JPS61226976A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS61226976A JPS61226976A JP60068241A JP6824185A JPS61226976A JP S61226976 A JPS61226976 A JP S61226976A JP 60068241 A JP60068241 A JP 60068241A JP 6824185 A JP6824185 A JP 6824185A JP S61226976 A JPS61226976 A JP S61226976A
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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
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- 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】
〔発明の概要〕
光吸収層を有する受光素子の、光吸収層と増倍層との間
に、両生導体層より禁制帯幅が大なる半導体の中間層を
設け、正孔の蓄積効果を防ぐ。
に、両生導体層より禁制帯幅が大なる半導体の中間層を
設け、正孔の蓄積効果を防ぐ。
本発明は、１μｍ帯光通信用の受光素子に係り、特にそ
の高速動作を可能とすると共に、動作時点でのトンネル
電流の発生を防止することができるアバランシ・フォト
・ダイオード・（ＡＰＤ）に関する。
の高速動作を可能とすると共に、動作時点でのトンネル
電流の発生を防止することができるアバランシ・フォト
・ダイオード・（ＡＰＤ）に関する。
光ファイバの低損失領域である１μｍ帯で高感度で且つ
高速応答が可能な受光素子の開発が必要とされている。
高速応答が可能な受光素子の開発が必要とされている。
従来から存在するＧｇ−ＩＰＤ （アバランシ・ダイオ
ード）は比較的に高速応答を示すが、増倍雑音が高い。
ード）は比較的に高速応答を示すが、増倍雑音が高い。
そこで、低増倍雑音で高速応答な■−■族半導体が広く
研究されている。その１つを第４図に例示しており、図
においてｎ−１ルＰ基板１１上にルーＧａ ＩｎＡｅ光
吸収層１２．増倍層となるルーＩｎＰ層１４．ｐ−ｎ接
合を形成する高・１農度なｐ型不純物領域１５が備えら
れている。第５図にはこの素子のエネルギ・バンド図が
示されておシ、ルーＩｒＬＰの禁制帯幅（１，３５ｇ１
’）に対して光吸収層１２のｎ Ｇａｒｎｅｔの禁制帯
幅が狭く、両者に大きな差があるため、接合部において
バレンス・バンドの不連続エネルギ値△Ｅｖが０．４〜
０．６ ｇＶと大きい。そのため、該不連続エネルギ部
で正孔の滞りが生じ、高速応答が妨げられることになる
。
研究されている。その１つを第４図に例示しており、図
においてｎ−１ルＰ基板１１上にルーＧａ ＩｎＡｅ光
吸収層１２．増倍層となるルーＩｎＰ層１４．ｐ−ｎ接
合を形成する高・１農度なｐ型不純物領域１５が備えら
れている。第５図にはこの素子のエネルギ・バンド図が
示されておシ、ルーＩｒＬＰの禁制帯幅（１，３５ｇ１
’）に対して光吸収層１２のｎ Ｇａｒｎｅｔの禁制帯
幅が狭く、両者に大きな差があるため、接合部において
バレンス・バンドの不連続エネルギ値△Ｅｖが０．４〜
０．６ ｇＶと大きい。そのため、該不連続エネルギ部
で正孔の滞りが生じ、高速応答が妨げられることになる
。
これに対して他の従来例として、第６図に表わすように
、ｎ ＩｒＬＰ層１４とｎ−ＧａｌｎＡｚ層１２の間に
、両者の中間の禁制帯幅のＧａ ＩｎＡ ｓ層（以下緩
和層という）１３を介在させることが考えられている（
特開昭５６−１６７３７３ ）。図において第４図と同
一箇所には同一番号で指示しである。第７図は第６図の
素子のエネルギ・バンド図であり、図のように接合部に
禁制帯幅が中間の広さの緩和層が介在する為、バレンス
