JPS62217674A - 光伝導素子 - Google Patents
光伝導素子Info
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- JPS62217674A JPS62217674A JP61059386A JP5938686A JPS62217674A JP S62217674 A JPS62217674 A JP S62217674A JP 61059386 A JP61059386 A JP 61059386A JP 5938686 A JP5938686 A JP 5938686A JP S62217674 A JPS62217674 A JP S62217674A
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- Pending
Links
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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、長波長帯領域において高速応答が可能な光伝
導素子に関する。
導素子に関する。
従来、１〜１．６−帯の光通信用半導体受光素子として
、ＩｎＰ基板上に格子整合したＩｎＯ，！１１Ｇ ａ
Ｏ，４ＴＡ Ｓ層を光吸収層とする受光素子（ＰＩＮフ
ォトダイオード、アバランシエラオドダイオード）や光
伝導素子が知られている。、〕れらの素子を用いた光通
信システムを考えた場合、高速の光応答特性が要求され
る。
、ＩｎＰ基板上に格子整合したＩｎＯ，！１１Ｇ ａ
Ｏ，４ＴＡ Ｓ層を光吸収層とする受光素子（ＰＩＮフ
ォトダイオード、アバランシエラオドダイオード）や光
伝導素子が知られている。、〕れらの素子を用いた光通
信システムを考えた場合、高速の光応答特性が要求され
る。
この場合、光応答特性を考えてみると、受光素子、例え
ばＰＩＮフォトダイオードでは、低容量化の為に高純度
なＩ ｎ ００Ｓ３Ｇ ａ ０．４？Ａ Ｓ Ｊｉが要
求され、またアバランシェフォトダイオードでは、ペテ
ロ障壁などの本質的な問題があって、容易には高速の応
答特性が得られない。
ばＰＩＮフォトダイオードでは、低容量化の為に高純度
なＩ ｎ ００Ｓ３Ｇ ａ ０．４？Ａ Ｓ Ｊｉが要
求され、またアバランシェフォトダイオードでは、ペテ
ロ障壁などの本質的な問題があって、容易には高速の応
答特性が得られない。
これに対し、光伝導素子の応答特性は、純粋には電極間
のキャリア（電子及び正孔）の走行時間によって決まり
、かつプロセス工程も容易であり、光集積化も可能なた
め、有望な素子である。この場合高速応答特性を得るた
めには、キャリアの走行時間を短くすればよいが、電極
間距離が一定とすると半導体層のキャリア移動度が大き
な支配要因となる。つまり、半導体層のキャリア移動度
が大きい程高速応答を有する光伝導素子が得られる。
のキャリア（電子及び正孔）の走行時間によって決まり
、かつプロセス工程も容易であり、光集積化も可能なた
め、有望な素子である。この場合高速応答特性を得るた
めには、キャリアの走行時間を短くすればよいが、電極
間距離が一定とすると半導体層のキャリア移動度が大き
な支配要因となる。つまり、半導体層のキャリア移動度
が大きい程高速応答を有する光伝導素子が得られる。
しかし、ＩｎＰｊＪ板上に格子整合したｔｎｏ、ｓａＧ
ａ ｏ、ａｑＡ ｓのキャリア移動度は、室温でたか
だかｉｏｏｏｏｃｍ”／Ｖ−ｓｅｃ程度であり高速応答
には問題がある（例えば、アイトリプルイー・ジャーナ
ル・オブ・ファンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ、
Ｊ。
ａ ｏ、ａｑＡ ｓのキャリア移動度は、室温でたか
だかｉｏｏｏｏｃｍ”／Ｖ−ｓｅｃ程度であり高速応答
には問題がある（例えば、アイトリプルイー・ジャーナ
ル・オブ・ファンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ、
