JPH09512348A - 超格子光吸収体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 超格子光吸収体の飽和閾値を増大させる方法、およびそれにより作成される超格子光吸収体は、直列抵抗器モデルに基づき、超格子構造体に隣接する基板の電気抵抗値を減少させることにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 超格子光吸収体 発明の背景 １） 発明の分野 本発明は、光スイッチ／変調器のような装置に用いられる、超格子（ＳＬ）光 吸収体に関し、およびその飽和閾値を増大するための方法に関する。 ２） 関連技術の議論 電子回路および遠距離通信スイッチング・マトリックスに対する双方向データ 接続装置および光相互接続装置のような装置において、電界吸収変調器（ｅｌｅ ｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が用いられる。 将来の遠距離通信装置および数ギガビット／ｓの光遠距離通信装置において、 高速変調器は重要な装置である。特に注目されているのは、電界吸収変調器であ る。それは、電界吸収変調器が単一波長のレーザのすぐ近くに集積化することが できるからである。遠距離通信の場合、大きな光入力エネルギにおいて、電界吸 収特性が高性能であることが重要である。本発明はこの関速において有用である 。それは、本発明により、電界吸収変調器の吸収閾値を増大させるという問題点 が解決されるからである。 モード・ロック型レーザおよび光論理素子に、飽和可能な吸収体が用いられる 。本発明は、基板の性質を変えることにより、どのようにして飽和閾値を制御す ることができるかを開示する。 超格子光吸収体は、光入力エネルギが大きくなると飽和する。多くの応用に対 して障害となる主なものは、この効果である。例えば、大きな光入力強度におい て、電界吸収変調器のオン／オフ比が限定される。 光強度が一定の閾値を越えて増加する時、（ＳＬが光を吸収する性能を表す） 吸収係数が減少することが、下記の研究グループにより発見されている。ウッド （Ｗｏｏｄ）等の論文「ＡｌＧａＩｎＡｓ障壁を用いることによるＧａＩｎＡｓ 多重量子ウエルの増大した光飽和強度（Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ ｉｎ ＧａＩｎＡｓ Ｍｕｌ ｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌｓ Ｂｙ Ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ａｌ ＧａＩｎＡｓ Ｂａｒｒｉｅｒｓ）」、エレクトニックス・レターズ（Ｅｌｅｃ ｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ） 、第２７巻、第３号、１９９１年１月３１日 、２５７〜２５９頁；ウッド（Ｗｏｏｄ）等の論文「多重量子ウエルの中の光に より発生したホールによる電界遮蔽：吸収飽和に対する新規な機構（Ｅｌｅｃｔ ｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ Ｂｙ Ｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔｅ ｄ Ｈｏｌｅｓ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌｓ：Ａ Ｎｅｗ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ｆｏｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓａｔｕｒａｔ ｉｏｎ）」、アプライド・オブ・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ ．Ｌｅｔｔ．） 