・バンド（充満帯）がステップ状になシ、それによシ正
孔の滞υが緩和される。
、ｎ ＩｒＬＰ層１４とｎ−ＧａｌｎＡｚ層１２の間に
、両者の中間の禁制帯幅のＧａ ＩｎＡ ｓ層（以下緩
和層という）１３を介在させることが考えられている（
特開昭５６−１６７３７３ ）。図において第４図と同
一箇所には同一番号で指示しである。第７図は第６図の
素子のエネルギ・バンド図であり、図のように接合部に
禁制帯幅が中間の広さの緩和層が介在する為、バレンス
・バンド（充満帯）がステップ状になシ、それによシ正
孔の滞υが緩和される。
ところが、この第６図の素子においては、緩和層１３０
４元層のＧａ１ｎＡｚＰの禁制帯幅が１ｎＰ位と低く、
シかもその近傍に高電界がかかる増倍領域があるため、
動作電圧下では緩和層１３の４元層もかなり高電界とな
る。その為、この４元層のＧａ１ｎＡｚＰで発生するト
ンネル電流が大きくなり、低暗電流の素子が得られにく
いと云う問題点がある。
４元層のＧａ１ｎＡｚＰの禁制帯幅が１ｎＰ位と低く、
シかもその近傍に高電界がかかる増倍領域があるため、
動作電圧下では緩和層１３の４元層もかなり高電界とな
る。その為、この４元層のＧａ１ｎＡｚＰで発生するト
ンネル電流が大きくなり、低暗電流の素子が得られにく
いと云う問題点がある。
以上のように、従来のＡＰＤにおいては、比較的に禁制
帯幅が広い増倍領域の半導体層（ｒｎｐ） と比較的
に禁制帯幅が狭い光吸収層の半導体層（Ｇａ ＩｎＡ
ｚＰ ）とのへテロ接合部での、充満帯の不連続エネル
ギ値が大きく、接合部で正孔の滞りが生じるために高速
応答が妨げられる（正孔の蓄積効果）。一方、正孔の蓄
積効果を緩和するために、接合部に中間の禁制帯幅の緩
和層（４元半導体層）を挿入する場合には、動作電圧下
で４元半導体層で発生するトンネル電流が大きくなり、
低暗電流の素子が得難い。
帯幅が広い増倍領域の半導体層（ｒｎｐ） と比較的
に禁制帯幅が狭い光吸収層の半導体層（Ｇａ ＩｎＡ
ｚＰ ）とのへテロ接合部での、充満帯の不連続エネル
ギ値が大きく、接合部で正孔の滞りが生じるために高速
応答が妨げられる（正孔の蓄積効果）。一方、正孔の蓄
積効果を緩和するために、接合部に中間の禁制帯幅の緩
和層（４元半導体層）を挿入する場合には、動作電圧下
で４元半導体層で発生するトンネル電流が大きくなり、
低暗電流の素子が得難い。
このように、従来においては、増倍層と光吸収層とのへ
テロ接合界面での正孔の蓄積効果を防ぎ且つ、動作時点
でのトンネル電流の発生をも防止することは困難であっ
た。
テロ接合界面での正孔の蓄積効果を防ぎ且つ、動作時点
でのトンネル電流の発生をも防止することは困難であっ
た。
Ｃ問題点を解決するための手段〕
本発明においては、光吸収層と増倍層との間に、両者よ
りも禁制帯幅が大きく、且つ両者と格子整合のとれた半
導体中間層を介在せしめる。
りも禁制帯幅が大きく、且つ両者と格子整合のとれた半
導体中間層を介在せしめる。
第１図の実施例の要部断面図と第２図のバンド構造図を
採って説明すると、光吸収層の３−ＧａｌｎＡｚ層２と
増倍層のｎｌｎＰ層４の間に、３元半導体層のｎ−ＡＡ
ＩｎＡｚ層３を挿入している。それによシ、第２図に示
すところの高電界下でのエネルギ・バンド構造図のごと
く、従来法（第６図）とは全く逆に禁制帯幅Ｅ。の大き
な層を中間に挿入しているにも拘わらず、ＩｎＰ／Ａｆ
ｌＧａＡｚとＡｆｌｌｎＡＪＧａｌｎＡｚの両方のへテ
ロ接合部での充満帯の不連続エネルギａｖは約０−２ｇ
Ｖと低くなる。
採って説明すると、光吸収層の３−ＧａｌｎＡｚ層２と
増倍層のｎｌｎＰ層４の間に、３元半導体層のｎ−ＡＡ
ＩｎＡｚ層３を挿入している。それによシ、第２図に示
すところの高電界下でのエネルギ・バンド構造図のごと
く、従来法（第６図）とは全く逆に禁制帯幅Ｅ。の大き
な層を中間に挿入しているにも拘わらず、ＩｎＰ／Ａｆ
ｌＧａＡｚとＡｆｌｌｎＡＪＧａｌｎＡｚの両方のへテ
ロ接合部での充満帯の不連続エネルギａｖは約０−２ｇ
Ｖと低くなる。
