を回避することが可能
である。第5図に本発明の効果を適確に示す周波数応答
特性を表している。増倍率M=10における周波数応答
特性をみると、従来の場合2GHz程度の帯域しか得ら
れなかったが、第1の実施例に述べたウェーハで作製し
たAPDは7〜8GHzの帯域が、第2の実施例のAP
Dは8〜9GHzの帯域が得られた。これにより本発明
の優れた周波数特性をもつという効果が得られた。
(発明の効果) 本発明によれば、キャリヤのトラップを解消した、広帯
域、低雑音の超格子アバランシェフォトダイオードが得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すAPDの断面図、第2
図は従来の超格子APDの問題点を示ず増倍領域のエネ
ルギーバンド図、第3図は本発明の超格子APD増倍額
域(1部)のエネルギーバンド図、第4図は従来の超格
子APDの断面図、第5図は本発明の効果を示す周波数
応答特性図である。図において1・・・半導体基板、2
・・・バッファ層、3・・・バッファ層、4・・・超格
子アバランシェ増倍層、41・・・障壁層、42・・・
井戸層、43・・・遷移層、5・・・電界緩和層、6・
・・光吸収層、7・・・窓層、8・・・表面保護膜、9
・・・p側電極、10・・・n側電極である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)大きな禁制帯幅E_g_1を有する第1の半導体
    障壁層と小さな禁制帯幅E_g_2(E_g_2<E_
    g_1)を有する第2の半導体井戸層とが交互に積層さ
    れた周期構造をアバランシェフオトダイオード増倍領域
    とするアバランシェフオトダイオードにおいて、正孔キ
    ャリヤが井戸層から障壁層へ乗り越える側の井戸層と障
    壁層とのヘテロ界面に前記第1、第2の半導体層の禁制
    帯幅の中間の禁制帯幅E_g_3(E_g_2<E_g
    _3<E_g_1)を有する厚さ100Å以下の第3の
    半導体層が挿入されている事を特徴とするアバランシェ
    フオトダイオード。
  2. (2)大きな禁制帯幅E_g_1を有する第1の半導体
    障壁層と小さな禁制帯幅E_g_2(E_g_2<E_
    g_1)を有する第2の半導体井戸層とが交互に積層さ
    れた周期構造をアバランシェ増倍領域とするアバランシ
    ェフオトダイオードにおいて、正孔キャリヤが井戸層か
    ら障壁層へ乗り越える側の井戸層と障壁層とのヘテロ界
    面に中間の禁制帯幅E_g_3(E_g_2<E_g_
    3<E_g_1)を有する第3の半導体層が挿入され、
    電子キャリヤが井戸層から障壁層へ乗り越える側の井戸
    層と障壁層とのヘテロ界面に中間の禁制帯幅E_g_4
    (E_g_2<E_g_4<E_g_1)を有する第4
    の半導体層が挿入されている事を特徴とするアバランシ
    ェフオトダイオード。
  3. (3)請求項2記載のアバランシェフオトダイオードに
    おいて第3の半導体層の厚さが100Å以下であること
    を特徴とする請求項2記載のアバランシェフオトダイオ
    ード。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
EP0669657A2 (en) * 1994-02-24 1995-08-30 Nec Corporation Heterojunction type semiconductor device having ordered phase alloy layers for active and cladding layers
JP2006245345A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Nec Corp 半導体受光素子
US7683397B2 (en) 2006-07-20 2010-03-23 Intel Corporation Semi-planar avalanche photodiode
US7741657B2 (en) 2006-07-17 2010-06-22 Intel Corporation Inverted planar avalanche photodiode
JP2010177286A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Nec Corp 半導体受光素子およびその製造方法
US8338857B2 (en) 2005-06-28 2012-12-25 Intel Corporation Germanium/silicon avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
TWI458111B (zh) * 2011-07-26 2014-10-21 Univ Nat Central 水平式累崩型光檢測器結構

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0282658A (ja) * 1988-09-20 1990-03-23 Fujitsu Ltd 半導体受光素子
JPH02246381A (ja) * 1989-03-20 1990-10-02 Fujitsu Ltd 超格子アバランシェホトダイオード
JPH03296282A (ja) * 1990-04-16 1991-12-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 超格子光電変換素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0282658A (ja) * 1988-09-20 1990-03-23 Fujitsu Ltd 半導体受光素子
JPH02246381A (ja) * 1989-03-20 1990-10-02 Fujitsu Ltd 超格子アバランシェホトダイオード
JPH03296282A (ja) * 1990-04-16 1991-12-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 超格子光電変換素子

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
EP0669657A2 (en) * 1994-02-24 1995-08-30 Nec Corporation Heterojunction type semiconductor device having ordered phase alloy layers for active and cladding layers
EP0669657A3 (ja) * 1994-02-24 1995-09-27 Nec Corp
US5612550A (en) * 1994-02-24 1997-03-18 Nec Corporation Heterojunction type semiconductor device having ordered phase alloy layers for active and cladding layers
JP2006245345A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Nec Corp 半導体受光素子
US8338857B2 (en) 2005-06-28 2012-12-25 Intel Corporation Germanium/silicon avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
US8829566B2 (en) 2005-06-28 2014-09-09 Intel Corporation Germanium/silicon avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
US7741657B2 (en) 2006-07-17 2010-06-22 Intel Corporation Inverted planar avalanche photodiode
US7683397B2 (en) 2006-07-20 2010-03-23 Intel Corporation Semi-planar avalanche photodiode
JP2010177286A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Nec Corp 半導体受光素子およびその製造方法
TWI458111B (zh) * 2011-07-26 2014-10-21 Univ Nat Central 水平式累崩型光檢測器結構

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