JPS6377169A - 光伝導型光検出器 - Google Patents
光伝導型光検出器Info
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- JPS6377169A JPS6377169A JP61221529A JP22152986A JPS6377169A JP S6377169 A JPS6377169 A JP S6377169A JP 61221529 A JP61221529 A JP 61221529A JP 22152986 A JP22152986 A JP 22152986A JP S6377169 A JPS6377169 A JP S6377169A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (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)
本発明は光フアイバ通信に用いるのに適した高感度な光
伝導型光検出器に関する。
伝導型光検出器に関する。
(従来の技術とその問題点)
長距離光ファイバ通信用の受光器としてはアバランシェ
・フォトダイオード(APD)やPINフォトダイオー
ドが使われている。また光照射による伝導率の変化を利
用してこれを検出する、光伝導型光検出器(以下PCD
と略記する)の研究開発も行なわれ始めている。第6図
はジャーナル・才ブ・アプライドフィジックス(J、
Appl。
・フォトダイオード(APD)やPINフォトダイオー
ドが使われている。また光照射による伝導率の変化を利
用してこれを検出する、光伝導型光検出器(以下PCD
と略記する)の研究開発も行なわれ始めている。第6図
はジャーナル・才ブ・アプライドフィジックス(J、
Appl。
phys、 、 1985)の1411頁に報告されて
いる従来のPCDの断面構造図である。PCDの平均受
信感度Pは で表わされる。(1)式でhνは光子1個当りのエネル
ギー、qは電子の電荷量、ηは受光量子効率、GはPC
Dの利得、Bはビットレート、くi”〉、にはPCDの
平均雑音を流である。Qはビット誤り率が101のとき
に6となる。利得は各周波数ωを用い G−(τ、/T、、) C1+ω1τ−)−に ・・・
(2)のように表わされる。(2)式でて、はキャリア
の寿命でn型PCDでは正孔の寿命となる。T、、は電
子の電極間走行時間で決定される。走行時間に比べてキ
ャリア寿命は長いのでPCDは利得を持ち、(1)式か
ら利得が大きい程、高い受光感度が期待される。τ。、
T l rは電界強度E、を極間隔し、正孔移動度μ1
、電子移動度μn及び電子速度V、を用いると τ。#L/2μ、E ・・・(3)
T、、−L/lt、E−L/V、 −(4
)と表わされる。Ino 、 s 5Gao 、 a
yAE3が伝導届で電子のドリフト速度が最大となるE
; 3 KV/cmの電界がかかっているとする。こ
の状態ではv、;2×107crIl/Sとなる。L−
51a、!:t、テ、ap−200cII+ ”/V−
5とすると(3)式、及び(4)式よりτo 420
psec、 T lr = 25psecとなる。(2
)式よりω−0ではG;17となる。(1)式を用いて
PCDの受M感度を計算する際にはω−0での利得値を
適用できない。τ、が長いことにより立ち上がり時間の
遅れや、立ち下がり時の裾引きが生じるので、受筒回路
では等化が必要となる。この等化によるペナルティ−に
より、実際上は期待される程の感度が引き出せないこと
になる。第6図の構造ではG−35でありI Gb/s
N RZで−34,4dBm(Pe−10−’ )と
いる値が実現されているが、感度は増倍率10程度の三
元APDと比ベロdB程度悪い、従来構造を用いる限り
、利得は数10程度しか得られず、また等化回路でのペ
ナルティ−が生ずるのでAPDを凌駕するような高感度
化を実現することは困難であった。
いる従来のPCDの断面構造図である。PCDの平均受
信感度Pは で表わされる。(1)式でhνは光子1個当りのエネル
ギー、qは電子の電荷量、ηは受光量子効率、GはPC
Dの利得、Bはビットレート、くi”〉、にはPCDの
平均雑音を流である。Qはビット誤り率が101のとき
に6となる。利得は各周波数ωを用い G−(τ、/T、、) C1+ω1τ−)−に ・・・
(2)のように表わされる。(2)式でて、はキャリア
の寿命でn型PCDでは正孔の寿命となる。T、、は電
子の電極間走行時間で決定される。走行時間に比べてキ
ャリア寿命は長いのでPCDは利得を持ち、(1)式か
ら利得が大きい程、高い受光感度が期待される。τ。、
T l rは電界強度E、を極間隔し、正孔移動度μ1
