JPS60785A - 半導体光検出装置 - Google Patents

半導体光検出装置

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JPS60785A
JPS60785A JP58108342A JP10834283A JPS60785A JP S60785 A JPS60785 A JP S60785A JP 58108342 A JP58108342 A JP 58108342A JP 10834283 A JP10834283 A JP 10834283A JP S60785 A JPS60785 A JP S60785A
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JP
Japan
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semiconductor
layer
semiconductor layer
conductivity type
superlattice structure
Prior art date
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Pending
Application number
JP58108342A
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English (en)
Inventor
Seigo Taruchiya
清悟 樽茶
Yoshiharu Horikoshi
佳治 堀越
Hiroshi Okamoto
岡本 紘
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPS60785A publication Critical patent/JPS60785A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035236Superlattices; Multiple quantum well structures
    • H01L31/035263Doping superlattices, e.g. nipi superlattices

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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】 本発明は、なだれ増倍効果を有する半導体光検出装置に
関する。
なだれ増倍効果を有する半導体光検出装置として、従来
、第1図に示寸ように、例えばn+型の半導体基板1と
、その半導体基板1上にpH接合2を形成1゛るように
形成されたp+型の半導体層3どを有する構成のものが
提案されている。
このJ:うな構成を右する半導体光検出装置は半導体基
板1及び半導体層3間に、例えば負部4を介して、バイ
アス電源5を、pn接合2が逆バイアスされる極性で接
続しているどき、第2図に示すようなエネルギバンドギ
ャップを有し、pH接合2から、その両側に拡がってい
る空乏層6を形成している。
従って、このJ:うな状態で、半導体層3側の外部から
、光7を、半導体層3を通じて、空乏層6内に入射させ
れば、その光7が空乏層6で吸収されて、その空乏層6
内に、電子・正孔対が発生する。
そして、その電子・正孔対の電子8及び正孔9が、空乏
層6にd3ける電界によって加速され、そして、なだれ
増倍効果を伴なって、それぞれ半導体基板1の半導体層
3側とは反対側及び半導体層3側の半導体基板1側とは
反対側到達覆る。
このため、負荷5に、入射する光4の強さに応じて増倍
された電流が供給される、という光検出機能を呈する。
ところで、第1図に示す従来の半導体)■検出装置の場
合、光4が、半導体基板1及び半導体層3を構成してい
る半導体材料固有のエネルギバンドギャップよりも長い
波長を有している場合、その先4が空乏層6に到達しな
いので、その光に対してほどんど感度を有しない。例え
ば、半導体基板1及び半導体層3がS;でなる場合、可
視光から1μm以下の波長領域を右する光に対しては感
度を有しているが、それ以上に長い波長領域の光に対し
ては感度をはとlυどイjしない。また、半導体基板1
及び半導体層3がQeでなる場合、1・〜1,8μmの
波長領域を右りる光に対”しては感度を有しているも、
それ以上に長い波長領域の光に対しては感度をほとんど
有していない。
従って、第1図に示ず従来の半導体光検出装置場合、そ
れを構成している半導体のエネルギバンドギャップによ
つ−C決められた波長以下の短い波長を右する光に対し
てしか、光検出機能を早しないので、長波長の光検出機
能を得ることができない、という欠点を有していた。
よって、本発明は、−に述した欠点のない、新規な半導