Ｊ。
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、） １９８１．１
７ 、２６９〜２７２頁参照）。このため高いキャリア
移動度を有する材料系が要求される。
７ 、２６９〜２７２頁参照）。このため高いキャリア
移動度を有する材料系が要求される。
本発明の目的は、この問題点を解決した高速応答を有す
る光伝導素子を提供することにある。
る光伝導素子を提供することにある。
本発明の光伝導素子は、ある格子定数を有する半導体基
板上に、光吸収層として格子定数が半導体基板の格子定
数よりも大きい第１の超薄膜半導体層と半導体基板の格
子定数よりも小さい第２の超薄膜半導体層を交互に設け
たことを特徴とする。
板上に、光吸収層として格子定数が半導体基板の格子定
数よりも大きい第１の超薄膜半導体層と半導体基板の格
子定数よりも小さい第２の超薄膜半導体層を交互に設け
たことを特徴とする。
このような構造を得るためには、具体的には液相成長法
、気相成長法、分子線エピタキシー法などいろいろの手
段によって可能である。
、気相成長法、分子線エピタキシー法などいろいろの手
段によって可能である。
ここでは、ＩｎＰ基板上にＩｎＡｓとＧａＡｓの超薄膜
層（〜数百オングストローム）が交互に存在した構造を
有する光伝導素子に基づき説明する。
層（〜数百オングストローム）が交互に存在した構造を
有する光伝導素子に基づき説明する。
ＩｎＡｓは、禁制帯幅が０．３６０ｅＶで長長波長帯（
〜４ａｎ）までの受光が可能であり、かつキャリア移動
度が室温で３００００ｃｍ２／Ｖ −ｓｅｃを有してお
り、光伝導素子にした場合、長長波長帯での高速応答が
期待される。
〜４ａｎ）までの受光が可能であり、かつキャリア移動
度が室温で３００００ｃｍ２／Ｖ −ｓｅｃを有してお
り、光伝導素子にした場合、長長波長帯での高速応答が
期待される。
しかし、ＩｎＰ基板上にＩｎＡｓを成長させた場合、格
子定数に大きな違いがあるため、格子不整合による応力
が生じて良好な素子特性を有する高品質結晶が得られな
いことが予想される。そこで本発明は、ＩｎＰに対し大
きい格子定数を有するＩｎＡｓに対し、小さい格子定数
を有するＧａＡｓに注目し、各々を超薄膜構造で積層す
ることによって、全体として応力が存在しないようにす
るものである。例えばＩｎＡｓ層厚をＬＩ、、□、Ｇａ
ＡｓＪｉ厚をＬ ＧＩＩＡＩとすると次の（１）式のよ
うな関係を満たせば良いことが予想される。
子定数に大きな違いがあるため、格子不整合による応力
が生じて良好な素子特性を有する高品質結晶が得られな
いことが予想される。そこで本発明は、ＩｎＰに対し大
きい格子定数を有するＩｎＡｓに対し、小さい格子定数
を有するＧａＡｓに注目し、各々を超薄膜構造で積層す
ることによって、全体として応力が存在しないようにす
るものである。例えばＩｎＡｓ層厚をＬＩ、、□、Ｇａ
ＡｓＪｉ厚をＬ ＧＩＩＡＩとすると次の（１）式のよ
うな関係を満たせば良いことが予想される。
Ｌ ＩｎＡｓ （ａ ｌｌｌＡｌ ａ ＩＩＩＰ ）
＝ Ｌａｍａｓ（ａ ＩｎＰ ａ ａｓＡｓ） （
１）ここで ａ１□：ＩｎＡｓの格子定数 ２６ｍＡｍ： Ｇ ａ Ａ ｓの格子定数ａｒａｐ：Ｔ
ｎｐの格子定数 このようなＩｎＡｓとＧａＡ３１１膜構造を有する光転
４素子では、ＩｎＡｓがＧａＡｓに比較して狭い禁制帯
幅を有するためＩ ｎＡｓ［で光を吸収し、かつキャリ
アはＧａＡｓ層に対しへテロ障壁を惑じるため、井戸層
であるＩｎＡｓ１！に閉じ込められる。ここで水平方向
に電界を印加すると、ＩｎＡｓ［をキャリアが走行する
ことになる。この場合、ＩｎＡｓ層は（１）式を満たし
ているならば、高品質な結晶であるため、高いキャリア
移動度を有することが予想され、その結果高速応答につ
ながると考えられる。
＝ Ｌａｍａｓ（ａ ＩｎＰ ａ ａｓＡｓ） （
１）ここで ａ１□：ＩｎＡｓの格子定数 ２６ｍＡｍ： Ｇ ａ Ａ ｓの格子定数ａｒａｐ：Ｔ
ｎｐの格子定数 このようなＩｎＡｓとＧａＡ３１１膜構造を有する光転
