JP2001237454A

JP2001237454A - 半導体受光素子

Info

Publication number: JP2001237454A
Application number: JP2001013342A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakada; 武志中田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2001-08-31
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JP3610910B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低電圧動作で増倍率が高く、同時に暗電流が
低い高感度のアバランシェ増倍型の半導体受光素子を提
供することを目的とし、さらに、光吸収層の格子整合条
件を取り除き、光吸収層の材料の範囲を広げることがで
きるアバランシェ増倍型の半導体受光素子を提供する。【解決手段】半導体基板１上に、アバランシェ増倍層
１２及び光吸収層１４、１５を備え、これら増倍層１２
及び光吸収層１４、１５の一方または双方をガイド層１
１、１６で挟んでなる導波路型の半導体受光素子におい
て、光吸収層１４、１５のキャリア濃度を、アバランシ
ェ増倍層１２のキャリア濃度より高濃度としたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受光素子に
関し、特に、低電圧、低雑音及び高速応答に優れたアバ
ランシェ増倍型の半導体受光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、受光素子の１種に、入射光により
生成したキャリアを空乏層のなだれ現象を用いて増倍
し、受光感度を高める、アバランシェ増倍型半導体受光
素子がある。この受光素子は、半導体のｐｎ接合を用い
て光を検出するフォトダイオードにアバランシェ過程を
組み合わせることにより、信号増幅効果を有し、受信感
度が高く、しかも高速応答に優れているという特徴を有
する。

【０００３】アバランシェ過程とは、半導体のｐｎ接合
に深い逆バイアスを印加することにより、高電界下で加
速された電子や正孔によりイオン化を生じさせ、そこで
生じた電子−正孔対の電子が再び高電界により加速され
てイオン化するという現象が連鎖反応的に起きる過程で
ある。この過程の極限状態がアバランシェ降伏である。
この現象を利用して信号を増幅することができる。この
とき、アバランシェ増倍を得るためには高電界を印加す
る必要があることと、トンネルブレークダウンを防ぐた
めにアバランシェ増倍層の層厚を確保する必要があるこ
とから、一般的には、その動作電圧を大きな値とするこ
とが必要である。

【０００４】一方、北野らや花谷らは、光吸収層とアバ
ランシェ増倍層を一体化させて薄膜とすることで、動作
電圧の低減が可能であることを提案している（北野ら：
信学技報OPE96-11, p61, (1996-05)、花谷ら：特開平８
−３２１０５号公報等参照）。図４は、動作電圧の低減
が可能なアバランシェ増倍型半導体受光素子を示す斜視
図であり、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、ｎ−ＩｎＡｌＡｓ層
２、ＩｎＡｌＧａＡｓコア層３、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓ超格子光吸収増倍層４、ＩｎＡｌＧａＡｓコア層
５、ｐ−ＩｎＡｌＡｓ層６、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層７が積層されてメサストライプ状とされ、これらの
層２〜７はポリイミド埋め込み層８により全体が埋め込
まれ、このポリイミド埋め込み層８上にはｐ型電極９が
形成され、また、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面にはｎ型電極
１０が形成されている。

【０００５】この半導体受光素子は、ＩｎＧａＡｓとＩ
ｎＡｌＡｓとの超格子構造を用い、そのＩｎＧａＡｓ層
を入射光Ｌを吸収する光吸収層として、ＩｎＡｌＡｓ／
ＩｎＧａＡｓ超格子構造をアバランシェ増倍層として利
用しており、ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓとを組み合わ
せることで、電子に対するバンド不連続が大きく、正孔
に対するバンド不連続が小さい構造ができ、電子のイオ
ン化率の向上を図ることができる。また、このとき、光
吸収層の薄膜化による量子効率の劣化を防ぐために、導
波路構造を取り入れている。この超格子構造を用いて薄
膜光吸収層兼アバランシェ増倍層とすることで、低電圧
動作を実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のアバランシェ増
倍型の半導体受光素子では、ｐｎ接合に高電界を印加し
てアバランシェ増倍を得るため、一般的に動作電圧が高
くなる。そこで、光吸収層及びアバランシェ増倍層を一
体化して薄膜化、超格子化することで動作電圧を低減し
ている。ところで、このようにアバランシェ層内で光吸
収／光電変換を行なう場合においては、アバランシェ過
程に伴う過剰雑音をより増大させることが理論的に知ら
れており、過剰雑音が増大し、Ｓ／Ｎ比が劣化し、ひい
ては受信感度が劣化するという問題点があった。

【０００７】また、光ファイバ通信によく利用される
１．３μｍ帯や１．５μｍ帯の光を受光するには、この
波長帯域に対応したバンドギャップの小さな材料を光吸
収層に用いる必要があるが、このような材料をアバラン
シェ増倍層と一体化させた場合、バンドギャップの小さ
な材料に大きな電界がかかるため、トンネル暗電流が発
生する原因となり、高い増倍率が得られなかったり、受
信感度が劣化したり等の問題点がある。

【０００８】また、光吸収層と基板との格子整合が暗電
流を小さく保つ為の条件と考えられているが、光吸収層
として使える化合物半導体の組成比の選択の余地はほと
んどなく、光吸収層のバンドギャップエネルギーが制限
されてしまい任意に設定することができないという問題
点があった。

