JPS6365682A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS6365682A JPS6365682A JP61209072A JP20907286A JPS6365682A JP S6365682 A JPS6365682 A JP S6365682A JP 61209072 A JP61209072 A JP 61209072A JP 20907286 A JP20907286 A JP 20907286A JP S6365682 A JPS6365682 A JP S6365682A
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- semiconductor layer
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
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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］
この発明は光フアイバ通信用長波帯に使用され、例えば
受光レベルが高くなると部分的に形成した半導体層から
外部端子へリーク電流を取出す、半導体受光素子に関す
るものである。
受光レベルが高くなると部分的に形成した半導体層から
外部端子へリーク電流を取出す、半導体受光素子に関す
るものである。
［従来の技術］
通常の半導体受光素子では、フォト・ダイオードやアバ
ランシ・フォト・ダイオードが周知のものである。この
フォト中ダイオードは、受光電力の増加に比例して光信
号電流も増加し続けるものである。このようなフォト・
ダイオードでは受光電力が高くなると、外部のＦＥＴや
ＰＩＮダイオードに光信号電流をバイパスする経路を電
気的に設け、受信回路のダイナミック・レンジの低減化
を図っている。
ランシ・フォト・ダイオードが周知のものである。この
フォト中ダイオードは、受光電力の増加に比例して光信
号電流も増加し続けるものである。このようなフォト・
ダイオードでは受光電力が高くなると、外部のＦＥＴや
ＰＩＮダイオードに光信号電流をバイパスする経路を電
気的に設け、受信回路のダイナミック・レンジの低減化
を図っている。
一方の受光素子であるアバランシ−フォトΦダイオード
は、上記フォト・ダイオードと同様に受光電力が高くな
ると、自己増倍作用があり、受光電力の増大と共に光信
号電流も急激に増大してゆく。そして、受光電力の増大
に対してバイアス電圧を降下し、増倍率を低減すること
により、光信号電流を降下させている。
は、上記フォト・ダイオードと同様に受光電力が高くな
ると、自己増倍作用があり、受光電力の増大と共に光信
号電流も急激に増大してゆく。そして、受光電力の増大
に対してバイアス電圧を降下し、増倍率を低減すること
により、光信号電流を降下させている。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、波長１μｍ以上の長波長体でのアバラン
シ・フォト・ダイオードは、動作電圧が３０〜１００ｖ
と高く、そのために昇圧回路を必要としなければならな
かった。また、上記フォト・ダイオードの動作電圧は約
５ｖで、電子回路の電源電圧とほぼ同程度であるが、上
述のダイナミック・レンジの低減化が問題となる。更に
、フォト・ダイオードの周辺は、高感度、高速化のため
外付の電子素子を設置することが困難である。また設置
された場合でも高性能化や回路規模が増大し、経済性が
悪いという問題が生ずる。更に、従来の化合物半導体受
光素子であるＩｎＧａＡｓフォト・ダイオードやＧａＡ
ｓフォト・ダイオードは、基本的にｐｎ接合と光吸収層
から成る結晶構造であるが、上述と同様の欠点があった
。
シ・フォト・ダイオードは、動作電圧が３０〜１００ｖ
と高く、そのために昇圧回路を必要としなければならな
かった。また、上記フォト・ダイオードの動作電圧は約
５ｖで、電子回路の電源電圧とほぼ同程度であるが、上
述のダイナミック・レンジの低減化が問題となる。更に
、フォト・ダイオードの周辺は、高感度、高速化のため