、第５７（１１）巻、１９９０年９月１０日、１０８１〜１０８ ３頁；スズキ（Ｓｕｚｕｋｉ）等の論文「ＧａＩｎＡｓＰ電界吸収変調器の変調 電圧に及ぼすヘテロ界面におけるホール堆積の効果（Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｈｏ ｌｅ Ｐｉｌｅ−Ｕｐ ａｔ Ｈｅｔｅｒｏｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｎ Ｍｏｄ ｕｌａｔｉｏｎ Ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎ ＧａＩｎＡｓＰ Ｅｌｅｃｔｒｏｎａ ｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）、エレクトニックス・レターズ（ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ） 、第２５巻、第２号、１９８９年１ 月１９日、８８〜８９頁；デボ（Ｄｅｖａｕｘ）等の論文「非常に低い電圧の高 周波動作、ワニエ・シュタルク局存化に基づく１．５５μｍ単一モード光導波器 変調器（Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｅｒｙ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ，１．５５μｍ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｏｐｔｉ ｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｂａｓｅｄ Ｗａｎｎｉｅ ｒ−Ｓｔａｒｋ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）」、集積光学装置および光ファイ バ通信ＩＯＯＣ´９１の第８回国際会議−光通信ＥＣＯＣ´９１の第１７回欧州 会議（８ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉ ｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ ＦｉｂｅｒＣｏ ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＩＯＯＣ´９１−１７ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＥＣＯＣ´９１）、パリ、フランス、第３巻、５６頁〜５９頁（１９９１年９月 ９〜１２日）。 飽和効果に対する典型的な説明は、装置の活性領域の中のホールの濃度が大き くなることによる効果であるという説明である。換言すれば、ＳＬ飽和に対する 従来の説明は、ホールが活性領域の中に堆積し、そして電界を破壊するまたは遮 蔽するためであるという説明である。けれども、本発明は下記のような異なる理 論に基づいている。この理論は、従来の仮定を詳しく調べることにより得られた 。 典型的な半導体装置では、電子はホールよりも１０〜１００倍速く移動する。 けれども、ＳＬ装置の中の電子およびホールの移動度は複雑な量でありかつあま りよく分かっていない量であるが、バスタード（Ｂａｓｔａｒｄ）およびその共 同研究者は、強く結合したＩｎＧａＡｓＰ ＳＬ装置の中では、ホールは電子と ほぼ同程度に速く運動するという驚くべき結論を指摘している（Ｇ．バスタード （Ｂａｓｔａｒｄ）等の著書、固体物理学（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｙｓ ｉｃｓ） 、Ｈ．エーレンライヒ（Ｅｈｒｅｎｒｅｉｃｈ）およびＤ．ターンバル （Ｔｕｒｎｂｕｌｌ）、アカデミック・プレス社、１９９１年）。 従来の理論を説明するために、ここでは、ＳＬ装置の中において、ホールは電 子よりもはるかに遅く移動すると仮定する。吸収された光は、装置の活性領域の 中で同数の電子とホールを発生する。電荷キャリアが活性領域から外に移動する 時、電子はホールよりも先に進むと考えられる。すると電界が発生し、この電界 は電子を遅くするするように働き、一方ホールを加速するように働く。