JPS61224468A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS61224468A JPS61224468A JP60065605A JP6560585A JPS61224468A JP S61224468 A JPS61224468 A JP S61224468A JP 60065605 A JP60065605 A JP 60065605A JP 6560585 A JP6560585 A JP 6560585A JP S61224468 A JPS61224468 A JP S61224468A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/08—Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H01L31/1075—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
ヘテロ構造を有する半導体受光素子において、ヘテロ界
面を形成する両半導体の薄層を交互に繰り返し積層して
なる遷移領域を両半導体間に設けることにより、 ヘテロ界面におけるキャリアの蓄積を低減させて、高速
の信号応答を可能にしたものである。
面を形成する両半導体の薄層を交互に繰り返し積層して
なる遷移領域を両半導体間に設けることにより、 ヘテロ界面におけるキャリアの蓄積を低減させて、高速
の信号応答を可能にしたものである。
本発明は、ヘテロ構造を有する半導体受光素子に係り、
特に、そのヘテロ界面の改良に関す。
特に、そのヘテロ界面の改良に関す。
半導体受光素子は、光を媒体にして多量の情報を扱う光
通信や情報処理の光信号受信素子として多用されるよう
になってきた。
通信や情報処理の光信号受信素子として多用されるよう
になってきた。
このような用途の半導体受光素子には、感度や高速応答
性の点から、ヘテロ構造（一つの結晶の中で異種の半導
体が接合されている構造）を有するアバランシ・ホトダ
イオード（Ａ Ｐ Ｄ）やピーアイエヌ・ホトダイオー
ド（ＰＩＮ−ＰＤ）などが使用されるが、光信号源とな
る半導体レーザとの組み合わせから一層の高速応答性が
求められている。
性の点から、ヘテロ構造（一つの結晶の中で異種の半導
体が接合されている構造）を有するアバランシ・ホトダ
イオード（Ａ Ｐ Ｄ）やピーアイエヌ・ホトダイオー
ド（ＰＩＮ−ＰＤ）などが使用されるが、光信号源とな
る半導体レーザとの組み合わせから一層の高速応答性が
求められている。
第４図は光通信（波長＝１．５５または１．３０）に使
用される従来の代表的な半導体受光素子であるＡＰＤの
側断面図である。
用される従来の代表的な半導体受光素子であるＡＰＤの
側断面図である。
同図において、１１はｎ＋型インジウム燐（ＩｎＰ）の
基板、１２はｎ型ＩｎＰのバッファ層（ｎ ＜ Ｉ Ｘ
ｌ０ＩＳＣＩｌ＋−’、厚さ＃２μＩＩ＋）、１３はｎ
型インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）の光吸収層
（ｎ〈Ｉ Ｘ１０１５ｃｍ−３、厚さ”３＃１Ｉｌ）、
１４はｎ型１ｎＰのキャリア増倍層（ｎ ＃ ２ ＸＩ
Ｏ”ｃｍ−’、厚さ＃１＃ｍ）、１５はｎ型１ｎＰのｐ
４型領域形成層（ｎ ＜ Ｉ Ｘ １０Ｉ１０ｌ５’、
厚さ＃４μｍ）で、１２〜１５は基板１１上に順次エピ
タキシャル成長されてなっている。
基板、１２はｎ型ＩｎＰのバッファ層（ｎ ＜ Ｉ Ｘ
ｌ０ＩＳＣＩｌ＋−’、厚さ＃２μＩＩ＋）、１３はｎ
型インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）の光吸収層
（ｎ〈Ｉ Ｘ１０１５ｃｍ−３、厚さ”３＃１Ｉｌ）、
１４はｎ型１ｎＰのキャリア増倍層（ｎ ＃ ２ ＸＩ
Ｏ”ｃｍ−’、厚さ＃１＃ｍ）、１５はｎ型１ｎＰのｐ
４型領域形成層（ｎ ＜ Ｉ Ｘ １０Ｉ１０ｌ５’、
厚さ＃４μｍ）で、１２〜１５は基板１１上に順次エピ
タキシャル成長されてなっている。
１６はその上に形成された二酸化シリコン（Ｓｉ０２）
の絶縁膜であり、１７は絶縁膜１６をマスクにしｐ型不
純物を拡散して形成されたｐ＋型拡散領域で、キャリア
増倍層１４との間にＰ−Ｎ接合を形成している。また１
日と１９はｐ＋型拡散領域１７と基板１１のそれぞれに
オーミック接触する金属の電極である。
の絶縁膜であり、１７は絶縁膜１６をマスクにしｐ型不
純物を拡散して形成されたｐ＋型拡散領域で、キャリア
増倍層１４との間にＰ−Ｎ接合を形成している。また１
日と１９はｐ＋型拡散領域１７と基板１１のそれぞれに
オーミック接触する金属の電極である。
このＡＰＤは、電極１８と１９の間に電極１８を負側に
した電圧が印加された状態で図上上方から光が入射する
と、光吸収層１３で発生したキャリアがキャリア増倍層