外付の電子素子を設置することが困難である。また設置
された場合でも高性能化や回路規模が増大し、経済性が
悪いという問題が生ずる。更に、従来の化合物半導体受
光素子であるＩｎＧａＡｓフォト・ダイオードやＧａＡ
ｓフォト・ダイオードは、基本的にｐｎ接合と光吸収層
から成る結晶構造であるが、上述と同様の欠点があった
。
この発明は上記のような点に鑑みてなされたもので、昇
圧回路を必要しないような低電圧で動作でき、且つ電子
回路のダイナミック・レンジの低減化を図ることができ
、高感度、高速化が可能な半導体受光素子を提供するこ
とを目的とする。
圧回路を必要しないような低電圧で動作でき、且つ電子
回路のダイナミック・レンジの低減化を図ることができ
、高感度、高速化が可能な半導体受光素子を提供するこ
とを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
すなわち、この発明は低電圧で動作できるフォト・ダイ
オード中に、光をバイパスできる多層構造結晶層を部分
的に形成し、フォト・ダイオードの帯域特性をも劣化さ
せずに光領域で高受光電力入力に対して自己的にリーク
させるようして、電子回路のダイナミック・レンジ低減
を改善し、且つ受信回路の集積回路化を容易にすること
を特徴とする。
オード中に、光をバイパスできる多層構造結晶層を部分
的に形成し、フォト・ダイオードの帯域特性をも劣化さ
せずに光領域で高受光電力入力に対して自己的にリーク
させるようして、電子回路のダイナミック・レンジ低減
を改善し、且つ受信回路の集積回路化を容易にすること
を特徴とする。
［実施例コ
以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。第
１図はこの発明の一実施例に係る半導体受光素子の構造
図で、ｐ＋側電極１１がキャリア濃度ｌＸｌ０１８ｃｍ
−３以上のｐ十形１ｎＰ層の基板１２の一面側に形成さ
れている。このｐ十形１ｎＰ層の基板１２は、一部上記
ｐ＋側電極１１及び自身の基板１２を除去し、その除去
した部分に光ｈνを照射するように受光部が形成されて
いる。そして、上記ｐ十形１ｎＰ層の基板１２の上記ｐ
＋側電極１１と反対側の面は、ｐｎ接合部１３を介して
、キャリア濃度５ Ｘ １０ ’ｃ ｍ−３以下で厚さ
２μｍ程度のｎ形１ｎＧａＡｓ層１４と接合している。
１図はこの発明の一実施例に係る半導体受光素子の構造
図で、ｐ＋側電極１１がキャリア濃度ｌＸｌ０１８ｃｍ
−３以上のｐ十形１ｎＰ層の基板１２の一面側に形成さ
れている。このｐ十形１ｎＰ層の基板１２は、一部上記
ｐ＋側電極１１及び自身の基板１２を除去し、その除去
した部分に光ｈνを照射するように受光部が形成されて
いる。そして、上記ｐ十形１ｎＰ層の基板１２の上記ｐ
＋側電極１１と反対側の面は、ｐｎ接合部１３を介して
、キャリア濃度５ Ｘ １０ ’ｃ ｍ−３以下で厚さ
２μｍ程度のｎ形１ｎＧａＡｓ層１４と接合している。
更にこのｎ形１ｎＧａＡｓ層１４の上面には、任意の間
隔をおいて気相成長法（ＭＢＥ法等）で形成した約４０
０人の厚さで低濃度（５Ｘ １０”ｃ ｍ−３以下）の
ｐ−形ＩｎＰ層［５が形成されている。そして、これら
のｐ−″形１ｎＰ層１５の間には、それぞれｎ側電極１
６が形成されている。
隔をおいて気相成長法（ＭＢＥ法等）で形成した約４０
０人の厚さで低濃度（５Ｘ １０”ｃ ｍ−３以下）の
ｐ−形ＩｎＰ層［５が形成されている。そして、これら
のｐ−″形１ｎＰ層１５の間には、それぞれｎ側電極１
６が形成されている。
一方、上記ｐ−形１ｎＰ層１５の上面には、上記気相成
長法で形成した高濃度で薄い、約５０人の厚さのｐ十形
ＩｎＰ層１７が形成され、更にこのｐ十形１ｎＰ層１７
）上面は、ｔＵａ度（２Ｘ １０１７ｃｍ−３以下）の
厚さ１．５μｍ程度のｎ″″形ＩｎＧａＡｓ層１８が形
成されている。また、このｎ″″形ＩｎＧａＡｓ層１８
の他面には、高濃度のｎ十形１ｎＰ層１９が形成され、
更にその上には０＋側電極２０が形成されている。すな
わち、ｎ側電極１Ｇは、ｐ″″形ＩｎＰ層１５、ｐ÷形
１ｎＰ層１７、ｎ−形１ ｎＧａＡｓ層１８及びｎ十形
ｌｎＰ層１９が形成された後、化学的エツチングで選択