もし電荷 キャリアがＳＬ吸収体の外部電界の中で移動するならば、電子とホールの間の移 動度の大きな差が原因となって生ずる付加的電界は、外部電界と反対の方向であ る。したがって、ＳＬに作用する実効電界は、電荷キャリア密度が増大すると共 に減少する。 したがって、ＳＬ装置の中で吸収されるエネルギが増加することは、活性領域 の中の正味の電荷密度が増大することを意味し、そして実効電界が減少すること を意味する。電界が減少すると共に吸収係数が減少するので、このことは観察さ れた飽和効果を説明する可能性がある。下記において、単純な理論モデルの枠の 中で、この効果の大きさを評価する。 第１近似として、電子は活性領域から極めて急速に除去されると仮定される。 したがって、残っている電荷密度は全部ホールで構成されることになる。ガウス の法則を用いて、活性領域の中のホールにより誘起される電界Ｅ_iudを求めると 、次の結果が得られる。 Ｅ_ind＝２πａｎ_h ここで、ａは活性領域の横断方向の寸法、ｎ_hはホールの密度である（すべての 量は原子単位で表されている）。張り付いたホールにより生ずる活性領域の両端 の電位差は、φ_iud＝ａＥ_iudの程度である。 臨界密度ｎ_cは、装置の吸収係数を大幅に減少させるのに十分である最小の張 付きホール密度として定義される。装置の両端の電位の許容される最大減少量を δφとする。したがって、活性領域の中の許容される最大の正味の電荷密度は ｎ_max（ｃｍ^-3）＝１．１×１０²²δφ（Ｖ）／ａ²（Å） である。ここで、用いられている単位はそれぞれの量に対して示されている。吸 収モードにおいて要求される電位は３Ｖであると仮定し、そして１０％の減少が 受け入れ可能であると仮定するならば、得られる結果はδφ＝０．３Ｖである。 典型的な装置では、横断方向の厚さはａ＝５００Åである。この場合、許容され る最大の正味の密度はｎ_max＝１．３×１０¹⁶ｃｍ^-3である。 典型的な装置に対する電荷キャリア密度は、１０¹²ｃｍ^-3であると評価するこ とができる。この密度は、臨界密度ｎ_maxよりはるかに小さい。実際、ホール移 動度のこの評価は、大幅な「張付きホール効果」（ｓｔｕｃｋ ｈｏｌｅ ｅｆ ｆｅｃｔ）を得るために、１０^-4の因子だけ小さくなければならない。したがっ て、この解析は、張付きホール効果がＳＬ飽和に対し支配的な理由ではないこと を示している。 同様に、二極同時拡散モデルがＳＬ飽和を完全には説明しないことは明かであ る。もし（横断方向および横方向の）二極同時拡散が支配的な移動であるならば 、その結果誘起される電界はなお期待されるかも知れない。この現象の簡単なモ デルの概要を下記で説明する。 電子およびホールが稀薄な気体である場合、電荷粒子は背景にある散乱体と相 互作用し、そして相互の間では作用し合うことはない。電子の拡散係数はホール の拡散係数よりもはるかに大きい（Ｄ_e＞＞Ｄ_h）と考えられる。電子の移動度μ_e およびホールの移動度μ_hは、アインシュタインの関係式μ_i＝Ｄ_i／ｋＴにより 、拡散係数と関係付けられていると考えられる。ここで、Ｔは温度である。さら に、典型的な長さであるＬの領域の中で、電子とホールの非平衡分布ができると 仮定される。ＳＬ装置では、Ｌは活性領域の横断方向の寸法または横方向の寸法 であるであろう。 誘起電界の影響を受けながらの電子とホールの両方の拡散は、これらの仮定の 下で、二極同時拡散の理論により記述される。この理論のいくつかの非常に重要 な特性が、下記の説明で強調される。 時間τ_e＝Ｌ／Ｄ_e、の後、電子が熱平衡分布に到達し、一方ホールの対応する 緩和時間はτ_h＝Ｌ／Ｄ_h＞＞τ_eである。したがって、電子がまず熱平衡分布に 到達し、次にホールが熱平衡分布に到達するであろう。長い方の時間間隔τ_hが 経過した後において、電子分布はホール分布に非常に近くなるであろう。電荷キ ャリアの共同拡散は拡散係数Ｄ_a＝２Ｄ_iにより記述されることを示すのは容易で ある。 二極同時拡散の下で誘起電界を評価するために、電子の連続の式は ｌ_e＝−ｎ_eμ_e ｅＥ−Ｄ_e▽ｎ_e である。ここで、ｎ_eは電導電子密度である。