JPH08111541A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
電子出願以前の出願であるので
要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に係り特に光通信に用い るアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、Ｐ ＩＮフォトダイオード等の受光素子や、光変調器 等の内部にヘテロ界面を有する半導体装置に関す る。
素子自体に増倍作用を持つＡＰＤは、その広帯 域，高利得性により光通信の分野で広く用いられ ている。しかし、１０Ｇｂ／ｓ等の高速光通信シ ステムへの適用を考えると、フォトキャリアの走 行が高電界印加領域部のヘテロ界面で阻害される いわゆるパイルアップ現象の解決が大きな技術課 題となる。パイルアップ防止策として、これまで ヘテロ界面を構成する２種類の材料の中間的な バンド不連続値を持つ材料をヘテロ界面に導入す る方法（Ｊ．Ｃ．Ｃａｍｂｅｌｌ ｅｔ．ａｌ．‘Ｉｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓ P/InGaAs avalanche photo diodes with 70 GHz gain band product' Appl.Phys.Lett.51, 1454(1987)),および超薄膜を用いた擬似混晶 をヘテロ界面に導入する方法(F.Capasso et. ａｌ．‘Ｐｓｅｎｄｏ−ｑｕａｔｅｎａｒｙ ＧａＩｎ
ＡｓＰ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ： A new GaInAs/InP graded gap superlattice and its applications to avalancehe photo diodes' Appl.Phys.Lett.45(11)p1193(1984))が提案 されている。
Ｐ／ＩｎＧａＡｓ P/InGaAs avalanche photo diodes with 70 GHz gain band product' Appl.Phys.Lett.51, 1454(1987)),および超薄膜を用いた擬似混晶 をヘテロ界面に導入する方法(F.Capasso et. ａｌ．‘Ｐｓｅｎｄｏ−ｑｕａｔｅｎａｒｙ ＧａＩｎ
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ここでは、ＡＰＤにおけるヘテロ界面でのパイ ルアップ現象を述べた。この現象は、ＰＩＮフォ トダイオード、あるいは光変調器といった他の多 くの半導体装置において高速動作を阻害する原因 となる。
上記２つの方法では、完全にパイルアップを防 止することができず、例えば１０ＧＨｚといった 高速動作は困難と考えられる。特に、ヘテロ界面 でのバンド不連続をイオン化率比の向上に用いる いわゆる超格子ＡＰＤにおいては、上記方法によ る１０ＧＨｚ以上の高速動作は不可能である。こ れは、上記の方法では、本質的にヘテロ界面に おけるバンドの不連続が解決されないためであり、 の方法では、膜厚の厚い障壁層を１部に用いる ため、擬似混晶中をキャリアが通過する時間が増 大するためである。
本発明の目的は、上記超格子ＡＰＤを初め、ヘ テロ界面でのパイルアップを生ずる半導体装置の 高速動作を達成させうるパイルアップ防止構造を 提案することである。
上記従来の技術が有する技術的課題を解決する ために、本発明は以下の特徴を有する。
本発明の１局面によれば、第１のエネルギーバ ンドギャップを有する第１の半導体領域と、上記 第１のエネルギーバンドギャップよりも大きい第 ２のエネルギーバンドギャップを有する第２の半 導体領域と、上記第１の半導体領域から上記第２ の半導体領域にキャリアを走行させるための手段 と、上記第１及び第２の半導体領域の間に配設さ れ、異なるエネルギーバンドギャップを有する複 数の半導体からなる超格子構造を有し、この超格 子構造はミニバンドを形成し、かつ上記キャリア を走行させるための手段により上記第１及び第２ の半導体領域のエネルギー準位を上記ミニバンド により接続するようにした第３の半導体領域とを 有することを特徴とする半導体装置が提供される。