上記のように、本発明によればヘテロ接合部での充満帯
の不連続エネルギ△Ｅｖが低くなるので、正孔の蓄積効
果を十分に小さくできる。しかも、従来法と異なり、中
間層に禁制帯幅Ｅ。の大きい層を挿入しているために、
トンネル電流も小さくできる。
の不連続エネルギ△Ｅｖが低くなるので、正孔の蓄積効
果を十分に小さくできる。しかも、従来法と異なり、中
間層に禁制帯幅Ｅ。の大きい層を挿入しているために、
トンネル電流も小さくできる。
−〔実施例〕
本発明の実施例を、第１図の素子の要部断面図及びその
エネルギ・バンド構造図を用いて説明する。
エネルギ・バンド構造図を用いて説明する。
第１図において、高濃度のｎ”ｌｎＰ基板１上に、次の
各層が形成されている。
各層が形成されている。
キャリア濃度 厚 み
２ ： ｎ−Ｇａ１ｎＡｚ光吸収層 ｌＸ１０”ｃｍ’
、 ２μｍ０．４７０ｆｉＢ ５ ： ｎ−ＡｆｌｌｎＡｚ中間層 Ｉ Ｘ １０”
ａｍ−’ 、 ０．３〜１μｍＯ，４５１０Ｊｉ２ ４ ： ｎ１ｎＰ 増倍層 Ｉ Ｘ １０” ａｍ
−’ 、 ２１１ｍ５：ｐｌｎＰ層 ｌＸ１０
”ｃｍ−’、 １ｐｍ第２図に高電界下でのエネルギ
・バンド構造図を示してあり、図に示すごと〈従来法と
は逆に禁制帯幅Ｅ。の大きい層を中間に挿入しているに
も拘らず、ＩｎＰ／ＡＲ，ＩｎＡｚとｌＡｌｎＡｔ ／
Ｇａ１ｎＡｓの両方のへテロ接合部での△ｇｖ （充満
帯の不連続エネルギ値）が約０．２ ｅＶとなっている
。したがって、ヘテロ界面での正孔の蓄積効果は十分小
さくでき、正孔はスムーズに動くことができ、高速応答
が得られる。
、 ２μｍ０．４７０ｆｉＢ ５ ： ｎ−ＡｆｌｌｎＡｚ中間層 Ｉ Ｘ １０”
ａｍ−’ 、 ０．３〜１μｍＯ，４５１０Ｊｉ２ ４ ： ｎ１ｎＰ 増倍層 Ｉ Ｘ １０” ａｍ
−’ 、 ２１１ｍ５：ｐｌｎＰ層 ｌＸ１０
”ｃｍ−’、 １ｐｍ第２図に高電界下でのエネルギ
・バンド構造図を示してあり、図に示すごと〈従来法と
は逆に禁制帯幅Ｅ。の大きい層を中間に挿入しているに
も拘らず、ＩｎＰ／ＡＲ，ＩｎＡｚとｌＡｌｎＡｔ ／
Ｇａ１ｎＡｓの両方のへテロ接合部での△ｇｖ （充満
帯の不連続エネルギ値）が約０．２ ｅＶとなっている
。したがって、ヘテロ界面での正孔の蓄積効果は十分小
さくでき、正孔はスムーズに動くことができ、高速応答
が得られる。
Ｅａ ” １．４７ ｅＶと大きいため、トンネル電流
を小さくできる利点がある。
を小さくできる利点がある。
以上、実施例を示したが、本発明はこれに限るものでは
なく、第３図に格子常数とバンド・ギャップ（禁制帯幅
）を示すように、ＩｎＰと格子整合し且つ禁制帯幅がこ
れよυ犬であって、ヘテロ界面での充満帯の不連続エネ
ルギが比較的小さくなる他の化合物半導体を用いること
ができる。例えば、ＡＩｔ ｏ、４ｓ Ｉｎ Ｏ，５２
ＡｓとＩｎＦ３間の組成のＡｆｌ、Ｇａ１ｎＡ！（第５
図太線範囲）が適用可能である。
なく、第３図に格子常数とバンド・ギャップ（禁制帯幅
）を示すように、ＩｎＰと格子整合し且つ禁制帯幅がこ
れよυ犬であって、ヘテロ界面での充満帯の不連続エネ
ルギが比較的小さくなる他の化合物半導体を用いること
ができる。例えば、ＡＩｔ ｏ、４ｓ Ｉｎ Ｏ，５２
ＡｓとＩｎＦ３間の組成のＡｆｌ、Ｇａ１ｎＡ！（第５
図太線範囲）が適用可能である。
以上のように、本発明によれば光吸収層と増倍層との間
に、これらよシ禁制帯幅の大きな中間層を設け、ヘテロ
接合部の充満帯の不連続エネルギを低くするために、正
孔の蓄積効果が防止され高速応答が可能になる。また、
中間層が禁制帯幅の比較的大きな半導体であるため、動
作電圧下でのトンネル電流の発生も防止でき、低暗電流
特性の素子を提供することができる。
に、これらよシ禁制帯幅の大きな中間層を設け、ヘテロ
接合部の充満帯の不連続エネルギを低くするために、正
孔の蓄積効果が防止され高速応答が可能になる。また、
中間層が禁制帯幅の比較的大きな半導体であるため、動
作電圧下でのトンネル電流の発生も防止でき、低暗電流
特性の素子を提供することができる。