電子はいつでも統計的平衡にある と仮定することができるから、電子電流ｉ_eはゼロであると仮定することができ る（電子電流はこの式の主要項に対して約Ｄ_i／Ｄ_e〜１０^-2倍小さい）。拡散項 と釣り合うのに必要な電界はＥ＝ｋＴ／Ｌである。 したがって、活性領域の中における「張付きホール効果」による全電位降下は 、δＶ＝ＥＬ＝ｋＴの程度である。この結果は、移動の詳細なパラメータとキャ リア密度とに無関係であることに注目されたい。 電荷キャリアの移動は実効拡散定数によりほぼ十分に記述することができ、そ してアインシュタインの関係式は十分に成立する。 δＶは室温では２５ｍＶであり、一方加えられる電圧は１〜５Ｖである。二極 同時拡散効果は、観測された飽和現象を説明するには小さ過ぎるように思われる 。 発明の要約 本発明は、吸収されるエネルギが増大すると共に光吸収係数が減少するという 先行技術の問題点を扱う。この問題点は、例えば光スイッチにＳＬ光吸収体を応 用する可能性に対し、それを限定したものにする。それは、飽和効果のために、 吸収される光エネルギに上限が設定されるからである。 本発明は、基板の抵抗値を減少させることにより、飽和閾値を増加させること ができるという結論に基づいている。このことは、基板を薄く作成することによ り、または基板の中の不純物添加量を増加させることにより、実施することがで きる。不純物添加量を少なくとも１０倍増加させるならば、エネルギ吸収閾値を １０倍増加するであろうことを明かする。 要約をすれば、本発明は、Ｒ_SNBSがオームで表された基板抵抗値とし、そして Ｐが毎秒あたりの光子で表された要求された飽和閾値として のように、基板の寸法と不純物添加量とを選定する段階を備えた、超格子吸収体 を作成する方法として説明することができる。 図面の簡単な説明 添付図面を参照して本発明を説明する。 第１図は、多数キャリア密度をＰ＝Ｎ_A−Ｎ_Dとして、種々の多数キャリア密度 に対するＰ形ＩｎＧａＡｓＰの計算された吸収曲線（λ＝１．３μｍ）を示した グラフである。 第２図は、ＳＬ吸収体の相対的寸法を示す図である。 第３図は、本発明による超格子光吸収体の図である。 第４図は、第２図の等価回路の概要図である。 本発明の発見は、観測された飽和効果を直列抵抗器モデルで最もよく説明する ことができることを見出したことである。従来の理論は、重いホールが吸収体の 活性領域に張付くというものである。この理論によれば、その結果誘起される電 界は、大きな吸収係数を維持するのに必要な外部電界を破壊する。けれども、重 いホールは従来仮定されていたよりもはるかに移動しやすいことが最近分かった 。 したがって、飽和効果に対する従来の理論は正しくない可能性がある。 また別の説明は、直列抵抗器モデルに基づいている。このモデルでは、光子が 吸収される時、電子・ホール対が発生するために、活性領域の中の外部電界が小 さくなることが示される。このことは、吸収体の中に誘起電流を生ずる。基板が 大きな抵抗値を有するので、電位降下の大部分は基板の中に存在するであろう。 吸収されるエネルギ量が増大すると誘起電流の増大を要求し、したがって、基板 の両端の誘起電位降下の増大を要求する。その結果、吸収体の活性部分の電界が 小さくなる。 本発明は、基板の抵抗値を小さくすることにより飽和閾値を増加させることが できる、という結論に基づいている。このことは、基板の厚さを典型的な厚さよ りも薄くする、または基板の中の不純物添加量を通常の不純物添加量よりも増加 する、のいずれかにより実行することができる。不純物添加量を少なくとも10倍 増加することが可能であり、このことにより、エネルギ吸収が１０倍増加するで あろう。 ＳＬ吸収体の動的振舞いを説明するために、いくつかの量の大きさの順序が第 ３図に示されている。例示された装置の活性領域の縦方向の長さはＬ＝１００μ ｍであり、そして横方向の幅はｗ＝２μｍである。縦方向の長さＬおよび横方向 の幅ｗは、第２図に示されている。典型的な装置は１０個の（１０）ＳＬ面で構 成される。それぞれの面の厚さはｄ＝５０オングストロームである。したがって 、横方向の全体の厚さはａ＝１０×ｄ＝０．０５μｍである。したがって、全体 の体積はＶ_T＝ａｗＬ＝１０（ｃｍ）³である。 