JPS639163A

JPS639163A - 半導体受光素子

Info

Publication number: JPS639163A
Application number: JP61152871A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Sugimoto; 喜正杉本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1988-01-14

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、逆バイアス電圧で使用する半導体受光素子に
関し、特に高速応答特性に優れたベテロ接合型の半導体
受光素子に関する。

（従来の技術）現在、光通信の実用化が進められている。この光通信で
使用する波長域は、光ファイバーの伝送損失が低い１〜
１．６Ｎｒｎ帯が主流である。この波長域で動作可能な
光源（半導体レーザ、ＬＥＤ）及び光検出器（ホトダイ
オード、ＦＤやアバランシホトダイオード、ＡＰＤ）の
研究開発が活発に進められている。光源としてはＩｎＰ
　−ＩｎＧａＡｓＰ系が、光検出器としてはＧｅ−ＡＰ
Ｄが主に用いられている。

しかし、このＧｅ−Ａ’ＰＤは暗電流と過剰雑音が大き
く、また温度特性も悪いので必ずしも光通信月光信号を
検出する素子としては最適でなくこれに代わる化合物半
導体材料によるＰＤ及びＡＰＤが期待されている。

化合物半導体受光素子のうちでＩｎＧａＡｓ　−ＰＩＮ
　−ＦＤは現在勢力的に開発が進められている。ＰＩＮ
−ＰＤは低１圧動作ができ、ＦＥＴと組み合わせたＰＩ
Ｎ　−ＦＥｒ受光素子は高速、高感度な受光素子として
注目されている。しかし、通常の構造では光吸収層中の
走行時間が大きく高速性を制限していた。そこでそれを
改良する構造（特願昭６１−１２５４７１号）を提案し
た。

第５図にその受光素子を示す。これはＩｎＧａＡｓを光
吸収層、ＩｎＰ店を窓層とし、さらにＩｎＧａＡｓ層の
下にＩｎＰ／　ＩｎＧａＡｓ超格子ブラッグ反射器を設
けたＰＩＮ　−ＦＤの模式断面図である。この受光素子
では、ｎ”−ＩｎＰ基板６上にｎ”−ＩｎＰバッフｙ　
ＪＩ５、ｎ−Ｉｎｋ／ＩｎＧａＡｓ超格子ブラッグ反射
器８、ｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４、Ｐ”　−ＩｎＧ
ａＡｓ層３、Ｐ”　−ＩｎＰ窓層２を形成し、メサエッ
チングを施した後にＰ側電極１．ｎ側電極７を形成して
いる。入射光１０は窓層から入る構造となっている。

この受光素子は、電極１，７間に逆方向バイアス電圧を
印加し、空乏層をＩｎＧａＡｓ層に伸ばし、さらにブラ
ッグ反射器で吸収できなかった光を反射させて、ξらに
光吸収をする構造となっている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、第５図に示す構造では、ブラッグ反射器
としては６０％程度の反射率しか得られてなく、したが
って光吸収層も２ｐ程度に制限され、また走行時間制限
が大きい。さらに高速な応答を得るためには１００％近
い反射率を有する反射器を設け、さらに薄い光吸収層と
することで走行時間を短くする必要がある。

光吸収層が２／ＪＩＴ＋程度では１０ＧＨｚ程度の帯域
しか得られないが、これがさらに短くなることでさらに
大きな帯域が得られることが予想される。そこで、本発
明の目的はこの様な従来構造の欠点を除去せしめ、高速
でしかも高効率な半導体受光素子を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段）前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
：第１の導電型を有する半導体層からなる光吸収層と、
該半導体層とは反対の第２の導電型有する半導体層と積
層構造が備えてある半導体受光素子において：前記光吸
収層の光の反射面とは半体の位置に禁制帯幅がそれぞれ
Ｅｇ＋−及びＥｇＩｂ（Ｅｇ＋−＞ＥｇＩｂ）　ｐある
２つの半導体層が交互に積層されてなり、厚さがｄｌで
反射係数がｎｌである多重量子化井戸層と、禁制帯幅が
Ｅｇｇ　（Ｅｇｇ≧ＥｇＩ□。

ｐ：、ｇ　＊　＞　Ｅｇ　ｒ　ｂ　）であり、厚さがｄ
、で反射係数がｎ。

（ｎ、＞ｎ、）である半導体層とを交互に積層した積層
構造からなる層構造を有し；この層構造がある特定の波
長λに対し＾−２（ｎ、ｄ、　＋ｎ、ｄ、　）なる関係
を満足することを特徴とする。

（作用）本発明は上述の手段により従来型の欠点を解決した。第
１図は本発明において光吸収層の下に設ける反射器の構
造を示している。この反射器は、ＩｎＰ届とＩｎＧａＡ
ｓ層とのＭＱＷ層とＩｎＡＩＡｓＪｉとが積層した構造
となっている。ここでＭＱＷ層の厚さｄ、、反射係数ｎ
、とＩｎＡｌＡｓ層の厚さｄ２、反射係数ｎ。