体光検出装置提案せんとづ−るもので、以下詳述すると
ころから明らかとなるであろう。
第3図は、本願第1番目の発明による半導体光検出装置
の一例を示し、次に述へる構造を有する。
づ′なりち、例えは、n+型の半導イホ見板11ど、そ
の半導体基板11上に形成された超格子構造体層12と
、その超格子17/、造体層12上に形成されたl)+
型の半導体層13とを右する。
この場合、半導体基板11、超格子構造体層12及び半
導体層13がともに、3i、Qe、QaAsXlnGa
As系、ln Qa AS系などの同じ半導体で1?4
成されている。
また、超格子構造体層12が、例えば100〜200O
Aの極薄の厚さを有づる例えばn+型の超薄半導体膜1
4と、同様に極薄の厚さを有する例えばp+型の超薄半
導体膜15どが順次交互に積層され、全体として、p型
を有し且つ半導体層13に比し低い不輔物淵度を右する
、すなわち、例えばp−型を有する、それ自体は公知の
超格子構造体層の構成を有−リ”る。
以上が、本願第1番目の発明による半導体光検出装置の
一例構成である。
このような構成を有する半導体光検出装置によれば、半
導体基板11と半導体層13どの間に、例えば負荷16
を介して、バイアス電源17を、半導体基板11側が正
極性となるように接続しているとき、第4図に示Jよう
なLネルギバンド構造を有し、半導体基板11と超格子
構造体層12との間の接合18(全体としてみたときp
n接合)から、その両側に拡がっている空乏層19を形
成している。一方、超格子構造体層12は、n型の超薄
半導体膜14及びp型の超薄半導体膜15が交H順次に
積層されいるのに応じた周期性のエネルギボテフシ1フ
ルを有している。
従って、このような状態で、半導体層13の外側から、
光20を入用させれば、その光20が主として、超格子
構造体層12の空乏層19が形成されていない領域21
で吸収され、ぞしてその領域21で電子・正孔対が発生
する。
また、このように領域21に発生覆る電子・正孔対中の
電子22は、空乏層19ての電界によって加速され、よ
って、なだれ増倍効果を伴なって、半導体基板11の超
格子(j4構造層12側とは反対側に到着し、また、正
孔23が、半導体□層13に到達り−る。
このため、負荷16に、入射する光20の強さに応じて
増倍された電流が供給されるという光検出機能を呈する
しかしながら、第3図に示り本願第1番目の発明による
半導体光検出装置によれば、光20の波長が、電子22
のエネルギー準位24と正孔23のエネルギ準位25と
の差に対応する波長よりも短い波長であるとぎ、超格子
構造体層12内に電子・正孔対が発生し、そして、その
エネルギ準位24及び25の差は、超格子構造体層12
を構成している半導体の■ネルギバンドギA・ツブに比
し小さい。このため、超格子構造体層12を構成してい
る半導体のエネルギバンドギャップに対応する波長より
も長い波長を有する光に対しても光検出(環化を有づる
よって、第3図に示ず本願第1番目の発明による半導体
光検出装置によれば、同じ半導体を使用した第1図で上
述した従来の半導体光検出装置に比し、長い波長を有す
る光に対しても光検出機能を早する、という大なる特徴
を右する。
次に、本願第2番目の発明による半導体光検出装置につ
いて述べよう。
第5図は、本願第2番目の発明による半導体光検出装置
の一例を示し、次に述べる構成を有する。
第5図において、第3図どの対応部分には同一符号をイ
リして詳細説明を省略する。
第5図に示づ一本願第1’目の発明による半導体光検出
装置は、第3図に示す本願第1番目の発明による半導体
光検出装置の構成にJ3いて、その半導体基板11と超
格子構造体層12との間に、その半導体基板11側の例
えばp−型の半導体層61と、超格子IM造体層12側
の半導体層61に比し高い不純物潤度のp型の半導体層
62どが積層された状態で介挿されていることを除いて
、祥)3図に示J*願第1番目の発明による半導体光検
出装置と同様の構成を有ηる。
以−[が、本願第2番目の発明による半導体光検出装置
の一例構成である。
このような構成を右する半導イホ光検出装置ににれば、
それが上述した事項を除いて、第3図に示゛り本願第1
番目の発明にJ:る半導1ホ光検出装置と同様の構成を
右づるので、詳細説明は省略するが、第3図に示づ°本
願第1番目の発明による半導体光検出装置で上述した場
合と同様に、半導体基板11及び半導体層13間に、負
荷16を通じてバイアス電源17を接続し−Cいるとき
、第6図に示すエネルギバンド構造を有し、そして、そ
のバイアス電源17の電圧を予め適当に選定してお1プ
ば、半導体基板11と半導体層61との間のpn接合6
3から、主として半導体層62側に拡がり、その半導体
層62内で終息する空乏層64を形成−リ−ることがで
きる。
このため、このような状態で、第3図で上述した本願第
1番目の発明による半導体光検出装置の場合と同様に、