、電子移動度μn及び電子速度V、を用いると τ。#L/2μ、E ・・・(3)
T、、−L/lt、E−L/V、 −(4
)と表わされる。Ino 、 s 5Gao 、 a
yAE3が伝導届で電子のドリフト速度が最大となるE
; 3 KV/cmの電界がかかっているとする。こ
の状態ではv、;2×107crIl/Sとなる。L−
51a、!:t、テ、ap−200cII+ ”/V−
5とすると(3)式、及び(4)式よりτo 420
psec、 T lr = 25psecとなる。(2
)式よりω−0ではG;17となる。(1)式を用いて
PCDの受M感度を計算する際にはω−0での利得値を
適用できない。τ、が長いことにより立ち上がり時間の
遅れや、立ち下がり時の裾引きが生じるので、受筒回路
では等化が必要となる。この等化によるペナルティ−に
より、実際上は期待される程の感度が引き出せないこと
になる。第6図の構造ではG−35でありI Gb/s
N RZで−34,4dBm(Pe−10−’ )と
いる値が実現されているが、感度は増倍率10程度の三
元APDと比ベロdB程度悪い、従来構造を用いる限り
、利得は数10程度しか得られず、また等化回路でのペ
ナルティ−が生ずるのでAPDを凌駕するような高感度
化を実現することは困難であった。
本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、高利得、高
感度なPCDを提供することを目的とする。
感度なPCD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)
本発明のPCDは、半導体基板の上に禁制帯幅が異なる
複数のn型半導体層を形成してなり、これらのn型半導
体層は層厚方向に電圧を印加して用い、光を照射したと
きに発生したキャリアのうち正孔のみがバンド不連続に
よってトラップきれるバンド構造をしている。そのトラ
ップされた正孔を引き出すためには、p型領域を選択的
に形成すればよい。
複数のn型半導体層を形成してなり、これらのn型半導
体層は層厚方向に電圧を印加して用い、光を照射したと
きに発生したキャリアのうち正孔のみがバンド不連続に
よってトラップきれるバンド構造をしている。そのトラ
ップされた正孔を引き出すためには、p型領域を選択的
に形成すればよい。
(作用)
第1図は本発明の原理を示したバンド図である。禁制帯
幅がEl及びEx(E+>Ex)の二種類のn型半導体
層を3層ずつ交互にn型基板に形成し、厚さ方向に1圧
をかけた状態のバンド図である。光が照射されると、電
子と正孔が生成されそれぞれ矢印の方向に走行する。価
電子帯には、二種類の半導体の接合部で、大きなノツプ
が生ずることにより、正孔がここでせき止められる。
幅がEl及びEx(E+>Ex)の二種類のn型半導体
層を3層ずつ交互にn型基板に形成し、厚さ方向に1圧
をかけた状態のバンド図である。光が照射されると、電
子と正孔が生成されそれぞれ矢印の方向に走行する。価
電子帯には、二種類の半導体の接合部で、大きなノツプ
が生ずることにより、正孔がここでせき止められる。
n型半導体基板をn−InPとし、これに格子整合した
二種類の半導体をInk(Et=0.35eV)とIn
6,5sGae、ayA!!(E 2=0.75eV)
とすると、ノツチの高さは数100meVとなるが、こ
の値は常温での熱エネルギーの値(〜25meV )に
比べると充分大きくなる。正孔はこの障壁を越えること
が難かしくなり、この部分にトラップきれる。したがっ
て1m>>’r、、とすることが可能となり、大きな利
得を得ることができるようになる。一方、正孔の寿命が
長くなり、光がきられた後も正孔はなかなか消滅しにく
くなる。これによる波形の裾引きを消すためにp型領域
を選択的に形成しておく。光がOFFとなった瞬間にこ
のp型領域に電圧をかけてトラップされている正孔を強
制的に引き出せば裾引きが消せ、次のビットとの符号量
干渉を無くすることができる。
二種類の半導体をInk(Et=0.35eV)とIn
6,5sGae、ayA!!(E 2=0.75eV)
とすると、ノツチの高さは数100meVとなるが、こ
の値は常温での熱エネルギーの値(〜25meV )に
比べると充分大きくなる。正孔はこの障壁を越えること
が難かしくなり、この部分にトラップきれる。したがっ
て1m>>’r、、とすることが可能となり、大きな利
得を得ることができるようになる。一方、正孔の寿命が
長くなり、光がきられた後も正孔はなかなか消滅しにく
くなる。これによる波形の裾引きを消すためにp型領域
を選択的に形成しておく。光がOFFとなった瞬間にこ
のp型領域に電圧をかけてトラップされている正孔を強