説明の１つの例として、この装置は吸収モードにおいて、α＝１００ｃｍ^-1の 吸収係数を有すると仮定される。このことは、大部分の吸収は吸収部材の最初の １００μｍの厚さの中で起こることを意味する。 吸収のピークは、１．３μｍの波長において、Ｐ_γ＝２×１０¹⁷γ／ｓの光子 吸収率に対応してＰ＝３０ｍＷであるとすることができる。このことは、活性体 積Ｖ_Tの中で、電荷のキャリアがＲ_cc＝１０²⁸ｃｍ^-3ｓ^-1の速さで発生すること を意味する。典型的にはＶ_ext＝２．５Ｖの電位がｚ軸方向に加えられる。 有効な変調速度は約１０ＧＨｚであるであろう。この変調速度は典型的な変調 時間の大きさτ_m＝１０^-10ｓに対応する。吸収体の中に誘起される電荷キャリア の緩和時間は、好ましくは、τ_mよりもはるかに小さくなければならない。軽い ホール（ｌｉｇｈｔ ｈｏｌｅｓ、ｌｈ）と重いホール（ｈｅａｖｙ ｈｏｌｅ ｓ、ｈｈ）との両方は、吸収の過程において発生する。けれども、軽いホールと 重いホールは、電子・電子散乱および電子・光子散乱により、10^-13〜10^-12ｓ程 度の時間で急速に混合する。説明の便宜上、軽いホールと重いホールは熱平衡分 布にあると考えて十分である。 本発明に関連して注目される動的振舞いは、大エネルギ量および緩和時間にお いて、観察される吸収体の飽和である。重要な論点は、誘起された電荷キャリア がどのような経過をたどるかである。 ＳＬ吸収体の活性領域から電子およびホールが逃散する機構、a.k.a.キャリア 損失機構が存在する。これらには、再結合、拡散、および横断方向電導が含まれ る。電荷キャリアの種々の逃散経路を比較することにより、電界が加えられてい る時、ＳＬ装置の横断方向に沿っての電導による移動が支配的であり、そして電 界が加えられていない時、拡散が支配的であることが分かった。 ＩｎＧａＡｓＰ半導体装置の室温における再結合は、主としてオージェ（Ａｕ ｇｅｒ）機構が原因で起こる。単位体積当たりの再結合速度はＲ_A＝Ｃｎ³で表さ れると評価されている。ここで、ｎは電荷キャリアの密度、そしてＣ＝10^-29ｃ ｍ⁶ｓ^-1である。生成速度Ｒ_ccが再結合速度Ｒ_Aに等しいとして、活性吸収体積Ｖ_T の中で定常状態にあると仮定するならば、誘起キャリアの密度は１０¹⁹ｃｍ^-3 であり、そしてオージェ再結合によるキャリアの寿命はｔ_A＝10^-9ｓ^-1に過ぎな い。したがって、再結合は支配的なキャリア損失機構としては現れない。 拡散の場合、電荷キャリアは拡散により活性領域から外に移動する。この拡散 による速度は下記のフィック（Ｆｉｃｋ）の法則により評価することができる。 密度が統計的な平衡に達していない場合、ドメインの寸法がｓであると仮定す るならば、この方程式によりｉ〜Ｄｎ／ｓが得られる。したがって、キャリアが 拡散により横方向（ｘ軸方向）に失われる速度はＲ_y＝２ａＬＤ_yｎ／ｗである ことができる。ここで、ｄ_yは横方向の拡散係数である。 横断方向（ｚ軸方向）では、対応する輸送速度はＲ_z＝２ｗＬＤ_zｎ／ａとなる ことは明かである。したがって、横方向と横断方向との拡散損失の相対的重要度 はＲ_y／Ｒ_z＝（ａ／ｗ）²（Ｄ_y／Ｄ_z）である。 仮定された寸法を用いるならば、（ａ／ｗ）²＝１／１６００であり、一方ア インシュタインの関係式μ＝Ｄ／ｋＴにより、Ｄ_y／Ｄ_zは約１である。移動度に 関しては第１図を見よ。したがって、横断方向（ｚ軸方向）の拡散が支配的であ る、と結論することができる。横断方向の拡散が支配的であると仮定するならば 、誘起電荷キャリア密度ｎはａＰ／２ｗＬＤ_z〜１０¹⁴ｃｍ^-3にほぼ等しい。こ こで、この評価された数値では、典型的な装置に対し前記で説明したパラメータ の値を仮定している。したがって、拡散によるキャリアの寿命はτ_d〜ｎＶ_T／Ｐ 〜１０^-14ｓである。 外部電界がｚ軸方向に加えられる時、横断方向の電導によるキャリアの移動が 起こる。その電流はｉ＝ｎμｅＥである。ここで、Ｅは電界である。その結果と して生ずるキャリア損失速度はＲ_cond＝２ｗＬｎμｅＥ−（２ｗＬＤ_zｎ／ａ） （ｅＥａ／ｋＴ）である。