４素子では、ＩｎＡｓがＧａＡｓに比較して狭い禁制帯
幅を有するためＩ ｎＡｓ［で光を吸収し、かつキャリ
アはＧａＡｓ層に対しへテロ障壁を惑じるため、井戸層
であるＩｎＡｓ１！に閉じ込められる。ここで水平方向
に電界を印加すると、ＩｎＡｓ［をキャリアが走行する
ことになる。この場合、ＩｎＡｓ層は（１）式を満たし
ているならば、高品質な結晶であるため、高いキャリア
移動度を有することが予想され、その結果高速応答につ
ながると考えられる。
以下、本発明の実施例を図面につき説明する。
第１図は、本発明の実施例による光転ｍ素子を示す断面
図であり半絶縁性を有するＩｎＰ基板１上に、ｎ型１
ｎＡｓ層２（層厚２１２人、不純物濃度５ Ｘ１０１５
ｃｍ−ジ、ｎ型ＧａＡｓ層３（層厚１８８人、不純物濃
度５ ＸＩＯ”ｃｍ−”）を交互に５層ずつ形成し、更
にその上にｎ型電極としてＡｕＧｅ電極４をくし型状に
形成した。
図であり半絶縁性を有するＩｎＰ基板１上に、ｎ型１
ｎＡｓ層２（層厚２１２人、不純物濃度５ Ｘ１０１５
ｃｍ−ジ、ｎ型ＧａＡｓ層３（層厚１８８人、不純物濃
度５ ＸＩＯ”ｃｍ−”）を交互に５層ずつ形成し、更
にその上にｎ型電極としてＡｕＧｅ電極４をくし型状に
形成した。
第２図は、第１図の光伝導素子を上から見た平面図であ
る。この場合ＩｎＡｓＪｉとＧａＡｓ層の層厚は上述の
（１）式を満たしており、応力の影響が少ない状態に設
計されている。
る。この場合ＩｎＡｓＪｉとＧａＡｓ層の層厚は上述の
（１）式を満たしており、応力の影響が少ない状態に設
計されている。
このようにして得られた結晶の移動度を評価してみると
、ホール測定法により室温で２００００ｃｍ”／Ｖ’
ｓｅｃ程度の値であり、ＩｎＡｓとＧａＡｓ超薄膜構造
による応力減少の効果が得られている。
、ホール測定法により室温で２００００ｃｍ”／Ｖ’
ｓｅｃ程度の値であり、ＩｎＡｓとＧａＡｓ超薄膜構造
による応力減少の効果が得られている。
本発明によるＩｎＡｓとＧａＡｓの超薄膜構造を有する
光伝導素子と、従来技術によるＩｎＯ，５３Ｇａ６．、
ｙＡｓを光吸収層とする光伝導素子の光応答性を第３図
のグラフに示す。このグラフでは縦軸は光強度を、横軸
は時間を示しており、実線は本発明による光伝導素子の
応答特性（半値幅〜３５０ｐｓ）の値、点線は従来技術
による光伝導素子の応答特性（半値幅〜４６０ｐｓ）の
値を示している。
光伝導素子と、従来技術によるＩｎＯ，５３Ｇａ６．、
ｙＡｓを光吸収層とする光伝導素子の光応答性を第３図
のグラフに示す。このグラフでは縦軸は光強度を、横軸
は時間を示しており、実線は本発明による光伝導素子の
応答特性（半値幅〜３５０ｐｓ）の値、点線は従来技術
による光伝導素子の応答特性（半値幅〜４６０ｐｓ）の
値を示している。
測定に際して、半値幅が〜３００ｐｓの光短パルスによ
る評価を行い、素子には各々１■印加した。
る評価を行い、素子には各々１■印加した。
このグラフから、従来例では半値幅〜４６０ρＳ程度で
あったものが、本実施例では半値幅〜３５０ｐｓまで改
善されたことが判る。これは、ＴｎＡｓのキャリア移動
度が大きいために光吸収によって発生したキャリアがＩ
ｎｏ、ｓ：＋Ｇ ａ Ｏ，４？Ａ Ｓに比較して高速
で電極間を走行することによる為と思われる。
あったものが、本実施例では半値幅〜３５０ｐｓまで改
善されたことが判る。これは、ＴｎＡｓのキャリア移動
度が大きいために光吸収によって発生したキャリアがＩ
ｎｏ、ｓ：＋Ｇ ａ Ｏ，４？Ａ Ｓに比較して高速
で電極間を走行することによる為と思われる。
以上詳細に述べた通り、本発明によれば、ＩｎＡｓとＧ
ａＡｓの超薄膜構造によりＩｎＰ基板に対する格子不整
合による応力を除去でき、かつ、Ｉ ｎＡｓのキャリア
移動度が大きいため、高速でキャリアが走行することが
可能である。このため、長長波長帯（〜４−）領域にお
ける高速応答を有する光伝導素子を得ることができる。
ａＡｓの超薄膜構造によりＩｎＰ基板に対する格子不整
合による応力を除去でき、かつ、Ｉ ｎＡｓのキャリア
移動度が大きいため、高速でキャリアが走行することが