半導体層13側の外部から、光を20を入射させれば、
超格子構造体層12の全域内で、電子・正孔対が発生し
、そしてその電子22が空乏層64にJ3ける電界にJ
:つて加速され、従って、なだれ増倍効果を伴なって、
半導体基板11に到達し、また、正孔23が半導体層1
3に到着し、にって、入射される光20の強さに応じた
、増倍された電流を負葡16に供給することができる。
従って、第5図に示ず本願第2番目の発明による半導体
光検出装置の場合も、第3図に示づ本願第1番目の発明
による半導体光検出装置の場合と同様の光検出機能を呈
づ゛る。
しかしながら、第5図に示1本願第2?5目の発明によ
る半導体光検出装置の場合、半導体基板11及び半導体
層61間の1111接合63から拡がっているが、超格
子構造体層12内に実質的に拡がっていない空乏層64
で、なだれ増倍効果が得られるので、第3図に示1本願
第1番目の発明にJ、る半導体光検出装置の揚台に比し
、効果的に、なだれ増倍効果を得ることができ、また、
空乏層64による電界にJ:つて、超格子構造体層12
がブレイクダウンする1mれを有しない、などの特徴を
有する。
なお、上述においては、本願第1番目の発明による半導
体光検出装置、及び本願第2番目の発Illによる半導
体光検出装置のそれぞれについて、1つの例を述べたに
留まり、本発明の精神を1112することなしに、種々
の変型、変更をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の半導体光検出装置を原理的に示す路線
的断面図である。 第2図は、第1図に示ず従来の半導体光検出装置をエネ
ルギバンド構造で示す図である。 第3図は、本願第1番目の発明による半導体光検出装置
の一例を原理的に示づ゛路線的断面図である。 第4図は、第3図に示−4本願第1番[]の発明による
半導体光検出装置をエネルギバンド構造で示す図である
。 第5図は、本願第2番目の発明による半導体光検出装置
の一例を原理的に示す路線的断面図である。 第6図は、第5図に示す本願第2番目の発明による半導
体光検出装置をエネルギバンド構造で示す図である。 11・・・・・・・・・・・・・・・半導体基板12・
・・・・・・・・・・・・・・超格子構造体層13・・
・・・・・・・・・・・・・半導体層14.15・・・
・・・超薄半導体膜 16・・・・・・・・・・・・・・・負荷17・・・・
・・・・・・・・・・・バイアス電源18・・・・・・
・・・・・・・・・接合19・・・・・・・・・・・・
・・・空乏層20・・・・・・・・・・・・・・・光2
1・・・・・・・・・・・・・・・半導体層13の空乏
層19が形成されていない領域 22・・・・・・・・・・・・・・・電子23・・・・
・・・・・・・・・・・正孔24・・・・・・・・・・
・・・・・電子のエネルギ単位25・・・・・・・・・
・・・・・・正孔のエネルギ単位61.62・・・・・
・半導体層 63・・・・・・・・・・・・・・・pH接合出願人 
日本電信電話公社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の導電型を有する第1の半導体層乃至半導体基
    板と、 該第1の半導体層上に形成された超格子構造体層と、 該超格子構造体層上に形成された、第1の導電型とは逆
    の第2の導電型を有する第4の半導体層とを右し、 上記超格子構造体層が、第1の導電型を右する第1の超
    薄半導体膜と、第2の導電型を有する第2の超薄半導体
    膜とが順次交互に積層され、全体どして、」上記第2の
    導電型を有し且つ上記第4の半導体層に比し低い不純物
    8度を有−リ°ることを特徴とする半導体光検出装置。 2、第1の導電型を有りる第1の半導体層乃至半導体基
    板と、 該第1の半導体層乃至半導体基板上に形成された、第1
    の導電型とは逆の第2の導電型を有し且つ上記第1の半
    導体層に比し低い不純物8度を有する第2−の半導体層
    と、該第2の半導体層上に形成された、第2の導電型を
    有し且つ上記第2の半導体層に比し高い不純物濃度を有
    ターる第3の半導体層と、該第3の半導体層上に形成さ
    れた超格子構造体層と、 該超格子構造体層上に形成された、第2の導電型を有す
    る第4の半導体層とを有し、上記超格子構造体層が、第
    1の導電型を有する第1の超薄半導体膜と、第2の導電
    型を有する第2の超薄半導体膜とが順次交互に積層され
    、全体として、上記第2の導電型を有し且つ上記第4の
    半導体層に比し低い不純物濃度を有することを特徴と1
    6半導体光検出装置。
JP58108342A 1983-06-16 1983-06-16 半導体光検出装置 Pending JPS60785A (ja)

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