第１の半導体領域と第２の半導体領域とのエネル ギーバンドギャップの関係は必ずしも上記大小関 係に限定されるわけではなく、例えばキャリアと して電子を考える場合、第１の半導体の伝導帯下 端が第２の半導体の伝導帯下端よりもエネルギー 的に低いことにより、そこを走行する自由電子に 対してエネルギー障壁が形成されるような場合に 適用される。キャリアとして正孔を考える場合で も、同様に第１の半導体領域の価電子帯上端が第 ２の半導体の価電子帯上端よりもエネルギー的に 高いような系に適用される。従って、 本発明の他の局面によれば、第１及び第２の半 導体領域とを有し上記第２の半導体領域は上記第 １の半導体領域内の自由キャリアに対してポテン シャル障壁を形成する半導体積層構造と、この半 導体積層構造内の自由キャリアを走行させるため の手段とを有し、上記半導体積層構造は更に上記 第１及び第２の半導体領域の間に配設された第３ の半導体領域を有し、かつこの第３の半導体領域 は上記第１の半導体領域から上記第２の半導体領 域まで接続するミニバンドを有することを特徴と する半導体装置が提供される。
本発明の限定された局面によれば、前記キャリ アを走行させるための手段は上記第１，第２及び 第３の半導体領域内に電界を印加するための電極 である半導体装置が提供される。
本発明の他の限定された局面によれば、前記半 導体積層構造は複数の前記第１，第２及び第３の 半導体領域を有する半導体装置が提供される。こ れらの半導体領域は第１，第２及び第３の順番に 配設される。従って、本発明の好ましい形態にお いては、第１の半導体領域と第２の半導体領域と が互いに接合してそこにヘテロ接合が形成される。
このヘテロ接合が有するエネルギー差がここを通 過するキャリアにエネルギーを与え、この大きな エネルギーを有するキャリアが第１の半導体領域 内でそれを構成する原子と相互作用をすることに より新たなキャリアを生成し、キャリアが増倍さ れる。従って、 本発明の限定された更に他の局面によれば、前 記半導体積層構造は更に内部を走行する自由キャ リアを増倍するためのヘテロ接合を有する半導体 装置が提供される。また、 本発明の更に限定された他の局面によれば、前 記半導体積層構造は複数の前記第１，第２及び第 ３の半導体領域を有し、前記ヘテロ接合は前記第 １及び第２の半導体接合である半導体装置が提供 される。
本発明の限定された更に他の局面によれば、前 記第１の半導体領域が有する前記第１のエネルギ ーバンドキャップを外部からの光のエネルギーと 対応させることにより、前記第１の半導体領域で 外部からの光を吸収するようにした半導体装置が 提供される。これにより、本発明を受光素子とし て動作させることができる。
本発明の限定された更に他の局面によれば、前 記超格子構造は前記第１及び第２の半導体領域を 構成する複数の半導体材料により構成されている 半導体装置が提供される。特に、前記半導体積層 構造がＩｎＰと実質的に格子整合したＩｎＡｌＡｓ 及びＩｎＧａＡｓ半導体材料を含んで形成されて いる半導体装置が提供される。
本発明の限定された更に他の局面によれば、前 記半導体装置を受光手段とし、この受光手段に受 光される情報信号光を発生するための発光手段と、 上記受光手段と、上記発光手段と上記発光手段と を光学的に接続するための導波手段と、上記受光 手段により得られる上記情報信号光に基づく電気 信号を検出するための信号検出手段とを有する光 通信システムが提供される。これにより、極めて 高速の光通信システムが実現できる。
また、上述した技術的課題を解決するために、 本発明者等は更に以下の構成を開示すものである。
すなわち、 本発明の更に他の局面によれば、電界印加領域 内にキャリアの走行を阻害するポテンシャル障壁 部分を有する半導体装置であって、このポテンシ ャル障壁部分近傍に膜厚４ｎｍ以下の障壁層及び この障壁層と上記ポテンシャル障壁との間に配設 された井戸層とを有することを特徴とする半導体 装置が提供される。４ｎｍより大きな膜厚では、 ミニバンドが半導体材料によって形成されにくく なる。従って、本発明で利用することができる、 例えばＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＧａＡｓ， ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＡｓＰ，ＩｎＡｌＰ， ＧａＡｌＳｂ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＡｌＡｓＰ 等のIII−Ｖ族化合物半導体材料系では、４ｎｍ以 下の膜厚で障壁層を構成すると良い。また、障壁 層は極めて薄くても（極端には１原子層でも）良 いが、その場合、量子井戸内に明確なエネルギー 準位が形成されないことによりミニバンドが現れ ないため、実際にはある程度の膜厚を有する障壁 層が要求されるであろう。