制的に引き出せば裾引きが消せ、次のビットとの符号量
干渉を無くすることができる。
(実施例)
第2図は本発明の一実施例の断面構造を示す図である。
n型InP基板21の上に各々厚さ50人のアンドープ
InP泗22とアンドープIno 、 s 3Gao
、 a 7AS層23が交互に計10届周期的に形成さ
れている。
InP泗22とアンドープIno 、 s 3Gao
、 a 7AS層23が交互に計10届周期的に形成さ
れている。
キャリア密度は各層がn−I XIQ′6cTII−”
である。
である。
24は正孔を引き出すためのZn拡散で作られたp型領
域である。光はアンドープIno、asGao、ayA
9ffi23で吸収される。InPとlno 、 s
aGao 、 a yAsで作られるアンドープ届のト
ータルの厚さを50人X2X10”−0,1−としたの
は電子の走行時間T t tを小さくするためである#
Gb/ s程度の高速の光信号を受信する場合、PC
Dの立ち上がり、立ち下がり時間は周期よりも普通、長
くなってしまう。光信号は正孔の掃き出しに必要な時間
や、タイミングを考えるとRZ (Return to
Zero ) M号が望ましい。
域である。光はアンドープIno、asGao、ayA
9ffi23で吸収される。InPとlno 、 s
aGao 、 a yAsで作られるアンドープ届のト
ータルの厚さを50人X2X10”−0,1−としたの
は電子の走行時間T t tを小さくするためである#
Gb/ s程度の高速の光信号を受信する場合、PC
Dの立ち上がり、立ち下がり時間は周期よりも普通、長
くなってしまう。光信号は正孔の掃き出しに必要な時間
や、タイミングを考えるとRZ (Return to
Zero ) M号が望ましい。
DC利得が大きくなってもTt+が大きいと、最大利得
は上がらない。その様子を示したのが第3図である。同
図で(a)は従来の利得の低いPCD、(b)と(c)
は本発明によるPCDの応答波形を模式的に表わしたも
のである。(b)と(c)はDC利得は同じであるが、
電子の走行時間は異なり、(C)の方が短かい。これか
ら分かるように実効的に高い利得を得るためには、出来
るだけ走行時間を短かくするような構造が望ましい。V
、= 2 X10’cm/Sとすると04Prncy)
厚さのアンドープ、1を走行するのに電子が要する時間
はT r r −0,5psccとなる。デユーティ比
50%のI Gb/SRZ光信号が照射きれているとす
る。正孔の寿命は周期i n5ecに比べればノツチで
のトラップ効果によって十分長くすることができる。
は上がらない。その様子を示したのが第3図である。同
図で(a)は従来の利得の低いPCD、(b)と(c)
は本発明によるPCDの応答波形を模式的に表わしたも
のである。(b)と(c)はDC利得は同じであるが、
電子の走行時間は異なり、(C)の方が短かい。これか
ら分かるように実効的に高い利得を得るためには、出来
るだけ走行時間を短かくするような構造が望ましい。V
、= 2 X10’cm/Sとすると04Prncy)
厚さのアンドープ、1を走行するのに電子が要する時間
はT r r −0,5psccとなる。デユーティ比
50%のI Gb/SRZ光信号が照射きれているとす
る。正孔の寿命は周期i n5ecに比べればノツチで
のトラップ効果によって十分長くすることができる。
したがって得られる最大利得はG m O,5nsec
10、5psec驕1000となる。p型領域24の間
隔は5pであり光がOFFになった瞬間に第3図に示し
た様なタイミングで負電圧をかければ0.5nsec以
内に正孔を掃き出し、次のビットとの符号量干渉をなく
することができる。
10、5psec驕1000となる。p型領域24の間
隔は5pであり光がOFFになった瞬間に第3図に示し
た様なタイミングで負電圧をかければ0.5nsec以
内に正孔を掃き出し、次のビットとの符号量干渉をなく
することができる。
第4図は本発明による他の実施例の断面構造を示す図で
ある。吸収効率を上げるために半絶縁性InP基板40
の上に第1PCD届41、第2PCDJ!J42)・・
・、第10PCD層50が形成きれている。51は正孔
引き出し用のp型領域である。各々のPCD層はn −
Ins、 1ljca@、 4yA5 (Hm 5 X
IQ”am−” )層の間に、50人のアンドープI
nP層n −I Xl01′cITl−”とアンドープ
Ino、5Gao、ayAs届(n = I XIO”
Cm−”)が交互に計107I形成されている。電圧は
交互に+v10、+V、O2・・・とかけて使用する。
ある。吸収効率を上げるために半絶縁性InP基板40
の上に第1PCD届41、第2PCDJ!J42)・・
