JPS62216378A - ホトデイテクタ - Google Patents
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- JPS62216378A JPS62216378A JP61058072A JP5807286A JPS62216378A JP S62216378 A JPS62216378 A JP S62216378A JP 61058072 A JP61058072 A JP 61058072A JP 5807286 A JP5807286 A JP 5807286A JP S62216378 A JPS62216378 A JP S62216378A
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- superlattice
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光通信装置等において用いられるホトディテ
クタに関する。
クタに関する。
モジュレーションドープしたホトディテクタ（以下、Ｍ
ＤＰＤと略記する）は高速応答特性を有する光検出器で
あり、またへテロ接合を有する半導体装置である。
ＤＰＤと略記する）は高速応答特性を有する光検出器で
あり、またへテロ接合を有する半導体装置である。
従来報告されているＭＤＰＤの例としてアプライド・フ
ィジンクス・レターズ（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、１．ｅｔ
Ｌ。
ィジンクス・レターズ（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、１．ｅｔ
Ｌ。
４３（１９８３） ３０８）に示されたＭＤＰＤの構造
を断面図で第２図ｆａｔに、その主要部のエネルギー帯
図を第２図ｔｂ＋に示す。このＭＤＰＤ構造は、半絶縁
性ＩｎＰ基板１１の上にそれぞれＩｎＰに格子整合した
アンドープＡｊ！ｏ１ａｌ ｎ６．ｓ２／’ｌ ３バッ
ファ層１２、アンドープ（ｎ型） Ｇａｏ、ｎｔｌ ｎ
ｏ、ｓ３Ａ Ｓ光吸収層Ｉ３．２次元電子ガスを形成す
るためのアンドープＡ （ｌｏ、ａｓ Ｉ ｎｏ、ｓｚ
Ａ Ｓスペーサ層１４及びｎ型Ａ１ｏ、ａｅ Ｔ ｎｏ
、ｓｖＡ Ｓ電荷供給層１５、並びに電極形成用ｎ型Ｇ
ａｏ、４７１ ｎｏ、ｓｓＡ Ｓコンタクト層１６を有
する。ドレイン電極１７及びソース電極１８は、金・ゲ
ルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）のアロイ電極であり、破線で
示すようにアロイは２次元電子ガスの領域まで深く進ん
でいる。
を断面図で第２図ｆａｔに、その主要部のエネルギー帯
図を第２図ｔｂ＋に示す。このＭＤＰＤ構造は、半絶縁
性ＩｎＰ基板１１の上にそれぞれＩｎＰに格子整合した
アンドープＡｊ！ｏ１ａｌ ｎ６．ｓ２／’ｌ ３バッ
ファ層１２、アンドープ（ｎ型） Ｇａｏ、ｎｔｌ ｎ
ｏ、ｓ３Ａ Ｓ光吸収層Ｉ３．２次元電子ガスを形成す
るためのアンドープＡ （ｌｏ、ａｓ Ｉ ｎｏ、ｓｚ
Ａ Ｓスペーサ層１４及びｎ型Ａ１ｏ、ａｅ Ｔ ｎｏ
、ｓｖＡ Ｓ電荷供給層１５、並びに電極形成用ｎ型Ｇ
ａｏ、４７１ ｎｏ、ｓｓＡ Ｓコンタクト層１６を有
する。ドレイン電極１７及びソース電極１８は、金・ゲ
ルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）のアロイ電極であり、破線で
示すようにアロイは２次元電子ガスの領域まで深く進ん
でいる。
この構造では、入射したフォトンで励起された電子−正
孔対のうち、電子は、Ｇａｏｌ、Ｉ ｎ、、５゜Ａｓ層
１３とＡ ＲＯ，４８１ｎｏ、ｓｚＡ ｓ層１４の界面
にできる内部電界により２次元電子ガス（Ｇ ａ Ｏ，
４？ Ｉｎ０．５３Ａｓ層１３とＡ７！ｏ、ｎａｌ ｎ
ｏ、５ｚＡｓ層１４の界面で層１３側にできる）領域１
０に走行し、ソーストレイン間に印加された電圧によっ
て流れる電流として外部に取り出すことができる。この
デバイスは２次元電子ガス領域での電子の移動度が大き
いから、高速に応答することが期待され、事実、前述の
論文でも信号の立ち上がり時間は非常に短い。
孔対のうち、電子は、Ｇａｏｌ、Ｉ ｎ、、５゜Ａｓ層
１３とＡ ＲＯ，４８１ｎｏ、ｓｚＡ ｓ層１４の界面