本発明の限定された局面によれば、前記障壁層 と井戸層とは交互に複数形成されており、かつこ れら井戸層の膜厚は異なっている半導体装置が提 供される。代表的な井戸層の膜厚は２０ｎｍ以下 である。本発明のひとつの特徴は、このような井 戸層の膜厚に変化を設けることにより、動作時に ミニバンドを形成できるようにしたことにある。
また、 本発明の更に限定された局面によれば、前記井 戸層の膜厚は前記ポテンシャル障壁部分から遠く なるに従い増大している半導体装置が提供される。
この特徴によって、電界印加時に前記井戸間にま たがるミニバンドが形成でき、そこを通過するキ ャリアの走行がスムースになる。特に半導体装置 の望まれる高速応答性を考慮してキャリアの走行 性を考慮した場合、前記障壁層の膜厚として３ ｎｍ以下のものが要求される。また、 本発明の更に他の局面によれば、電界印加手段 と、この電界印加手段により内部に生じる電界に 従ってキャリアが走行する半導体積層領域とを有 し、この半導体積層領域は上記キャリアの走行に 対するポテンシャル障壁と、このポテンシャル障 壁の上記キャリアの走行に対して手前に設けられ た超格子構造とを有し、この超格子構造はこれを 貫いて形成されるエネルギー準位を有し、上記電 界印加手段が上記半導体積層構造に印加する電界 の下で上記エネルギー準位により上記ポテンシャ ル障壁が実効的に減少するようにしたことを特徴 とする半導体装置が提供される。
本発明の更に他の局面によれば、ヘテロ接合界 面に形成されるポテンシャル障壁を超格子積層構 造が形成するミニバンドにより実効的に消滅させ、 かつ上記ヘテロ接合界面を通過するようにキャリ アを走行させて動作させる半導体装置が提供され る。
本発明の更に他の局面によれば、光電変換によ り自由キャリアを生成するためのキャリア生成領 域と、この自由キャリアを走行させるためのキャ リア走行領域と、このキャリア走行領域に電界を 印加してこの電界の向きに従って自由キャリアを 走行させるための電界印加手段と、上記生成領域 のエネルギー準位と上記走行領域のエネルギー準 位とを接続して自由キャリアの走行を容易にする ミニバンドを形成するためのミニバンド領域とを 有することを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の更に他の局面によれば、ヘテロ接合界 面に形成されるポテンシャル障壁近傍に障壁領域 及び井戸領域からなる超格子構造を設け、この超 格子構造の上記障壁領域の数を１以上１０以下と することにより、上記ヘテロ接合界面を通過する キャリアの走行を容易にしたことを特徴とする半 導体装置が提供される。
本発明の限定された更に他の局面によれば、前 記障壁領域の膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、 かつ前記障壁領域の数が１以上５以下である半導 体装置が提供される。
以下、本発明のミニバンド輸送を超格子ＡＰＤ に適用した場合について述べる。他の半導体素子 へ適用する場合も同様である。ミニバンド形成の バンド図を第１図に示す。図中、Ｅｃ，Ｅｖはそ れぞれ電導帯、荷電子帯を示す。ミニバンドは、 図中斜線領域に対応し、膜厚１００Å程度以下の 井戸層，障壁層の周期構造より構成される超格子 において、異なる井戸間の電子相互作用により、 超格子全体にまたがるバンド状の許容帯が形成さ れる現象である。また、ミニバンド内でのキャリ アの輸送時間は、障壁層膜厚を３０Å程度と薄く すると急速に減少することが知られている。本発 明は、パイルアップを生ずるヘテロ界面に、超格 子構造を導入し、ミニバンド内のキャリア輸送を 用いてパイルアップを防止するものである。上述 した通り、通常のミニバンドでは、周期構造内で の井戸層，障壁層は、各々ほぼ等しい膜厚である。