・、第10PCD層50が形成きれている。51は正孔
引き出し用のp型領域である。各々のPCD層はn −
Ins、 1ljca@、 4yA5 (Hm 5 X
IQ”am−” )層の間に、50人のアンドープI
nP層n −I Xl01′cITl−”とアンドープ
Ino、5Gao、ayAs届(n = I XIO”
Cm−”)が交互に計107I形成されている。電圧は
交互に+v10、+V、O2・・・とかけて使用する。
第5図は、その条件で計算した受信感度を示す図である
。全容量Gは1.OpF、後段のGaAsFETはgm
−40m5. P CDの抵抗R6は400Ω、又負荷
抵抗RLは1にΩとして求めである。同図に於いて、(
a)はAPD、(b)はPINフ才)−ダイオード、(
C)は第5図に示した従来のPCD、(d)は第4図実
施例のPCDそれぞれの受信感度を示す特性線である。
。全容量Gは1.OpF、後段のGaAsFETはgm
−40m5. P CDの抵抗R6は400Ω、又負荷
抵抗RLは1にΩとして求めである。同図に於いて、(
a)はAPD、(b)はPINフ才)−ダイオード、(
C)は第5図に示した従来のPCD、(d)は第4図実
施例のPCDそれぞれの受信感度を示す特性線である。
PCDで発生する熱雑音が低域の1/fXt音と等しく
なる周波数は(C)、(d)の計算で100M)12と
仮定しである。従来例に比べて利得が大きい分だけ感度
の改善が可能となる。
なる周波数は(C)、(d)の計算で100M)12と
仮定しである。従来例に比べて利得が大きい分だけ感度
の改善が可能となる。
(発明の効果)
以上に詳しく説明したように、本発明によれば、利得お
よび感度が高いPCDが提供できる。
よび感度が高いPCDが提供できる。
第1図は本発明の原理を示すバンド図、第2図は本発明
の一実施例の断面構造を示す図、第3図はPCDの利得
と時間の関係を示す特性図、第4図は本発明の別の実施
例の断面構造を示す図、第5図は計算して求めた各種ダ
イオードの受信感度図、第6図は従来のPCDの断面構
造を示す図゛である。 これら図において、21はn型InP基板、22はアン
ドープInP珊、23及び52はアンドープIno 、
s jGao、4yA9層、24及び51はp型領域
、40及び51は半絶縁性InP基板、25 、26
、27及び53は電極、28は正孔掃き出し用M、源、
41は第1PCDJ!、42は第2PCD層、・・・、
50は第10PCD層である。
の一実施例の断面構造を示す図、第3図はPCDの利得
と時間の関係を示す特性図、第4図は本発明の別の実施
例の断面構造を示す図、第5図は計算して求めた各種ダ
イオードの受信感度図、第6図は従来のPCDの断面構
造を示す図゛である。 これら図において、21はn型InP基板、22はアン
ドープInP珊、23及び52はアンドープIno 、
s jGao、4yA9層、24及び51はp型領域
、40及び51は半絶縁性InP基板、25 、26
、27及び53は電極、28は正孔掃き出し用M、源、
41は第1PCDJ!、42は第2PCD層、・・・、
50は第10PCD層である。
Claims (2)
- (1)半導体基板の上に禁制帯幅が異なる複数のn型半
導体層を形成してなり、これらのn型半導体層は層厚方
向に電圧を印加して光を照射したときに発生したキャリ
アのうち正孔のみが価電子帯に生じたバンド不連続によ
ってトラップされるバンド構造を有していることを特徴
とする光伝導型光検出器。 - (2)特許請求の範囲第1項記載の光伝導型光検出器に
於いて、トラップされた正孔を引き出すためのp型領域
が選択的に形成されていることを特徴とする光伝導型光
検出器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61221529A JPH0770751B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 光伝導型光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61221529A JPH0770751B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 光伝導型光検出器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6377169A true JPS6377169A (ja) | 1988-04-07 |