にできる内部電界により２次元電子ガス（Ｇ ａ Ｏ，
４？ Ｉｎ０．５３Ａｓ層１３とＡ７！ｏ、ｎａｌ ｎ
ｏ、５ｚＡｓ層１４の界面で層１３側にできる）領域１
０に走行し、ソーストレイン間に印加された電圧によっ
て流れる電流として外部に取り出すことができる。この
デバイスは２次元電子ガス領域での電子の移動度が大き
いから、高速に応答することが期待され、事実、前述の
論文でも信号の立ち上がり時間は非常に短い。
２次元電子ガス領域での電子の移動度が大きいのは、電
子がスペーサ層１４によって電荷供給層１５中のイオン
化された不純物から空間的に離れた領域にあるため、こ
れらのイオン化不純物による散乱を受けにくいことと、
電子が不純物の少ないアンドープＣａｏ、ａ７１ ｎｏ
、５＋Ａｓ光吸収層１３中に存在するためである。更に
光吸収層１３を構成するＧａ。、、７１ ｎ６．５３Ａ
ｓという物質は、電子の有効質量が０．０４ｍ、と例
えばＧａＡｓの０．０６７ ｒｎｏ と比べて小さく、
従ってこのことだけでも大きい電子移動度が期待できる
。
子がスペーサ層１４によって電荷供給層１５中のイオン
化された不純物から空間的に離れた領域にあるため、こ
れらのイオン化不純物による散乱を受けにくいことと、
電子が不純物の少ないアンドープＣａｏ、ａ７１ ｎｏ
、５＋Ａｓ光吸収層１３中に存在するためである。更に
光吸収層１３を構成するＧａ。、、７１ ｎ６．５３Ａ
ｓという物質は、電子の有効質量が０．０４ｍ、と例
えばＧａＡｓの０．０６７ ｒｎｏ と比べて小さく、
従ってこのことだけでも大きい電子移動度が期待できる
。
しかしながら、２次元電子ガス領域１０が形成されてい
るＧａｏ、４ｔｌ ｎｏ、ｓ＋Ａ３光吸収層１３は３元
混晶であるので混晶特有のアロイ散乱を受け、充分に大
きい電子移動度は得られない。
るＧａｏ、４ｔｌ ｎｏ、ｓ＋Ａ３光吸収層１３は３元
混晶であるので混晶特有のアロイ散乱を受け、充分に大
きい電子移動度は得られない。
また、結晶性の良い光吸収層１３を得るためにはＩｎＰ
基板１１に厳密に格子整合していなければならないが、
（Ｇａ、Ｉｎ、、Ａｓ＞からなる３次元混晶ではＧａｏ
、４ｔｌｎｏ、ｓ＋Ａｓがこのための唯一の組成にあた
る。従って、光吸収層１３の基礎吸収端としてはＣａｏ
、４ｖｌｎｏ、ｓ＋Ａｓの場合の値、即ち０．７５ ｅ
Ｖ （１，６５μｍ、但し室温）しか選択の余地がな
く、１．６５μｍより長い波長の光に対しては透明とな
って光に応答しない。
基板１１に厳密に格子整合していなければならないが、
（Ｇａ、Ｉｎ、、Ａｓ＞からなる３次元混晶ではＧａｏ
、４ｔｌｎｏ、ｓ＋Ａｓがこのための唯一の組成にあた
る。従って、光吸収層１３の基礎吸収端としてはＣａｏ
、４ｖｌｎｏ、ｓ＋Ａｓの場合の値、即ち０．７５ ｅ
Ｖ （１，６５μｍ、但し室温）しか選択の余地がな
く、１．６５μｍより長い波長の光に対しては透明とな
って光に応答しない。
本発明の目的は、以上のような問題点を解決したホトデ
ィテクタを提供することにある。
ィテクタを提供することにある。
本発明のホトディテクタは、半導体基板上に少なくとも
２次元電子ガス領域を生成する超格子層と、この超格子
層の−Ｆ部に接して前記超格子層より電子親和力が小さ
くかつ禁制帯幅が大きいスペーサ層と、前記超格子層よ
り電子親和力が小さくかつ禁制帯幅が大きいｎ型の電荷
供給層と、この電荷供給層から前記２次元電子ガスが生
成された領域までアロイ化してなる第１及び第２の電極
とを備え、前記超格子層は禁制帯幅が互いに異なる複数
の半導体層を交互に少なくとも２周期積層して成ること
を特徴としている。
２次元電子ガス領域を生成する超格子層と、この超格子
層の−Ｆ部に接して前記超格子層より電子親和力が小さ
くかつ禁制帯幅が大きいスペーサ層と、前記超格子層よ
り電子親和力が小さくかつ禁制帯幅が大きいｎ型の電荷
供給層と、この電荷供給層から前記２次元電子ガスが生
成された領域までアロイ化してなる第１及び第２の電極
とを備え、前記超格子層は禁制帯幅が互いに異なる複数
の半導体層を交互に少なくとも２周期積層して成ること
を特徴としている。
光吸収層として超格子層を利用することにより、結晶格
子に規則性が生じバルクの混晶に比してアロイ散乱が減
少する。超格子層を構成する複数の半導体層として禁制
帯幅の小さい井戸層と禁制帯幅のより大きいバリア層の
