JPS62188384A - 半導体層構造 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体の層構造、特に光検出器に適する半導体
層構造に関する。

（従来の技術およびその問題点） 大容量光通信を可能にするためには、ギガビットレイト
の伝送領域に２いて高感度かつ高速の光検出器の開発が
不可欠である。近年この目的に合致する光検出器として
光伝導型検出器が注目されている。チェノ（Ｃ，Ｙ、Ｃ
ｈｅｎ）等はアプライド・フィツクス−し１−（Ａｐｌ
）１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ）、第４４巻１１４２ページ
（１９８４年）に２いて、１〜１．６８ｍ長波長帯光通
信用光伝導型検出器を発表している。この構造の典型例
を第３図に示す。

半絶縁性ＩｎＰ　基板７の上にＮ型Ｇａ　Ｏ０４？　Ｉ
ｎ　Ｏ，５３Ａｓ光伝導層８をエピタキシャル積層し、
その上に電極９，９′を設けている。電圧の印加された
電極９，９′間に光照射することにエフ生成した電子１
０、正孔１１が光伝導層８を走行することにより、感度
を得ている。第３図に示す構造に２いては、少数キャリ
アである正孔の走行速度が遅いために、光のインパルス
応答の立下がり時間が第４図（ａ）に示す様に数１００
ｐｓｅｃ　〜数ｎ’３ｅＣと遅いという欠点を有する。

これを解消するために、同じくチェノ（Ｃ０Ｙ、Ｃｈｅ
ｎ）等はアプライド・フィシツク、に−ｖｐ−（Ａｐｐ
ｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ）、第４６巻２９６ページ（１
９８５年）に２いて、半絶縁性ＩｎＰ　基板に代ってＰ
＋導電型ＩｎＰ　基板を用い、基板からバイアス電圧を
印加して、生成した正孔キャリアを基板側へ吸い出す工
夫を行っている。この構成にエリ、パルス応答の立下が
り時間は改善されるが、正孔キャリアを強制的に消滅さ
せている為、感度が劣化するという欠点が新たに生じた
。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記の従来の欠点を除去し、感度を劣
化させることなく高速応答を示す光伝導型検出器に適す
る半導体層構造を提供することにある。

（発明の構成） 本発明は互いに異なるエネルギーギャップを有する２つ
の半導体を交互に積層させたＮ型導電領域と、互いに異
なるエネルギーギャップを有する２つの半導体を交互に
積層させたＰ型導電領域が隣接して構成される半導体構
造に２いて、Ｎ型導電領域の２つの半導体は価電子帯上
端エネルギー差エクも伝導帯下端エネルギー差の方が大
きくなるものからな９、かつＰ型導電領域の２つの半導
体は伝導帯下端のエネルギー差ニジも価電子帯上端エネ
ルギー差の方が大きくなるものからなることを特徴とす
る。

（発明の作用・原理） 本発明は上述の構成により従来の欠点を解決した。第１
図は上述の半導体層構造のエネルギー・バンド図である
。このような半導体層構造に光を照射すると、生成した
電子・正孔キャリア対のうち、大部分の電子は選択的に
Ｎ型導電領域へ、また大部分の正孔は選択的にＰ型導電
領域へ輸送され、各々の生成キャリア各々の領域に２い
てあたかも多数キャリアとして振舞うことができる。従
って、Ｎ型領域で発生した少数キャリアである正孔は直
ちにＰ型領域へ掃き出される。更に、Ｐ型領域に注入さ
れた正孔は価電子帯バンド不連続で構成された周期的ポ
テンシャル井戸のために二次元正孔ガスとなり、正孔の
走行速度は向上する。

すなわち高速性能が期待できる。又、チェノ（Ｃ０Ｙ、
Ｃｈｅｎ）等の構造が正孔を吸い出して感度劣化を招い
たのに対し１本発明の構造では、正孔もキャリアとして
働く為、感度劣化を招くことはない。

電子キャリアについても同様で、選択的にＮ型領域に蓄
積された電子は、伝導帯バンド不連続で構成された周期
的ポテンシャル井戸内で二次元電子ガスを構成し、より
高速化に寄与する。

Ｎ型領域における価電子帯バンド不連続、Ｐ型領域に２
ける伝導帯バンド不連続が小さいことは、各々の領域で
発生した少数キャリアが容易に他方の領域へ移行して多
数キャリアとして振舞うことを可能にしている。更に周
期的ボテンシャルを構成して全体の半導体層を厚くして
いることにより量子効率を向上させている。