ところが、ＡＰＤは、動作電圧数１０Ｖの高電界 で使用するため、上記超格子ではＡＰＤ動作電圧 下では、ミニバンドは形成されない。そのため、 本発明では、第２図に示すような超格子構造を提 案する。図中、Ｅｃ，Ｅｖはそれぞれ電導帯，荷 電子帯を示し、斜線部は電圧印加時に形成される ミニバンドを示す。超格子構造２２は、狭バンド ギャップ材質２１と広バンドギャップ材質２３の ヘテロ界面に設置する。本発明は以下の代表的特 徴を有する。障壁層の膜厚は、ミニバンド形成 の関点からは４ｎｍ以下が望ましいが、ミニバン ド内のキャリア輸送時間を短縮するため３ｎｍ以 下が望ましい。井戸層の膜厚は、狭バンドギャ ップ材質側から、広バンドギャップ材質側へ向け 単調に減少する。障壁層の数は、ミニバンド形 成の点からは多いことが望ましいが、高速化の点 からは逆に少ないことが望ましい。両者を考慮し て、障壁層の数を１−１０個の間に設ける必要が ある。ただし、障壁層の膜厚が１−２ｎｍの範囲 では、１〜５層が望ましい。
また、超格子パイルアップ防止層２２は、ヘテ ロ界面を構成する材質２１，２３の組み合せが望 ましい。これは、素子作製上、格子整合条件を容 易に満足できることのみならず、２１，２３間の エネルギー的な橋わたしが容易に得られるためで ある。
上記特徴を有する超格子構造を導入することに より、ＡＰＤの動作電圧印加時に超格子内の各井 戸の量子準位はミニバンド近傍で一致し、その結 果第２図２４で示したミニバンドが形成される。
それにより、超格子構造を導入しない時、２１， ２３間のヘテロ界面に蓄積していたキャリア（こ の場合は、電導帯の原子）は、ミニバンドを介し て短時間で２３に輸送され、パイルアップは防止 される。
実施例１． 以下、本発明の一実施例を第３，第４図により 説明する。第３図に本発明の超格子ＡＰＤの構造 図を示す。３２〜３６はそれぞれｐ−InAlAs バッファ層、（Ｐ＝２×１０18cm-3，膜厚ｄ＝ １．０μｍ），ｐ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層（Ｐ＝ ５×１０15cm-3，ｄ＝１．２μｍ）， ｐ−ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層（ｐ＝５×１０16 cm-3，ｄ＝０．２μｍ）、アンドープ超格子増倍 層（ｄ＝０．５μｍ，ｎ＜１×１０15cm-3）， ｎ−ＩｎＡｌＡｓバッファ層である。接合径，受 光径はそれぞれ４０μｍφ，２０μｍφとした。
本発明のミニバンド輸送のための超格子構造を、 超格子増倍層３５の内部、３３，３４界面、およ び３４−３５界面に設置した。超格子増倍層３５ の詳細を図４に示す。超格子増倍層は、 ＩｎＧａＡｓ井戸層４１（ｄ＝２００Å）、 ＩｎＡｌＡｓ障壁層４２（ｄ＝１００Å）、及び 本発明の超格子構造４３（ｄ＝２００Å）を１組 とする１０周期より構成される。超格子構造４２ は、ＩｎＡｌＡｓ障壁層４５（ｄ＝１０Å）およ び膜厚の異なるＩｎＧａＡｓ井戸層４６の４組の 組み合せより構成される。ＩｎＧａＡｓ井戸層 ４６の膜厚は、４１側より順に５５，４５，３５， ２５Åとした。本構成は、超格子増倍層３５に ３００ｋＶ／cm程度の電界が印加された状態でミ ニバンド４４が形成されるように設計したもので ある。
次に本素子の製作プロセスを述べる。結晶成長 は、固体ソースを用いたＭＢＥ法により行なった。
成長温度、砒素圧はそれぞれ５００℃， １×１０-5Ｔｏｒｒとした。基板にはｎ−ＩｎＰ ３７（ｎ＝２×１０18cm-3，ｄ＝４００μｍ）を 用い、成長したＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓは、 基板に対し０．０２％以内の精度で格子整合させ た。メサエッチングには、重クロム酸系のウエッ トエッチングを用いた。Ｐ側電極３１には電子ビ ームを用いた真空蒸着法により形成したTi／Au を、ｎ側電極３８には抵抗線加熱方式の真空蒸着 法によりＡｕＧｅＮｊ／Ａｕを用いた。