２種を用いると仮定し、それぞれの厚さを１．．１．と
したとき、バリア層厚１２ｂが充分小さければ２次元電
子ガスは井戸層中だけでなくバリア層中へも浸み出して
存在することになる。バリア層厚ρ、が大きいと電子は
各井戸層中に閉じ込められるが、２次元電子ガスである
点には変わりがなく何れにしても大きい電子移動度が得
られる。
子に規則性が生じバルクの混晶に比してアロイ散乱が減
少する。超格子層を構成する複数の半導体層として禁制
帯幅の小さい井戸層と禁制帯幅のより大きいバリア層の
２種を用いると仮定し、それぞれの厚さを１．．１．と
したとき、バリア層厚１２ｂが充分小さければ２次元電
子ガスは井戸層中だけでなくバリア層中へも浸み出して
存在することになる。バリア層厚ρ、が大きいと電子は
各井戸層中に閉じ込められるが、２次元電子ガスである
点には変わりがなく何れにしても大きい電子移動度が得
られる。
また、井戸層及びバリア層に用いる物質及び層厚７！、
、７！、を選択することにより、光吸収の基礎吸収端を
適宜設計することが可能である。従って従来のＭＤＰＤ
よりも光に応答できる波長範囲を拡大することができる
。この際、井戸層とバリア層の格子定数が等しくなくて
も、層厚ｊ！２＋ｌｂを適当に選べば結晶は半導体基板
の格子定数に合わせて歪み、界面に格子不整合による転
移のない状態で積層されたいわゆる「歪超格子」を形成
する。超格子層としてこの「歪超格子」を採用すれば設
計可能な光応答波長範囲は飛躍的に拡がる。また、利用
できる半導体基板も、ＩｎＰだけでな（ＧａＡｓ等も使
えるようになるのでＧａＡＳ基板上に集積される電気−
光ＩＣにも本発明のホトディテクタを搭載可能となる。
、７！、を選択することにより、光吸収の基礎吸収端を
適宜設計することが可能である。従って従来のＭＤＰＤ
よりも光に応答できる波長範囲を拡大することができる
。この際、井戸層とバリア層の格子定数が等しくなくて
も、層厚ｊ！２＋ｌｂを適当に選べば結晶は半導体基板
の格子定数に合わせて歪み、界面に格子不整合による転
移のない状態で積層されたいわゆる「歪超格子」を形成
する。超格子層としてこの「歪超格子」を採用すれば設
計可能な光応答波長範囲は飛躍的に拡がる。また、利用
できる半導体基板も、ＩｎＰだけでな（ＧａＡｓ等も使
えるようになるのでＧａＡＳ基板上に集積される電気−
光ＩＣにも本発明のホトディテクタを搭載可能となる。
第１図ｆａｌは本発明の一実施例であるホトディテクタ
の断面図、第１図（ｂ）はその主要部のエネルギー帯図
である。
の断面図、第１図（ｂ）はその主要部のエネルギー帯図
である。
分子線エピタキシ法により半絶縁性ＧａＡｓ基板ｌ上に
、アンドープＱａＡｓ （ｐ−型）へソファ層２（厚さ
１．０μｍ）、アンドープＩｎＡｓ井戸層３１（厚さｐ
ｔ＝１ｏｏ人）及びアンドープＧａＡｓバリア層３２（
厚さｚｂ−ｓｏ人）を少なくとも２周朋、本実施例では
６７周期積層した歪超格子層３（厚さ１．００５ μｍ
） 、アンドープＡ／！、、、Ｇａ、、６Ａｓスペ一サ
層４ （厚さ５０人）、ｎ型ＡＩ！１１．４０ ａ ６
．６ Ａ ｓ電荷供給層５ （厚さ１．Ｏ＃ｍ、Ｓｉ
ドープ５ Ｘ１０１７ｃｍ−’） 、ｎ型Ｇ ａ Ａ
ｓコンタクト層６（厚さ０．５ μｍ、 Ｓ ｉ ｔ’
−）２ ＸＩＯ”ｃｍ −３）を順次積層し、更に先入
創部を除いてこのコンタクト層６を除去し、その上にＡ
ｕ−Ｇｅを付着しアロイ化してドレイン電極７、ソース
電極８として形成して本発明のホトディテクタが得られ
ている。
、アンドープＱａＡｓ （ｐ−型）へソファ層２（厚さ
１．０μｍ）、アンドープＩｎＡｓ井戸層３１（厚さｐ
ｔ＝１ｏｏ人）及びアンドープＧａＡｓバリア層３２（
厚さｚｂ−ｓｏ人）を少なくとも２周朋、本実施例では
６７周期積層した歪超格子層３（厚さ１．００５ μｍ
） 、アンドープＡ／！、、、Ｇａ、、６Ａｓスペ一サ
層４ （厚さ５０人）、ｎ型ＡＩ！１１．４０ ａ ６
．６ Ａ ｓ電荷供給層５ （厚さ１．Ｏ＃ｍ、Ｓｉ
ドープ５ Ｘ１０１７ｃｍ−’） 、ｎ型Ｇ ａ Ａ
ｓコンタクト層６（厚さ０．５ μｍ、 Ｓ ｉ ｔ’
−）２ ＸＩＯ”ｃｍ −３）を順次積層し、更に先入
創部を除いてこのコンタクト層６を除去し、その上にＡ
ｕ−Ｇｅを付着しアロイ化してドレイン電極７、ソース
電極８として形成して本発明のホトディテクタが得られ