第１図は、本発明の実施例の要部断面図、第２図は本発
明の実施例のエネルギ・バンド構造図、 第３図は化合物半導体の格子定数とバンド・ギャップの
関係を表わす図、 第４図は従来のＡＰＤの要部断面図、 第５図は従来のＡＰＤのエネルギ・バンド構造図、第６
図は従来の他のＡＰＤの要部断面図、第７図は従来の他
のＡＰＤのエネルギ・バンド構造図。 １・・・ｎ ＩｎＰ基板 ２ ・＝ ｎ−Ｇａ１ｎＡｚ （光吸収）層５− ｔＬ
−ＡＩＩＩｎ４ｚ （中間）層４・・・ｎ−ｒｎｐ（増
倍）層 ５・・・ｐ−ｒルＰ層
明の実施例のエネルギ・バンド構造図、 第３図は化合物半導体の格子定数とバンド・ギャップの
関係を表わす図、 第４図は従来のＡＰＤの要部断面図、 第５図は従来のＡＰＤのエネルギ・バンド構造図、第６
図は従来の他のＡＰＤの要部断面図、第７図は従来の他
のＡＰＤのエネルギ・バンド構造図。 １・・・ｎ ＩｎＰ基板 ２ ・＝ ｎ−Ｇａ１ｎＡｚ （光吸収）層５− ｔＬ
−ＡＩＩＩｎ４ｚ （中間）層４・・・ｎ−ｒｎｐ（増
倍）層 ５・・・ｐ−ｒルＰ層
Claims (2)
- （１）低抵抗な半導体基板上に、光吸収層の化合物半導
体層と、これより禁制帯幅が大なる増倍層の化合物半導
体層とを含み、 且つ、両化合物半導体層の間に禁制帯幅が両化合物半導
体のそれより大で、それぞれの化合物半導体と格子整合
がとれた半導体の中間層を備えることを特徴とする半導
体受光素子。 - （２）前記光吸収層がＧａＩｎＡｓで、増倍層がＩｎＰ
であり、中間層がＡｌＩｎＡｓもしくはＡｌＩｎＡｓＰ
であることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載
の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60068241A JPS61226976A (ja) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60068241A JPS61226976A (ja) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61226976A true JPS61226976A (ja) | 1986-10-08 |
Family
ID=13368080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60068241A Pending JPS61226976A (ja) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61226976A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US8338857B2 (en) | 2005-06-28 | 2012-12-25 | Intel Corporation | Germanium/silicon avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions |
| JP2019102630A (ja) * | 2017-12-01 | 2019-06-24 | 日本電信電話株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
-
1985
- 1985-03-30 JP JP60068241A patent/JPS61226976A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2019102630A (ja) * | 2017-12-01 | 2019-06-24 | 日本電信電話株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
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