１４で増倍されて高感度の光−電気変換機能を示す。
した電圧が印加された状態で図上上方から光が入射する
と、光吸収層１３で発生したキャリアがキャリア増倍層
１４で増倍されて高感度の光−電気変換機能を示す。
しかしながら、光吸収ｒｆｉ１３とそれよりポテンシャ
ルギャップの大きなキャリア増倍層１４とのへテロ界面
におけるポテンシャル段差の傾斜が急峻であるため、光
吸収層１３で発生したキャリアがキャリア増倍層１４に
移行する際に、ヘテロ界面にキャリアの蓄積が生じて、
光信号に対する高速応答性が制限される問題がある。
ルギャップの大きなキャリア増倍層１４とのへテロ界面
におけるポテンシャル段差の傾斜が急峻であるため、光
吸収層１３で発生したキャリアがキャリア増倍層１４に
移行する際に、ヘテロ界面にキャリアの蓄積が生じて、
光信号に対する高速応答性が制限される問題がある。
この問題は、ヘテロ界面におけるポテンシャル段差の傾
斜をなだらかにすることにより解決されるので、近僚的
な改良として第５図に示す方策がある。
斜をなだらかにすることにより解決されるので、近僚的
な改良として第５図に示す方策がある。
即ち、光吸収層１３とキャリア増倍層１４との間にポテ
ンシャルギャップが光吸収層１３より大きくキャリア増
倍ＩＷ１４より小さなインジウムガリウム砒素燐（Ｉｎ
ＧａＡｓＰ）の層を挿入しポテンシャルギャップの遷移
領域２０とすることである。
ンシャルギャップが光吸収層１３より大きくキャリア増
倍ＩＷ１４より小さなインジウムガリウム砒素燐（Ｉｎ
ＧａＡｓＰ）の層を挿入しポテンシャルギャップの遷移
領域２０とすることである。
この方策は、遷移領域２０を多層構造にし各層のポテン
シャルギャップを徐々に変化するようにすれば望ましい
状態になるが、各層それぞれの組成を異ならせる必要が
あることから、製造上高々数層どまりとなり第４図図示
の場合より改良されるとは言え十分な改良にはなり得な
い。
シャルギャップを徐々に変化するようにすれば望ましい
状態になるが、各層それぞれの組成を異ならせる必要が
あることから、製造上高々数層どまりとなり第４図図示
の場合より改良されるとは言え十分な改良にはなり得な
い。
第１図は本発明の要旨を示すポテンシャルダイヤグラム
である。
である。
上記問題点は、同図に示すように、第一の半導体からな
り光を吸収する第一の半導体層１と該第一の半導体より
バンドギャップが大きい第二の半導体からなり第一の半
導体層１に接する第二の半導体層２との間に、 □ 該第二の半導体からなりキャリアが十分トンネル出来る
厚さの半導体層３と該第一の半導体からなる半導体層４
とが交互に繰り返し積層されてなる遷移領域５を有する
本発明の半導体受光素子によって解決される。
り光を吸収する第一の半導体層１と該第一の半導体より
バンドギャップが大きい第二の半導体からなり第一の半
導体層１に接する第二の半導体層２との間に、 □ 該第二の半導体からなりキャリアが十分トンネル出来る
厚さの半導体層３と該第一の半導体からなる半導体層４
とが交互に繰り返し積層されてなる遷移領域５を有する
本発明の半導体受光素子によって解決される。
本発明によれば、遷移領域５における半導体層４の厚さ
は、半導体Ｎ２側から半導体層１側に向けて順次厚（な
るのが望ましい。
は、半導体Ｎ２側から半導体層１側に向けて順次厚（な
るのが望ましい。
上記半導体層１と半導体層２は、第４図または第５図図
示の光吸収層１３とキャリア増倍層１４にそれぞれ該当
し、上記遷移領域５は第５図図示の遷移領域２０に相当
する。
示の光吸収層１３とキャリア増倍層１４にそれぞれ該当
し、上記遷移領域５は第５図図示の遷移領域２０に相当
する。
遷移領域５においては、キャリアがトンネル出来る厚さ
の半導体層３と半導体層２側から半導体層１側に向けて
順次厚くなる半導体層４とが交互に繰り返し積層されて
いるので、半導体Ｎ１と２とのへテロ界面における゛ポ
テンシャル段差の傾斜は第１、図の破線で示すようにな
だらかになり、光吸収層となる半導体層１で発生したキ
ャリアは、ペテロ界面における蓄積が第５図で説明した
場合よりも低減した状態で半導体層２に移行する。
の半導体層３と半導体層２側から半導体層１側に向けて
順次厚くなる半導体層４とが交互に繰り返し積層されて
いるので、半導体Ｎ１と２とのへテロ界面における゛ポ
テンシャル段差の傾斜は第１、図の破線で示すようにな
だらかになり、光吸収層となる半導体層１で発生したキ
ャリアは、ペテロ界面における蓄積が第５図で説明した
場合よりも低減した状態で半導体層２に移行する。
従ってかく構成された半導体受光素子は、従来より高速
の信号応答が可能になる。
の信号応答が可能になる。
なお半導体層２は、第４図または第５図図示のキャリア
増倍層１４に限られるものではな（、上記キャリアが移
行する半導体層であるならば、遷移領域５は同様に作用