対応する電荷キャリア密度はｎ〜（ＡＰ／２ｗＬＤ_z ）（ｋＴ／ｅＥａ）〜10¹²ｃｍ^-3である。ここで再び、典型的な装置のパラメー タの値（例えば、Ｖ_ext＝Ｅａ＝２．５Ｖ）が仮定された。したがって、横断方 向の電導によるキャリアの寿命はτ_d〜ｎＶ_T／Ｐ〜１０^-16ｓである。 このことは、電界が加えられている時、ＳＬ装置に沿ｕ横断方向の電導による 移動が支配的であり、一方電界が加えられていない時、拡散が重要であることを 示す。 Ｐ形不純物が添加された層およびＮ形不純物が添加された層により取り囲まれ たＳＬ装置の中の活性層の直列抵抗器モデルが、下記で説明される。 超格子装置の中の活性層または活性領域１０が、Ｐ形不純物が添加された層１ ２およびＮ形不純物が添加された層１４により取り囲まれることが、第３図に示 されている。Ｐ形不純物が添加された層およびＮ形不純物が添加された層の厚さ は０．２μｍより薄いことができ、および不純物添加濃度は１０¹⁷ｃｍ^-3である ことができる。外部電界を得るために、接触体層１６および１８が用いられる。 それらの電気的性質の簡単なモデルは、外部電界Ｖが原因となって抵抗器を通し て電流が流れるというものである。 図３に示されているように、活性層の抵抗値Ｒ_ACTと、Ｐ形層１２とＮ形層１ ４の組合わせ抵抗値と、が結合されて基板抵抗値Ｒ_SUBSが形成される。 ホールと電子との再結合の効果を無視するならば、装置を流れる電流Ｉは次の 式（式１）により表される。 Ｉ＝２×１．６×１０^-19Ｐ ここで、Ｐは活性領域の中で吸収される毎秒当たりの光子である。オームの法則 により、活性領域ｎｏ両端に加えられた電位の減少量は、基板抵抗値Ｒ_SUBSの両 端の電位に等しい。したがって、下記の式が得られる。 δＶ＝Ｒ_SUBSＩ したがって、毎秒当たりＰ個の光子に対し要求された飽和閾値は のように、基板寸法および／または不純物添加量を選定することにより達成する ことができる。ここで、Ｒ_SUBSはオーム（Ω）で表された基板抵抗値、Ｐは毎秒 当たり（ｓ^-1）の光子の要求された飽和閾値である。この式は、δＶは非常に小 さくて装置の吸収特性を変えることはほとんどないという制約の下で、式１をオ ームの法則の中に代入することにより得られる。 前記で詳細に説明された例示的実施例の場合、電流Ｉは６４ｍＡである。この 基板の抵抗値Ｒ_SUBSは、仮定された不純物添加量が１０¹⁷ｃｍ³であることに基 づいて、１０Ωの程度であると評価することができる。基板の抵抗値を測定した ところ、６Ω程度に小さいことが分かった。したがって、直列抵抗器効果による 電位の減少の評価値は、約０．４Ｖであるであろう。これは加えられた全電圧に 対し大きな割合を占め、したがって、飽和効果が起こることを期待することがで きる。 ＳＬ装置の改良された動的特性は、不活性層１６および１８ができるだけ小さ な抵抗値を有するＳＬ装置により達成することができる。Ｎ形層１６およびＰ形 層１８の不純物添加量を増加することにより、このことを達成することができる 。 不活性領域の抵抗値は電荷キャリア密度に逆比例Ｒ_SUBS〜１／ｎ_SUBSする。け れども、不純物添加量を増加することにより、抵抗値が減少し、かつ不活性層の 吸収が増加するであろう。 全吸収係数は下記の式で表すことができる。 ａ＝Γａ_ACT＋（１−Γ）ａ_SUBS ここで、Γは閉込め因子、ａ_ACTは活性領域の吸収係数、およびａ_SUBSは不活性 領域の吸収係数である。不活性領域のバンドギャップが吸収される周波数よりも 大きいと仮定するならば、不純物添加量の増加と共に、ａ_SUBSは増大するはずで ある。もし閉込めＳＬ部材が用いられるならば、さらに複雑な関係を期待するこ とができる。 直列抵抗器モデルに従うならば、飽和レベルとバックグラウンド吸収との間の 釣り合いを制御するのは、不活性領域の不純物添加量（または厚さ）である。前 記で評価されたＲ_SUBSは、不純物添加量が１０¹⁷ｃｍ^-3の程度であることに基づ いている。第１図（Ｎ．Ｋ．ダッタ（Ｎ．Ｋ．