的に削除されたものである。そして、ｎ側電極１６はｎ
形Ｉ ｎＧａＡｓ層１４に、ｎ＋側電極２０はｎ十形Ｉ
ｎＰ層１９に、それぞれ形成されたものである。
長法で形成した高濃度で薄い、約５０人の厚さのｐ十形
ＩｎＰ層１７が形成され、更にこのｐ十形１ｎＰ層１７
）上面は、ｔＵａ度（２Ｘ １０１７ｃｍ−３以下）の
厚さ１．５μｍ程度のｎ″″形ＩｎＧａＡｓ層１８が形
成されている。また、このｎ″″形ＩｎＧａＡｓ層１８
の他面には、高濃度のｎ十形１ｎＰ層１９が形成され、
更にその上には０＋側電極２０が形成されている。すな
わち、ｎ側電極１Ｇは、ｐ″″形ＩｎＰ層１５、ｐ÷形
１ｎＰ層１７、ｎ−形１ ｎＧａＡｓ層１８及びｎ十形
ｌｎＰ層１９が形成された後、化学的エツチングで選択
的に削除されたものである。そして、ｎ側電極１６はｎ
形Ｉ ｎＧａＡｓ層１４に、ｎ＋側電極２０はｎ十形Ｉ
ｎＰ層１９に、それぞれ形成されたものである。
次に同実施例の動作について説明する。
先ず、ｐ十電極１１にマイナス、そして全てのｎ側電極
１Ｇとｎ＋側電極２０にプラスのバイアスを、それぞれ
印加する。すると、ｐ”？１Ｍ極１１とｐ十形ＩｎＰ層
の基板■２を一部除去した受光部に光ｈνが照射される
ようになり、この光ｈνが上記ｐ＋形１ｎＰ層の基板１
２を通してｎ形ＩｎＧａＡｓ層１４で吸収され、光電流
の大半はｎ ｆｌｔｌ！電極１６によって取出される。
１Ｇとｎ＋側電極２０にプラスのバイアスを、それぞれ
印加する。すると、ｐ”？１Ｍ極１１とｐ十形ＩｎＰ層
の基板■２を一部除去した受光部に光ｈνが照射される
ようになり、この光ｈνが上記ｐ＋形１ｎＰ層の基板１
２を通してｎ形ＩｎＧａＡｓ層１４で吸収され、光電流
の大半はｎ ｆｌｔｌ！電極１６によって取出される。
ここで、更に上記光ｈνの照射量を増大させると、この
先ｈνはｐ−形ＩｎＰ層１５及びｐ十形１ｎＰ層１７を
介してｎ−形ＩｎＧａＡｓ層■８にも吸収される。この
ｎ−形ＩｎＧａＡｓ＊１８は、光吸収効果をもたらずた
めに、上記ｎ形Ｉ ｎＧａＡｓ層１４と同じ組成とされ
るものである。そして、上記光ｈνはこのｎ−形Ｉ ｎ
ＧａＡｓ層１８からｎ＋形ＩｎＰ層１９を通して、ｎ＋
側電極２０から取出されるようになっている。
先ｈνはｐ−形ＩｎＰ層１５及びｐ十形１ｎＰ層１７を
介してｎ−形ＩｎＧａＡｓ層■８にも吸収される。この
ｎ−形ＩｎＧａＡｓ＊１８は、光吸収効果をもたらずた
めに、上記ｎ形Ｉ ｎＧａＡｓ層１４と同じ組成とされ
るものである。そして、上記光ｈνはこのｎ−形Ｉ ｎ
ＧａＡｓ層１８からｎ＋形ＩｎＰ層１９を通して、ｎ＋
側電極２０から取出されるようになっている。
このようにしてｎ＋側電極２０から取出された光電流は
、不要のものとして、図示されない受信回路のアースへ
と導かれる。
、不要のものとして、図示されない受信回路のアースへ
と導かれる。
第１図に於けるＢ−Ｂ’線に沿った部分は、通常のフォ
ト・ダイオードと同じ構造であるが、同図Ａ−Ａ’線に
沿った部分は、上述したように高濃度で薄いｐ十形１ｎ
Ｐ層１７等を有している。このｐ十形１ｎＰ層Ｌ７は量
子井戸効果を有するもので、この部分が隣接するｐ−″
形ＩｎＰ層１５及びｎ″″″形ＩＧａＡｓ層１８に比べ
、バンド構造的にエネルギーが高くなっている。上述の
ように光ｈνが入射されると、ｎ−形Ｉ ｎＧａＡｓ層
１８内の導電帯に発生した正孔が、上記ｐ÷形１ｎＰ層
１７中の導電帯に移動する。すると、中性条件によって
このｐ＋形１ｎＰ層１７部分のバリアが下がり、ｐ−形
１ｎＰ層１５の導電帯の電子がｎ十形ＩｎＰ層１９側へ
と流れ出すことになる。こうして、光リミッタ作用をＡ
−Ａ’線に沿った部分にもたせることが可能になる。
ト・ダイオードと同じ構造であるが、同図Ａ−Ａ’線に
沿った部分は、上述したように高濃度で薄いｐ十形１ｎ
Ｐ層１７等を有している。このｐ十形１ｎＰ層Ｌ７は量
子井戸効果を有するもので、この部分が隣接するｐ−″
形ＩｎＰ層１５及びｎ″″″形ＩＧａＡｓ層１８に比べ
、バンド構造的にエネルギーが高くなっている。上述の
ように光ｈνが入射されると、ｎ−形Ｉ ｎＧａＡｓ層
１８内の導電帯に発生した正孔が、上記ｐ÷形１ｎＰ層
１７中の導電帯に移動する。すると、中性条件によって
このｐ＋形１ｎＰ層１７部分のバリアが下がり、ｐ−形