する。
増倍層１４に限られるものではな（、上記キャリアが移
行する半導体層であるならば、遷移領域５は同様に作用
する。
第２図は本発明による半導体受光素子の一実施例の側断
面図、第３図は同じく他の実施例の側断面図である。
面図、第３図は同じく他の実施例の側断面図である。
第２図図示の半導体受光素子は、第４図図示のＡＰＤを
改良したもので、第５図図示の改良において光吸収層１
３とキャリア増倍層１４との間に設けた遷移領域２０を
第１図図示の遷移領域５にしたものである。
改良したもので、第５図図示の改良において光吸収層１
３とキャリア増倍層１４との間に設けた遷移領域２０を
第１図図示の遷移領域５にしたものである。
従って、遷移領域５以外は第４図図示と変わらない。
遷移領域５の詳細は、第１図を引用して説明すると次の
如くである。
如くである。
即ち、第１図における半導体層１と半導体層２は第２図
における光吸収層１３とキャリア増倍層１４である。
における光吸収層１３とキャリア増倍層１４である。
遷移領域５における半導体層３は、キャリア増倍層１４
と同−半導体即ちｎ ＃２ Ｘ １０”ｃｍ””のｎ型
ＩｎＰからなり、厚さは各層とも約１０人である。
と同−半導体即ちｎ ＃２ Ｘ １０”ｃｍ””のｎ型
ＩｎＰからなり、厚さは各層とも約１０人である。
同じく半導体層４は、光吸収層１３と同−半導体即ちｎ
〈Ｉ Ｘｌ０１５ｃｍ−３のｎ型１ｎＧａＡｓからな
り、厚さは、キャリア増倍層１４側から第一層目が約１
０人、第二層目が約２０人、第三層目が約３０人と順次
約１０人宛厚くなっている。
〈Ｉ Ｘｌ０１５ｃｍ−３のｎ型１ｎＧａＡｓからな
り、厚さは、キャリア増倍層１４側から第一層目が約１
０人、第二層目が約２０人、第三層目が約３０人と順次
約１０人宛厚くなっている。
そして半導体層３と４のそれぞれが２０層宛合計４０層
積層されて、遷移領域５の厚さは約０．１μｍである。
積層されて、遷移領域５の厚さは約０．１μｍである。
この積層は例えば分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ
法）または気相エピタキシャル成長法（Ｖ Ｐ Ｅ法）
などにより可能である。
法）または気相エピタキシャル成長法（Ｖ Ｐ Ｅ法）
などにより可能である。
かく形成されたＡＰＤは、遮断周波数がＩＧＨｚ以上と
なり、第４図図示のＡＰＤの遮断周波数が数百ＭＨｚど
まりであるのに比較して高速応答性が格段に向上してい
る。ちなみに第５図に示した改良による遮断周波数はＩ
ＧＨｚに達し得ない。
なり、第４図図示のＡＰＤの遮断周波数が数百ＭＨｚど
まりであるのに比較して高速応答性が格段に向上してい
る。ちなみに第５図に示した改良による遮断周波数はＩ
ＧＨｚに達し得ない。
第３図図示の半導体受光素子は、本発明の構成をＰＩＮ
−ＰＤ ２ Ｊ用した実施例である。
−ＰＤ ２ Ｊ用した実施例である。
同図において、２１はｎ＋型ＩｎＰの基板、２２はｎ型
ＩｎＰのバッファ層（ｎ ＜ Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−’、
厚さ＃４μｍ ） 、２３はｎ型ＩｎＧａＡｓの光吸収
層（ｎ＜ＩＸ１ｌＸ１０１５ｃ１、厚さ＃３μ１１１）
、２４はｎ型ＩｎＰのｐ１型領域形成層（ｎ ＃ ２
ＸＩＯ”ｃｍ−’、厚さ＃ １５ｐｍ）、２５はＳｉＯ
２の絶縁膜、２６はｐ型不純物を拡散して光吸収層２３
との間にＰ−Ｎ接合を形成するｐ＋型拡散領域、２７．
２８はオーミック接触する金属の電極である。
ＩｎＰのバッファ層（ｎ ＜ Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−’、
厚さ＃４μｍ ） 、２３はｎ型ＩｎＧａＡｓの光吸収
層（ｎ＜ＩＸ１ｌＸ１０１５ｃ１、厚さ＃３μ１１１）
、２４はｎ型ＩｎＰのｐ１型領域形成層（ｎ ＃ ２
ＸＩＯ”ｃｍ−’、厚さ＃ １５ｐｍ）、２５はＳｉＯ
２の絶縁膜、２６はｐ型不純物を拡散して光吸収層２３
との間にＰ−Ｎ接合を形成するｐ＋型拡散領域、２７．
２８はオーミック接触する金属の電極である。
そして本発明になる遷移領域５は、光吸収層２３とバッ
ファ層２２との間に設けらている。
ファ層２２との間に設けらている。
この遷移領域５の構成は、半導体層３ （第１図に図示
）がバッファ層２２の半導体に変わるのみで第２図で説
明したのと同様である。
）がバッファ層２２の半導体に変わるのみで第２図で説
明したのと同様である。
かく形成されたＰＩＮ−ＰＤの遮断周波数は、遷移領域
５を有しないものの二倍以上となり、遷移領域５の存在
は高速応答性の向上に寄与している。
５を有しないものの二倍以上となり、遷移領域５の存在
は高速応答性の向上に寄与している。
以上説明したように、本発明の構成によれば、ペテロ構
造を有する半導体受光素子において、ペテロ界面におけ