ている。
本実施例の場合には、Ｇ ａ Ａ ｓ ／ ｌ ｎ Ａ
ｓ歪超格子層３においては、ＩｎＡｓ井戸層とＧ ａ
Ａ ｓバリア層の格子定数はそれぞれ６．０５８人、
５．６５３人で、格子定数は約７％異なっているが１
ｎ７１．ｓの格子が歪んでほぼＧａＡｓに格子整合する
ため転位等の欠陥は導入されない。
ｓ歪超格子層３においては、ＩｎＡｓ井戸層とＧ ａ
Ａ ｓバリア層の格子定数はそれぞれ６．０５８人、
５．６５３人で、格子定数は約７％異なっているが１
ｎ７１．ｓの格子が歪んでほぼＧａＡｓに格子整合する
ため転位等の欠陥は導入されない。
一方、歪超格子層３においては、量子効果のために禁制
帯幅がＩｎＡｓの０．３６ｅＶより約０．１７ｅ■増大
し０．５３ｅＶ（波長約２．３μｍ）となるものの、第
２図に示した従来のＭＤＰＤのＧａ、、、７Ｉｎｏ、ｓ
、、Ａｓ光吸収層１３の場合の０．７５ｅＶ（波長１．
６５μｍ）より小さく、従ってより長波長の光に対して
応答する。尚、内在する歪のために禁制帯幅は増減する
ので上記の値は必ずしも正確ではないが、従来より長波
長の光が受けれるようになることには変わりはない。ま
た、層厚７！２とｌ、を適切に選ぶことにより歪超格子
層３内の歪を緩和することも可能であるが、この場合に
はＧａＡｓ基板１やＡＩ！６．ａ Ｇａｏ、ｂ Ａｓ層
と格子整合しなくなるので必ずしも望ましいことではな
い。
帯幅がＩｎＡｓの０．３６ｅＶより約０．１７ｅ■増大
し０．５３ｅＶ（波長約２．３μｍ）となるものの、第
２図に示した従来のＭＤＰＤのＧａ、、、７Ｉｎｏ、ｓ
、、Ａｓ光吸収層１３の場合の０．７５ｅＶ（波長１．
６５μｍ）より小さく、従ってより長波長の光に対して
応答する。尚、内在する歪のために禁制帯幅は増減する
ので上記の値は必ずしも正確ではないが、従来より長波
長の光が受けれるようになることには変わりはない。ま
た、層厚７！２とｌ、を適切に選ぶことにより歪超格子
層３内の歪を緩和することも可能であるが、この場合に
はＧａＡｓ基板１やＡＩ！６．ａ Ｇａｏ、ｂ Ａｓ層
と格子整合しなくなるので必ずしも望ましいことではな
い。
」−記の説明でわかるように本実施例によれば、入射光
は歪超格子層３で吸収され、２次元電子ガス領域１０が
アロイ散乱の少ない歪超格子層３内に生成されるため電
子の移動度が大きく、高速で光に応答する。
は歪超格子層３で吸収され、２次元電子ガス領域１０が
アロイ散乱の少ない歪超格子層３内に生成されるため電
子の移動度が大きく、高速で光に応答する。
尚、以上の実施例では、スペーサ層４．電荷供給層５と
してＡＩ！ｏ、ａ Ｇａｏ、６ Ａｓを用いたが、これ
は本発明の趣旨に合えば他の半導体、例えばＩｎＡｊ！
Ａｓ等であっても良い。また、超格子層３を構成する井
戸層３１．バリア層３２としてＧａｇｌｎｌ−ｘ Ａｓ
、ＡＮＸ Ｉｎ＋−ｘ Ａｓ等の混晶（０＜ｘ＜１）
であっても良いし、本発明の趣旨を満たず他の化合物半
導体であっても良いのは言うまでもない。
してＡＩ！ｏ、ａ Ｇａｏ、６ Ａｓを用いたが、これ
は本発明の趣旨に合えば他の半導体、例えばＩｎＡｊ！
Ａｓ等であっても良い。また、超格子層３を構成する井
戸層３１．バリア層３２としてＧａｇｌｎｌ−ｘ Ａｓ
、ＡＮＸ Ｉｎ＋−ｘ Ａｓ等の混晶（０＜ｘ＜１）
であっても良いし、本発明の趣旨を満たず他の化合物半
導体であっても良いのは言うまでもない。
以」二述べたように、本発明によれば、超格子層を光吸
収層とし、同時に超格子層とスペーサ層の界面に２次元
電子ガス領域を形成することにより、従来より光応答特
性が高速で、かつ感度のある波長範囲が長波長側に拡が
ったホトディテクタが得られる。また、このような優れ
た特性を有するホトディテクタをＩｎＰ以外の基板上に
形成できるのでＧａＡｓ光−電気ＩＣ等へ応用すること
ができる。
収層とし、同時に超格子層とスペーサ層の界面に２次元
電子ガス領域を形成することにより、従来より光応答特
性が高速で、かつ感度のある波長範囲が長波長側に拡が
ったホトディテクタが得られる。また、このような優れ
た特性を有するホトディテクタをＩｎＰ以外の基板上に
形成できるのでＧａＡｓ光−電気ＩＣ等へ応用すること
ができる。
第１図は本発明のホトディテクタの断面図及びその主要
部のエネルギー帯図、 第２図は従来のホトディテクタの断面図及びその主要部