次に本素子の特性を示す。ブレークダウン電圧 は３３Ｖであり、増倍率１およびブレークダウン 電圧の０．９倍の電圧印加（３０Ｖ）での暗電流 はそれぞれ４０ｎＡ，１μＡであった。また入射 光波長１．５５μｍでの量子効率は６０％であっ た。雑音測定より求めたイオン化率比は、増倍率 １０で約５であった。また、ネットワークアナラ イザを用いて高周波特性を調べた結果、増倍率 １０での３ｄＢダウンの遮断周波数１１ＧＨｚを 得た。このような高速，高利得が得られた理由は、 本発明の超格子を用いたパイルアップ防止層（第 ４図４２）の効果である。それをたしかめるため、 第４図４２を取り除いた素子を作製し、高周波特 性を比較した。比較素子では、最大遮断周波数 １．５ＧＨｚまでしか得られず、その時の増倍率 は４であった。以上の結果から、本発明の超格子 構造を導入することは、ＡＰＤの高速化にきわめ て有効であることがわかる。
また、本発明の素子を用いて、第５図に示す伝 送系を用い簡単な伝送実験を行った。信号発振器 より発生した帯域１０Ｇｂ／ｓのランダム信号に より、ドライバを介しＤＦＢ−ＬＤを駆動する。
発生した光信号を１００ｋｍの光ファイバに入れ 本発明のＡＰＤで受信する。ＡＰＤで変換された 電気信号をアンプで増幅した後エラー検出器を用 い種々のエラーレートでの受信感度を求めた。発 振波長１．５５μｍのＤＦＢレーザを用いた帯域 １０Ｇｂ／ｓの伝送実験においてビットエラーレ ート１０-9での最小受信感度−３０ｄＢｍを得た。
実施例２． ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子ＡＰＤの別 の実施例を第５図により説明する。第６図は本実 施例の素子断面図である。本素子は裏面入射型の フェースダウン実装素子である。５１〜５５は、 それぞれｐ−ＩｎＡｌＡｓバッファ層、ｐ−Ｉｎ ＧａＡｓ光吸収層、ｐ−ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層、 アンドープ超格子増倍層、ｎ−ＩｎＡｌＡｓバッ ファ層であり、実施例１の３２〜３６に対応する。
それぞれの膜厚、キャリア濃度は、３２〜３６と 同じである。また、超格子増倍層の構造も、第４ 図に示した実施例１の場合と同一であり、本発明 の超格子を用いたパイルアップ防止層４２を有し ている。５７はｐ−ＩｎＰ（Ｐ＝５×１０19cm-3） ｄ＝４００μｍであり、５６，５８はそれぞれｎ 側、ｐ側電極であり、５９は、基板に深さ３５０ μｍの穴をあけ形成した光入射部である。また、 本素子の接合径は２０μｍφとした。
本素子の作製プロセスは、基本的には実施例１ と同等である。
本素子の主な特性は、以下のとおりである。ブ レークダウン電圧３５Ｖ、増倍率１での暗電流 ８０ｎＡ、量子効率５５％（λ＝１．５５μｍ） であった。また、３ｄＢ遮断周波数は、 １２ＧＨｚ（増倍率１０）であった。
以上、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子 ＡＰＤへの適用を述べたが、本発明は、ＩｎＰ／ ＩｎＧａＡｓ系ＡＰＤ、ＧａＳｂ／ＧａＡｌＳｂ 系ＡＰＤへの適用も可能である。
実施例３． 次に本発明のミニバンド輸送を超格子ＡＰＤ以 外の半導体素子に適用した場合を示す。
第７図に、ミニバンド輸送を用いたＭＳＭフォ トダイオードを示す。半絶縁性ＩｎＰ基板６６上 にＩｎＡｌＡｓバッファ層（膜厚＝０．２μｍ） ６５、ＩｎＧａＡｓ光吸収層（１．５μｍ）６４、 ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓミニバンド輸送層 ６３、ＩｎＡｌＡｓショットキ形成層６２ （０．０７μｍ）を積層し、対向する２組のショ ットキ電極６１を形成している。
第６図下部にミニバンド輸送部近傍のバンド図 を示す。６４で生じたフォトキャリアは、６３の ミニバンドにより外部電極６１へ高速輸送される。
６３は、膜厚１０ÅのＩｎＡｌＡｓバリア、及び 膜厚１０，２０，３０，４０ÅのＩｎＧａＡｓウ ェルより形成した。電極部（Ａｌ）の巾は１μｍ、 電極間隔は１．５μｍである。
本素子の作製プロセスは、基本的には実施例１ と同様である。
本素子により感度１Ａ／Ｗ（入射光１．５μｍ）、 インパルス応答立上り時間８ｐｓ，立下り時間９ ｐｓを得た。