るキャリアの蓄積が低減されて、該素子の光信号に対す
る高速応答性の向上を可能にさせる効果がある。
造を有する半導体受光素子において、ペテロ界面におけ
るキャリアの蓄積が低減されて、該素子の光信号に対す
る高速応答性の向上を可能にさせる効果がある。
第１図は本発明の要旨を示すポテンシャルダイヤグラム
、 第２図は本発明による半導体受光素子の一実施例の側断
面図、 第３図は同じく他の実施例の側断面図、第４図は従来の
代表的な半導体受光素子の側断面図、 第５図はそのペテロ界面の従来の改良を示す部分側断面
図、である。 図において、 １．１３．２３は光吸収層（第一の半導体層）、２は第
二の半導体層、 ３．４は５における半導体層、 ５．２０は遷移領域、 １１．２１は基板、 １２．２２はバッファ層、 １４はキャリア増倍層、 １５．２４はｐ＋型領領域形成層 １６．２５は絶縁膜、 １７．２６はｐ１型拡散領域、 １８．１９．２７．２８は電極、である。 禁制や 茅２目 寥３図
、 第２図は本発明による半導体受光素子の一実施例の側断
面図、 第３図は同じく他の実施例の側断面図、第４図は従来の
代表的な半導体受光素子の側断面図、 第５図はそのペテロ界面の従来の改良を示す部分側断面
図、である。 図において、 １．１３．２３は光吸収層（第一の半導体層）、２は第
二の半導体層、 ３．４は５における半導体層、 ５．２０は遷移領域、 １１．２１は基板、 １２．２２はバッファ層、 １４はキャリア増倍層、 １５．２４はｐ＋型領領域形成層 １６．２５は絶縁膜、 １７．２６はｐ１型拡散領域、 １８．１９．２７．２８は電極、である。 禁制や 茅２目 寥３図
Claims (2)
- （１）第一の半導体からなり光を吸収する第一の半導体
層（１）と該第一の半導体よりバンドギャップが大きい
第二の半導体からなり該第一の半導体層（１）に接する
第二の半導体層（２）との間に、該第二の半導体からな
りキャリアが十分トンネル出来る厚さの半導体層（３）
と該第一の半導体からなる半導体層（４）とが交互に繰
り返し積層されてなる遷移領域（５）を有することを特
徴とする半導体受光素子。 - （２）上記遷移領域（５）における第一の半導体からな
る半導体層（４）の厚さは、上記第二の半導体層（２）
側から上記第一の半導体層（１）側に向けて順次厚くな
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60065605A JPS61224468A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60065605A JPS61224468A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61224468A true JPS61224468A (ja) | 1986-10-06 |
Family
ID=13291811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60065605A Pending JPS61224468A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61224468A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5324959A (en) * | 1989-12-08 | 1994-06-28 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical device having a heterointerface therein |
| JP2004363567A (ja) * | 2003-05-12 | 2004-12-24 | Sony Corp | 半導体装置およびその動作方法ならびに情報処理装置ならびに情報処理方法 |
-
1985
- 1985-03-29 JP JP60065605A patent/JPS61224468A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5324959A (en) * | 1989-12-08 | 1994-06-28 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical device having a heterointerface therein |
| JP2004363567A (ja) * | 2003-05-12 | 2004-12-24 | Sony Corp | 半導体装置およびその動作方法ならびに情報処理装置ならびに情報処理方法 |
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