JPH0770751B2 JPH0770751B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=16768144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61221529A Expired - Lifetime JPH0770751B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | 光伝導型光検出器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0770751B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011528865A (ja) * | 2008-07-21 | 2011-11-24 | インヴィサージ テクノロジーズ インコーポレイテッド | 安定高感度光検出器のための材料、作製機器、および方法、それにより作製される画像センサ |
US9691931B2 (en) | 2008-04-18 | 2017-06-27 | Invisage Technologies, Inc. | Materials, fabrication equipment, and methods for stable, sensitive photodetectors and image sensors made therefrom |
US9735384B2 (en) | 2007-04-18 | 2017-08-15 | Invisage Technologies, Inc. | Photodetectors and photovoltaics based on semiconductor nanocrystals |
US9871160B2 (en) | 2007-04-18 | 2018-01-16 | Invisage Technologies, Inc. | Materials, systems and methods for optoelectronic devices |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61115356A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-02 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出素子 |
-
1986
- 1986-09-19 JP JP61221529A patent/JPH0770751B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61115356A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-02 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出素子 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9735384B2 (en) | 2007-04-18 | 2017-08-15 | Invisage Technologies, Inc. | Photodetectors and photovoltaics based on semiconductor nanocrystals |
US9871160B2 (en) | 2007-04-18 | 2018-01-16 | Invisage Technologies, Inc. | Materials, systems and methods for optoelectronic devices |
US9691931B2 (en) | 2008-04-18 | 2017-06-27 | Invisage Technologies, Inc. | Materials, fabrication equipment, and methods for stable, sensitive photodetectors and image sensors made therefrom |
JP2011528865A (ja) * | 2008-07-21 | 2011-11-24 | インヴィサージ テクノロジーズ インコーポレイテッド | 安定高感度光検出器のための材料、作製機器、および方法、それにより作製される画像センサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0770751B2 (ja) | 1995-07-31 |
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