実施例４． 第８図に本発明のミニバンド輸送を用いた光変 調器の実施例を示す。本変調器は、多重量子井戸 層７４へ逆バイアスを印加した時生じる量子とじ こめシュタルの効果を用いた吸収型の光変調器で ある。ｎ+−ＩｎＰ７６上にｎ−ＩｎＡｌＡｓク ラッド層、アンドープ多重量子井戸光ガイド層 ７４、ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層を積層し、上 下にｎ，ｐ電極７７，７１を形成してある。７２ は、ｐ電極用の絶縁膜とリッジ側面部のパンベー ションをかねそなえたＳｉＮ膜である。リッジ部 導波路巾は５μｍ、素子長は２００μｍである。
光導波路７４は、内部に本発明のミニバンド構造 をふくみ、基本構成は第４図と同様である。ただ し、動作波長を１．５μｍとしたため、井戸巾を ５０Åとした。
作製プロセスは、実施例１と同様である。
本変調器は、消光比２０ｄＢ、帯域１０ＧＨｚ を示した。
本発明によれば、半導体装置のヘテロ界面に生 じるパイルアップ現象をほぼ完全に防止できるた め、極めて高速に応答する半導体装置を得ること ができる。特にＡＰＤに応用した場合、１０ ＧＨｚ以上の高速性が可能である。また、本発明 によれば、作製時の結晶成長過程における格子整 合条件を容易に満足しつつ半導体装置を製造でき るため、歩留りの向上（受光素子では特に暗電流 の低減）等、本来素子の有する特徴を充分に維持 することができる。
第１図は通常の超格子におけるミニバンドのバ ンド図、 第２図は本発明の超格子におけるミニバンドのバ ンド図、 第３図及び第６図は本発明を用いたＡＰＤの断面 図、 第４図は本発明を用いたＡＰＤの超格子増倍層バ ンド図、 第５図は光伝送システムを示す図、 第７図はＭＳＭフォトダイオードの断面図、 第８図は光変調器の断面図である。 符号の説明 ２４，４４…ミニバンド、 ３５，５４…超格子増倍層、 ２２，４２…超格子を用いたパイルアップ防止層、 ３３，５２…光吸収層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野津 千秋 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 大歳 創 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 石田 宏司 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (19)
- 【請求項１】 第１のエネルギーバンドギャップを有す
る第 １の半導体領域と、上記第１のエネルギーバン ドギャップよりも大きい第２のエネルギーバン ドギャップを有する第２の半導体領域と、上記 第１の半導体領域から上記第２の半導体領域に キャリアを走行させるための手段と、上記第１ 及び第２の半導体領域の間に配設され、異なる エネルギーバンドギャップを有する複数の半導 体からなる超格子構造を有し、この超格子構造 はミニバンドを形成し、かつ上記キャリアを走 行させるための手段により上記第１及び第２の 半導体領域のエネルギー準位を上記ミニバンド により接続するようにした第３の半導体領域と を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 第１及び第２の半導体領域とを有し上記
第２ の半導体領域は上記第１の半導体領域内の自由 キャリアに対してポテンシャル障壁を形成する 半導体積層構造と、この半導体積層構造内の自 由キャリアを走行させるための手段とを有し、 上記半導体積層構造は更に上記第１及び第２の 半導体領域の間に配設された第３の半導体領域 を有し、かつこの第３の半導体領域は上記第１ の半導体領域から上記第２の半導体領域まで接 続するミニバンドを有することを特徴とする半 導体装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の半導体装置において、
前記 キャリアを走行させるための手段は上記第１、 第２及び第３の半導体領域内に電界を印加する ための電極である半導体装置。 - 【請求項４】 請求項２に記載の半導体装置において、
前記 半導体積層構造は複数の前記第１、第２及び第 ３の半導体領域を有する半導体装置。 - 【請求項５】 請求項１に記載の半導体装置において、
前記 第１の半導体領域が有する前記第１のエネルギ ーバンドギャップを外部からの光のエネルギー と対応させることにより、前記第１の半導体領 域で外部からの光を吸収するようにした半導体 装置。 - 【請求項６】 請求項２に記載の半導体装置において、