のエネルギー帯図である。 １．１１・・・半導体基板 ２．１２・・・バッファ層 ３．１３・・・超格子層（光吸収層） ４．１４・・・スペーサ層 ５．１５・・・電荷供給層 ６．１６・・・コンタクト層 ７．１７・・・ドレイン電極 ８１１８・・・ソース電極 １０・・・２次元電子ガス領域
部のエネルギー帯図、 第２図は従来のホトディテクタの断面図及びその主要部
のエネルギー帯図である。 １．１１・・・半導体基板 ２．１２・・・バッファ層 ３．１３・・・超格子層（光吸収層） ４．１４・・・スペーサ層 ５．１５・・・電荷供給層 ６．１６・・・コンタクト層 ７．１７・・・ドレイン電極 ８１１８・・・ソース電極 １０・・・２次元電子ガス領域
Claims (1)
- （１）半導体基板上に少なくとも２次元電子ガス領域を
生成する超格子層と、この超格子層の上部に接して前記
超格子層より電子親和力が小さくかつ禁制帯幅が大きい
スペーサ層と、前記超格子層より電子親和力が小さくか
つ禁制帯幅が大きいｎ型の電荷供給層と、この電荷供給
層から前記２次元電子ガスが生成された領域までアロイ
化してなる第１及び第２の電極とを備え、前記超格子層
は禁制帯幅が互いに異なる複数の半導体層を交互に少な
くとも２周期積層して成ることを特徴とするホトディテ
クタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61058072A JP2590817B2 (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | ホトデイテクタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61058072A JP2590817B2 (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | ホトデイテクタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62216378A true JPS62216378A (ja) | 1987-09-22 |
| JP2590817B2 JP2590817B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=13073705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61058072A Expired - Lifetime JP2590817B2 (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | ホトデイテクタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590817B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02116175A (ja) * | 1988-10-26 | 1990-04-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子 |
| JPH02121370A (ja) * | 1988-10-29 | 1990-05-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光検出器 |
| JPH05315637A (ja) * | 1992-05-08 | 1993-11-26 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 超格子受光素子 |
| WO1994015367A1 (en) * | 1992-12-21 | 1994-07-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Distorted superlattice semiconductor photodetecting element with side-contact structure |
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1986
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