JPS6377169A - 光伝導型光検出器 - Google Patents

光伝導型光検出器

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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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JP
Japan
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pcd
light
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JP61221529A
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Kenichi Kasahara
健一 笠原
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NEC Corp
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NEC Corp
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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。
(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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
(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。
キャリア密度は各層がn−I XIQ′6cTII−”
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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。
JP61221529A 1986-09-19 1986-09-19 光伝導型光検出器 Expired - Lifetime JPH0770751B2 (ja)

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JPS6377169A true JPS6377169A (ja) 1988-04-07
JPH0770751B2 JPH0770751B2 (ja) 1995-07-31

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61115356A (ja) * 1984-11-09 1986-06-02 Hamamatsu Photonics Kk 光検出素子

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