Ｄｕｔｔａ）の論文「Ｉｎ_0.72Ｇ ａ_0.28Ａｓ_0.6Ｐ_0.4の中の計算された吸収、放射、および利得（Ｃａｌｃｕｌａ ｔｅｄ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，Ｅｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｄ Ｇａｉｎ ｉｎ Ｉｎ_0.72Ｇａ_0.28Ａｓ_0.6Ｐ_0.4）」、ジャーナル・オブ・アプライド・フジイッ クス（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．） 、第５１巻、第１２号、６０９５〜１００頁 、１９８０年１２月）に開示されているように、不純物添加量が少なくとも１桁 増加すると、吸収されるエネルギ量が１０倍増大させることができる。 本発明の範囲内において、本発明の多くの変更実施例を構成することができる 。本発明の範囲は、開示された特定の実施例に限定されるのではなく、請求項に 開示されている内容によってのみ定められる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１形の第１半導体層と、光子を吸収するために前記第１半導体層と接触 して動作する活性層と、前記活性層と接触して動作する第２形の第２半導体層と の、積層構造体を有する超格子光吸収体の吸収閾値を増加する方法であって、 前記第１半導体層および前記第２半導体層のうちの少なくとも１つの電気抵抗 値を減少させる段階を有する、前記方法。 ２．第１項記載の方法において、前記電気抵抗値を減少させる前記段階が前記 第１半導体層および前記第２半導体層のうちの少なくとも１つを通常よりも薄く 作成する段階を有する、前記方法。 ３．第１項記載の方法において、前記電気抵抗値を減少させる前記段階が前記 第１半導体層および前記第２半導体層のうちの少なくとも１つの不純物添加量を 減少させる段階を有する、前記方法。 ４．第１項記載の方法において、前記第１半導体層および前記第２半導体層の うちの少なくとも１つの前記電気抵抗値が、Ｒ_SUBSをオームで表された基板抵抗 値、Ｐを毎秒当たりの光子で表された要求された飽和閾値として である、前記方法。 ５．第１形の第１半導体層を作成する段階と、 光を吸収するための活性層を作成する段階と、 第２形の第２半導体層を作成する段階と、 を有し、かつ 前記第１半導体層と、前記第１半導体層と接触して動作する前記活性層と、前 記活性層と接触して動作する前記第２半導体層とが、積層構造体を構成しており 、かつ 前記第１半導体層および前記第２半導体層のうちの少なくとも１つの電気抵抗 値が６オーム以下である、 超格子光吸収体を作成する方法。 ６．第５項記載の方法において、前記第１半導体層および前記第２半導体層の うちの少なくとも１つの厚さが０．２μｍ以下である、前記方法。 ７．第５項記載の方法において、前記第１半導体層および前記第２半導体層の うちの少なくとも１つの不純物添加量が１０¹⁷ｃｍ^-3以下である、前記方法。 ８．第５項記載の方法において、前記第１半導体層および前記第２半導体層の うちの少なくとも１つの電気抵抗値が、Ｒ_SUBSをオームで表された基板抵抗値、 Ｐを毎秒当たりの光子で表された要求された飽和閾値として である、前記方法。 ９．第１形の第１半導体層と、 前記第１形の第１半導体層と接触して動作しかつ光を吸収するための、活性層 と、 前記活性層と接触して動作する第２形の第２半導体層と、 前記第２半導体層と接触して動作する第２電気接触体層と、 を有し、かつ 前記第１半導体層および前記第２半導体層のうちの少なくとも１つの抵抗値が ６オーム以下である、超格子光吸収体。 10．第９項記載の装置において、前記第１半導体層および前記第２半導体層の うちの少なくとも１つの前記抵抗値が、Ｒ_SUBSをオームで表された基板抵抗値、 Ｐを毎秒当たりの光子で表された要求された飽和閾値として である、前記装置。 11．第９項記載の装置において、前記第１半導体層と接触して動作する第１電 気接触体層をさらに有する、前記装置。 12．第９項記載の装置において、前記第２半導体層と接触して動作する第２電 気接触体層をさらに有する、前記装置。