前記 半導体積層構造は更に内部を走行する自由キャ リアを増倍するためのヘテロ接合を有する半導 体装置。 - 【請求項７】 請求項６に記載の半導体装置において、
前記 半導体積層構造は複数の前記第１，第２及び第 ３の半導体領域を有し、前記ヘテロ接合は前記 第１及び第２の半導体接合である半導体装置。 - 【請求項８】 請求項１に記載の半導体装置において、
前記 超格子構造は前記第１及び第２の半導体領域を 構成する複数の半導体材料により構成されてい る半導体装置。 - 【請求項９】 請求項２に記載の半導体装置において、
前記 半導体積層構造はＩｎＰと実質的に格子整合し たＩｎＡｌＡｓ及びＩｎＧａＡｓ半導体材料を 含んで形成されている半導体装置。 - 【請求項１０】 請求項１に記載の半導体装置を受光手
段と し、この受光手段に受光される情報信号光を発 生するための発光手段と、上記受光手段と、上 記発光手段と上記受光手段とを光学的に接続す るための導波手段と、上記受光手段により得ら れる上記情報信号光に基づく電気信号を検出す るための信号検出手段とを有する光通信システ ム。 - 【請求項１１】 電界印加領域内にキャリアの走行を阻
害す るポテンシャル障壁部分を有する半導体装置で あって、このポテンシャル障壁部分近傍に膜厚 ４ｎｍ以下の障壁層及びこの障壁層と上記ポテ ンシャル障壁との間に配設された井戸層とを有 することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の半導体装置におい
て、 前記障壁層と井戸層とは交互に複数形成されて おり、かつこれら井戸層の膜厚は異なっている 半導体装置。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の半導体装置におい
て、 前記井戸層の膜厚は前記ポテンシャル障壁部分 から遠くなるに従い増大している半導体装置。 - 【請求項１４】 請求項１１に記載の半導体装置におい
て、 前記障壁層の膜厚は３ｎｍ以下である半導体装 置。 - 【請求項１５】 電界印加手段と、この電界印加手段に
より 内部に生じる電界に従ってキャリアが走行する 半導体積層領域とを有し、この半導体積層領域 は上記キャリアの走行に対するポテンシャル障 壁と、このポテンシャル障壁の上記キャリアの 走行に対して手前に設けられた超格子構造とを 有し、この超格子構造はこれを貫いて形成され るエネルギー準位を有し、上記電界印加手段が 上記半導体積層構造に印加する電界の下で上記 エネルギー準位により上記ポテンシャル障壁が 実効的に減少するようにしたことを特徴とする 半導体装置。 - 【請求項１６】 ヘテロ接合界面に形成されるポテンシ
ャル 障壁を超格子積層構造が形成するミニバンドに より実効的に消滅させ、かつ上記ヘテロ接合界 面を通過するようにキャリアを走行させて動作 させる半導体装置。 - 【請求項１７】 光電変換により自由キャリアを生成す
るた めのキャリア生成領域と、この自由キャリアを 走行させるためのキャリア走行領域と、このキ ャリア走行領域に電界を印加してこの電界の向 きに従って自由キャリアを走行させるための電 界印加手段と、上記生成領域のエネルギー準位 と上記走行領域のエネルギー準位とを接続して 自由キャリアの走行を容易にするミニバンドを 形成するためのミニバンド領域とを有すること を特徴とする半導体装置。 - 【請求項１８】 ヘテロ接合界面に形成されるポテンシ
ャル 障壁近傍に障壁領域及び井戸領域からなる超格 子構造を設け、この超格子構造の上記障壁領域 の数を１以上１０以下とすることにより、上記 ヘテロ接合界面を通過するキャリアの走行を容 易にしたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１９】 請求項１８に記載の半導体装置におい
て、 前記障壁領域の膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下で あり、かつ前記障壁領域の数が１以上５以下で ある半導体装置。
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