可能である。このため、長長波長帯（〜４−）領域にお
ける高速応答を有する光伝導素子を得ることができる。
第１図は、本発明の１実施例の光伝導素子を示す断面図
第２図は、第１図の光伝導素子を上から見た平面図
第３図は、従来技術による光伝導素子と、本発明による
光伝導素子の光応答性を比較したグラフである。 １・・・ＩｎＰ基板 ２−−− ｎ型１ｎＡｓ層 ３−−・ｎ型ＧａＡｓ層 ４・・・ＡｕＧｅ電極 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 第１ 図 第 ２図 従来技術による光伝導素子の 応答特性 →時間 第３図
光伝導素子の光応答性を比較したグラフである。 １・・・ＩｎＰ基板 ２−−− ｎ型１ｎＡｓ層 ３−−・ｎ型ＧａＡｓ層 ４・・・ＡｕＧｅ電極 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 第１ 図 第 ２図 従来技術による光伝導素子の 応答特性 →時間 第３図
Claims (1)
- （１）ある格子定数を有する半導体基板上に、光吸収層
として格子定数が半導体基板の格子定数よりも大きい第
１の超薄膜半導体層と半導体基板の格子定数よりも小さ
い第２の超薄膜半導体層を交互に設けたことを特徴とす
る光伝導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61059386A JPS62217674A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 光伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61059386A JPS62217674A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 光伝導素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62217674A true JPS62217674A (ja) | 1987-09-25 |
Family
ID=13111789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61059386A Pending JPS62217674A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 光伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62217674A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05315637A (ja) * | 1992-05-08 | 1993-11-26 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 超格子受光素子 |
| JPH077172A (ja) * | 1992-03-30 | 1995-01-10 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 受光素子 |
-
1986
- 1986-03-19 JP JP61059386A patent/JPS62217674A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077172A (ja) * | 1992-03-30 | 1995-01-10 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 受光素子 |
| JPH05315637A (ja) * | 1992-05-08 | 1993-11-26 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 超格子受光素子 |
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