１ｎＰ層１５の導電帯の電子がｎ十形ＩｎＰ層１９側へ
と流れ出すことになる。こうして、光リミッタ作用をＡ
−Ａ’線に沿った部分にもたせることが可能になる。
また、ｐ−形１ｎＰ層１５、ｐ十形１ｎＰ層１７、ｎ−
形ＩｎＧａＡｓ層１８及びｎ十形ｒｎＰ層１９で構成さ
れる部分の、光パルス応答の一例を第１図に示す。
形ＩｎＧａＡｓ層１８及びｎ十形ｒｎＰ層１９で構成さ
れる部分の、光パルス応答の一例を第１図に示す。
光の立上がり時間（τｒ）は速く、これに対して光の立
下り時間（τｒ）は遅くなっている。これはｐ÷形１ｎ
Ｐ層１７がｐ十形の高濃度であるが故に、この部分での
電子・正孔再結合時間が遅いためであるが、ｎ＋側電極
２０からはリーク電流であって光信号としては取出さな
いので問題とはならない。
下り時間（τｒ）は遅くなっている。これはｐ÷形１ｎ
Ｐ層１７がｐ十形の高濃度であるが故に、この部分での
電子・正孔再結合時間が遅いためであるが、ｎ＋側電極
２０からはリーク電流であって光信号としては取出さな
いので問題とはならない。
また、ｎ側電極１１３とｎ＋側電極２０の構造は浮遊容
量の低減化のため、くし形影状の組合わせも考えられる
。同実施例に於いて、これらはＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ
／ Ｉ ｎ Ｐ系材料を使用しているが、ＧａＡ Ｉ
Ａｓ／ＧａＡｓ系材料に於いても原理的には同様の作用
が可能とされる。
量の低減化のため、くし形影状の組合わせも考えられる
。同実施例に於いて、これらはＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ
／ Ｉ ｎ Ｐ系材料を使用しているが、ＧａＡ Ｉ
Ａｓ／ＧａＡｓ系材料に於いても原理的には同様の作用
が可能とされる。
このように、光入力電力が大きい場合はｎ＋側電極２０
から不要の電流をリークさせ、光信号電流は通常の場合
と同様にｎ側電極１６から取出すようにしたので、光領
域での受信感度のダイナミック・レンジを低減すること
ができる。
から不要の電流をリークさせ、光信号電流は通常の場合
と同様にｎ側電極１６から取出すようにしたので、光領
域での受信感度のダイナミック・レンジを低減すること
ができる。
尚、ｎ＋側電極２０の直下部分を残置させるためのエツ
チングを、良好に行なわせるために、ｎ形Ｉ ｎＣ；ａ
Ａｓ層１４とｐ″″形１ｎＰＪＷ１５との間にＩｎＧａ
ＡｓＰ層を設けるか、若しくはｐ″″形ＩｎＰ層１５の
代わりとしてｎ−形１ ｎＧａＡｓ層１８よりエネルギ
ー・ギャップの小さいＩ ｎＧａＡｓを使用してもよい
ものである。このように、組成を変えることによってＢ
−Ｂ’線に沿った部分のｎ形Ｉ ｎＧａＡｓ層１４のエ
ツチング面を、平坦に形成させることが可能となる。
チングを、良好に行なわせるために、ｎ形Ｉ ｎＣ；ａ
Ａｓ層１４とｐ″″形１ｎＰＪＷ１５との間にＩｎＧａ
ＡｓＰ層を設けるか、若しくはｐ″″形ＩｎＰ層１５の
代わりとしてｎ−形１ ｎＧａＡｓ層１８よりエネルギ
ー・ギャップの小さいＩ ｎＧａＡｓを使用してもよい
ものである。このように、組成を変えることによってＢ
−Ｂ’線に沿った部分のｎ形Ｉ ｎＧａＡｓ層１４のエ
ツチング面を、平坦に形成させることが可能となる。
［発明の効果］
以上のようにこの発明によれば、低電圧で動作できるフ
ォト・ダイオード中に、光をバイパスできる多層構造結
晶層を部分的に形成し、フォト・ダイオードの帯域特性
をも劣化させずに光領域で高受光電力入力に対して自己
的にリークさせるようにしたので、電子回路のダイナミ
ック・レンジ低減を改善し、且つ受信回路の集積回路化
を容易にすることができる。
ォト・ダイオード中に、光をバイパスできる多層構造結
晶層を部分的に形成し、フォト・ダイオードの帯域特性
をも劣化させずに光領域で高受光電力入力に対して自己
的にリークさせるようにしたので、電子回路のダイナミ
ック・レンジ低減を改善し、且つ受信回路の集積回路化
を容易にすることができる。
第１図はこの発明の一実施例に係る半導体受光素子の構
造を示した図、第２図は第１図の半導体受光素子の高受
光レベルでのリーク電極端子に於ける光応答波形を示し