（実施例） 以下、本発明の実施例及び本発明を光伝導型検出器に応
用した例について説明する。第１図に示すバンド構造の
半導体層構造を形成するために、Ｎ型溝′電領域５の２
つの半導体としてＧａＡｓ（バンドギ’ｒツブ＝１．４
３ｅＶ）とＩｎｏ、ｓ　Ｇａ　ｏ、５Ａｓ（バンドギャ
ップ＝（１７５ｅＶ）の組合せを、Ｐ型導電領域６０２
つの半導体としては、ＩｎＰ（バンドギャップ−１，３
５ｅＶ）とＩ　ｎ　ｏ＋ｓ　Ｇａ　ｏ、ｓ　Ａｓ　（バ
ンドギャップ＝０．７５ｅＶ）の組合せを選んだ。バン
ド不連続はＮ型導電領域のＧａＡｓとＩ　ｎ　ｏ、５Ｇ
ａｏ、ｓＡｓの周期構造においては主に伝導帯に生じ、
Ｐ型導電領域のＩｎＰとＩｎｏ、５Ｇａｏ、５Ａｓ（ｃ
おいては主に価電子帯に生じる。

第２図は第１図に示した半導体層構造を光伝導型検出器
に適用した例を示している。Ｆｅ　　ドープ半絶縁性Ｉ
ｎＰ　基板７の上に、気相成長法に、ｃｖ成長温度６０
０〜７００℃の範囲で、第１図に示した周期ポテンシャ
ル構造を含むＮ型／Ｐ型導電層５．６を交互に２対成長
させた。Ｎ型のＧａＡｓ／ＩｎＧａＡＳ層は５ｏｏｔ／
ｓｏｏ！厚で繰シ返し１５周期成長させ５ｏｏｏ＆　の
厚さとし、一方Ｐ型（Ｄ　ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ　層６
も同じ＜　５００９ｓｏｏ！厚で、繰り返し５周期成長
させ５ｏｏｏＸ　の厚さとした。しかる後、半導体成長
層の両端に一対のＡｕ電極９，９′を形成した。受光部
以外はメサエッチングにより除去している。電極９．９
′間距離は３〜５μｍである。

第４図（ｂ）は第２図に示した光伝導型検出器のインパ
ルス応答を示している。従来は第４図＋ａ）に示すよう
に少数キャリアである正孔の遅い走行速度の為に数１０
０ｐｓｅｃ　　程度の立下が９時間であったのに対し、
本発明によれば、１００ｐｓｅｃ　　以丁の立下がり時
間に改善された。更に本発明に↓れば、正孔キャリアも
光電流として寄与するため、感度劣化を招くことはない
。

な２、上記実施例ではＧ　ａ　Ａ　ｓ／Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ
　Ａ　ｓ　　＆　ＬびＩｎｋ／ＩｎＧａＡｓ　　を用い
た場合について述べたが、これらの半導体に限られるも
のではない。また１本発明の半導体層構造は上述の光検
出器のほか光スィッチなどにも応用することができる。

（発明の効果） 以上のように、本発明の半導体層構造を用いるならば高
速かつ高感度の光伝導型検出器などを容易に得ることが
でき、その実用的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体層構造のバンド図、第２図は本
発明の半導体層構造を用いた光伝導型検出器の断面図、
第３図は従来の光伝導型検出器の断面図、第４図（ａ）
は従来の、また≠第４図（ｂ）は本発明を用いた光伝導
型検出器の光インパルス応答を示す図である。 図に２いて、１・・・・・・伝導帯下端、２・−・・・
・価電子端上端、３・・・−・二次元電子ガス、４・−
・・・・二次元正孔ガス、５・−・・・・Ｎ型導電領域
、６・−・・・・Ｐ型導電領域、７・・・・・・半絶縁
性ＩｎＰ　基板、８・・・・・・光伝導層、９．９′は
一対の電極、１０・・・・−・電子キャリア、１１・−
・・・−正孔キャリアを示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに異なるエネルギーギャップを有する２つの半導体
   を交互に積層させたＮ型導電領域と、互いに異なるエネ
   ルギーギャップを有する２つの半導体を交互に積層させ
   たＰ型導電領域が隣接して構成される半導体層構造にお
   いて、前記Ｎ型導電領域の２つの半導体は価電子帯上端
   エネルギー差よりも伝導帯下端エネルギー差の方が大き
   く、かつ、前記Ｐ型導電領域の２つの半導体は伝導帯下
   端エネルギー差よりも価電子帯上端エネルギー差の方が
   大きいことを特徴とする半導体層構造。