は、特定の波長λの光だけを反射する様なブラッグ条件
を満たす値となっている。その条件はλ＝　２　（ｎ４
ｄ＋　＋　ｎ２ａｚ　）である６例として波長１．５５
Ｐｒｒｎの光を考えてみると、６値は以下の様になるｎ＋−３，２ｎｔ−２，９ｄ、構１２００人　　　ｄ□−１３００人上記の結果を
基にしてブラッグ反射器を作成すれば良い。具体的には
ＩｎＰＭｌの層厚を１４０人、ＩｎＧａＡｓの層厚を１
００人とし、これらを５周期積層してなるＭＱＷ層と層
厚１３００人のＩｎＰに格子整合するＩｎＡｌＡｓを１
０周期積層した構造からなる。

第２図にこの構造のブラッグ反射器の反射率と波長との
関係を示す。本図には、併せて第５図の従来構造のブラ
ッグ反射器の特性も示しである。

この図から明らかな様に、本発明の構造では９０％程度
の反射率が得られており、従来構造の６０％の１．５倍
の値となっている。したがって、本発明の構造を適用す
ることで光吸収層を量子効率の低下なしにさらに薄くす
ることが可能であり、さらに高速性に優れたＰＩＮ−Ｆ
Ｄが期待できる。

（実施例）以下、第５図の従来例と同様にＩｎＰ／　ＩｎＧａＡｓ
系について詳述するが他の化合物半導体、例えば、ＡＱ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓ、　ＡＱＧａＳｂ／ＧａＳｂ等につ
いても全く同様であることは容易に理解される。

第３図は本発明の一実施例を示す模式的な断面図である
。ｎ”−ＩｎＰ基板６上にハイドライド気相成長装置を
用いて成長をおこなった。基板６上に、ｎ”　−ＩｎＰ
バッファ珊５をＩＰｅｎ、第１図に示した構造のブラッ
グ反射器９、ｎ−−ＩｎＧａＡｓ光吸収層４をＩ　Ｐａ
ｎ、　Ｐ”　−ＩｎＧａＡｓ層３を１４．　Ｐ”−Ｉｎ
Ｐ窓暦２を１゜５−成長し、ｐ側を極１としてＡｕＺｎ
、　　ｎ側電極７としてＡｕＧｅＮｉを形成後、メサエ
ッチングをして素子化をおこなった。入射光１０窓層２
から入射する。この構造のブラッグ反射器は第５図の従
来のものより反射率が大きいから、光吸収届をさらに薄
くしても、吸収損失なく光吸収が可能となった。

第４図に波長１．５５−での周波数特性を示す。本図に
おいて、破線は第５図の従来のブラッグ反射器付きＰＩ
Ｎ−ＰＤ、実線は本発明のＦ’ＩＮ　−ＰＤを示してい
る。この図から明らかな様に本発明のカットオフ　（ｃ
ｕｔ　ｏｆｆ　）周波数はＩＩＧＨ２であり、従来構造
の８ＧＨｚよりもさらに速い応答特性を示している。

（発明の効果）本発明によれば、ブラッグ反射器の反射率をさらに上げ
ることが可能となり、ブラッグ反射器付きＰＩＮ−ＰＤ
の高速、高感度化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体受光素子に用いられるブラッグ
反射器の構造を示す図、第２図は本発明のブラッグ反射
器の反射率特性を示す図、第３図は本発明の一実施例を
示す図、第４図は実施例の効果を示す図、第５図は従来
の半導体受光素子を示す断面図である。１　・ｐ側電極、２　・・・Ｐ”　−ＩｎＰＭ、３−Ｐ
”−ＩｎＧａＡｓ層、４　・・ｎ−−ＩｎＧａＡｓ層、
５−ｎ”　−ＩｎＰ層、６・・・ｎ”−ＩｎＰ基板、７
　＝−ｎ側電極、８　・−ＩｎＰ／　ＩｎＧａＡｓ超格
子届、９・・・積着構造ブラッグ反射器、１０・・・入
射光。ｇｚ第１図第２図第３図た答刺椅（ｄＢ）

Claims

【特許請求の範囲】

第１の導電型を有する半導体層からなる光吸収層と、該
半導体層とは反対の第２の導電型を有する半導体層とを
含む積層構造が備えてある半導体受光素子において；前
記光吸収層の光の入射面とは反対の位置に禁制帯幅がそ
れぞれＥｇ＿１＿ａ、及びＥｇ＿１＿ｂ、（Ｅｇ＿１＿
ａ＞Ｅｇ＿１＿ｂ）である２つの半導体層が交互に積層
されてなり、厚さがｄ＿１で反射係数がｎ＿１である多
重量子化井戸層と、禁制帯幅がＥｇ＿２（Ｅｇ＿２≧Ｅ
ｇ＿１＿ａ、Ｅｇ＿２＞Ｅｇ＿１＿ｂ）であり、厚さが
ｄ＿２で反射係数がｎ＿２（ｎ＿１＞ｎ＿２）である半
導体層とを交互に積層した積層構造からなる層構造を有
し；この層構造がある特定の波長λに対しλ＝２（ｎ＿
１ｄ＿１＋ｎ＿２ｄ＿２）なる関係を満足することを特
徴とする半導体受光素子。