た図である。 １５・・・ｐ−形ＩｎＰ層、ＩＢ・・・ｎ側電極、１７
−１）十形１ｎＰ層、１８−ｎ−形１ｎＧａＡｓ層、１
９・・・ｎ十形１ｎＰ層、２０・・・ｎ＋側電極。
造を示した図、第２図は第１図の半導体受光素子の高受
光レベルでのリーク電極端子に於ける光応答波形を示し
た図である。 １５・・・ｐ−形ＩｎＰ層、ＩＢ・・・ｎ側電極、１７
−１）十形１ｎＰ層、１８−ｎ−形１ｎＧａＡｓ層、１
９・・・ｎ十形１ｎＰ層、２０・・・ｎ＋側電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 一方の面に基準電極が形成されると共に受光部が形成さ
れた所定のキャリア濃度及び所定の導電形を有する半導
体基板と、 この半導体基板の他面に形成されるもので、所定のキャ
リア濃度及び上記半導体基板とは異なる導電形を有する
第１の半導体層と、 この第１の半導体層の上面に所定の間隔で形成された出
力電極と、 上記第１の半導体層の上面に上記出力電極を挟んで形成
されるもので、上記半導体基板と同一の導電形及び低キ
ャリア濃度を有する第２の半導体層と、 この第２の半導体層の上面に形成されるもので、上記半
導体基板と同一の導電形及び高濃度を有する第３の半導
体層と、 この第３の半導体層の上面に形成されるもので、上記第
１の半導体層と同一の導電形及び低濃度を有する第４の
半導体層と、 この第４の半導体層の上面に形成されるもので、上記第
１の半導体層と同一の導電形及び高濃度を有する第５の
半導体層と、 この第５の半導体層の上面に形成されたリーク電流取出
し電極とを具備することを特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61209072A JPS6365682A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61209072A JPS6365682A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6365682A true JPS6365682A (ja) | 1988-03-24 |
Family
ID=16566788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61209072A Pending JPS6365682A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6365682A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4879250A (en) * | 1988-09-29 | 1989-11-07 | The Boeing Company | Method of making a monolithic interleaved LED/PIN photodetector array |
| US5055894A (en) * | 1988-09-29 | 1991-10-08 | The Boeing Company | Monolithic interleaved LED/PIN photodetector array |
-
1986
- 1986-09-05 JP JP61209072A patent/JPS6365682A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4879250A (en) * | 1988-09-29 | 1989-11-07 | The Boeing Company | Method of making a monolithic interleaved LED/PIN photodetector array |
| US5055894A (en) * | 1988-09-29 | 1991-10-08 | The Boeing Company | Monolithic interleaved LED/PIN photodetector array |
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