【０００９】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、低電圧動作で増倍率が高く、同時に暗電流
が低い高感度のアバランシェ増倍型の半導体受光素子を
提供することを目的とし、さらに、光吸収層の格子整合
条件を取り除き、光吸収層の材料の範囲を広げることが
できるアバランシェ増倍型の半導体受光素子を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な半導体受光素子を提供する。すな
わち、本発明の請求項１記載の半導体受光素子は、半導
体基板上に、アバランシェ増倍層及び光吸収層を備え、
これら増倍層及び光吸収層の一方または双方をガイド層
で挟んでなる導波路型の半導体受光素子において、前記
光吸収層のキャリア濃度を、前記アバランシェ増倍層の
キャリア濃度より高濃度としたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項２記載の半導体受光素子は、
請求項１記載の半導体受光素子において、前記アバラン
シェ増倍層と前記光吸収層との間に電界緩和層を設けた
ことを特徴としている。

【００１２】また、請求項３記載の半導体受光素子は、
請求項１または２記載の半導体受光素子において、前記
アバランシェ増倍層を超格子により構成したことを特徴
としている。

【００１３】また、請求項４記載の半導体受光素子は、
請求項１、２または３記載の半導体受光素子において、
前記光吸収層のキャリア濃度は、積層方向に濃度勾配を
有することを特徴としている。

【００１４】また、請求項５記載の半導体受光素子は、
請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体受光素子
において、前記アバランシェ増倍層の厚みを、０．３μ
ｍ以下としたことを特徴としている。

【００１５】また、請求項６記載の半導体受光素子は、
請求項１ないし５のいずれか１項記載の半導体受光素子
において、前記光吸収層を前記アバランシェ増倍層より
上方に形成し、かつ、前記光吸収層に歪を導入してその
バンドギャップを任意に変化させたことを特徴としてい
る。

【００１６】本発明の半導体受光素子では、前記光吸収
層のキャリア濃度を、前記アバランシェ増倍層のキャリ
ア濃度より高濃度としたことにより、印加電圧の大半が
アバランシェ増倍層に印加されることとなり、光吸収層
に印加される電圧は非常に小さなものとなる。これによ
り、光吸収層に印加される電圧が非常に小さくなり、素
子の動作電圧が低下する。また、動作電圧を印加する時
に、光吸収層にかかる電界がほとんどないために、無電
界状態の光吸収層からの暗電流成分が大幅に減少する。

【００１７】また、前記アバランシェ増倍層と前記光吸
収層との間に電界緩和層を設けた場合、光吸収層からの
暗電流成分が減少する効果はより大きくなる。また、前
記電界緩和層が高キャリア濃度で薄膜化された場合、該
電界緩和層にかかる電圧が低下し、全体として動作電圧
の低下に寄与する。さらに、電界がかかっていない光吸
収層は高光入力時の耐飽和特性にも優れているため、大
入力光を有効に受信することが可能になる。

【００１８】ここでは、素子の動作電圧を低下させるた
めに、各層の層厚と電界の積の和で表される印加電圧の
うち、光吸収層で必要としていた電圧を０Ｖに近づける
方法が採られる。この場合、光吸収層自体のキャリア濃
度を上げて電界を緩和し、光吸収層全体が空乏化しない
ようにして光吸収層の動作電圧を低下させる方法と、ア
バランシェ増倍層と光吸収層の間に電界緩和層を設け、
電界緩和層によってアバランシェ増倍層の電界を緩和
し、電界緩和層と光吸収層界面での電界がビルトイン・
ポテンシャルによる電界と同程度の大きさになるような
構造とすることで動作電圧を低下させる方法とがある。

【００１９】この場合、光吸収層での電界が小さくなる
ため、アバランシェ増倍層への注入効率が低下してしま
う。そこで、これを改善するために、光吸収層の内部に
ドーパント濃度、すなわちキャリア濃度が積層方向の濃
度勾配を有するようにすることにより、光吸収によって
発生したキャリアのアバランシェ増倍層への注入を促進
することが可能になる。また、光吸収層のキャリア濃度
が積層方向の濃度勾配を有することから、アバランシェ
増倍層へのキャリア注入効率、即ち光電変換効率（量子
効率）が向上する。

【００２０】また、アバランシェ増倍層を超格子を用い
た薄膜とすることで、動作電圧を２０Ｖ程度、好ましく
は１５Ｖ程度もしくはそれ以下とすることが可能であ
る。この時、従来のものと降伏電圧あるいは動作電圧が
同じであれば、従来のものと増倍率が同じになる。一
方、光吸収層からの暗電流成分が大幅に減少しているた
め、受信感度、最高感度を出すための最適増倍率ともに
改善されることとなる。

【００２１】また、アバランシェ増倍層の薄膜化による
トンネル電流のブレークダウンを阻止し、かつ、アバラ
ンシェ増倍によるブレークダウン特性を保持するため
に、アバランシェ増倍層はバンドギャップの大きな材料
で構成することが好ましい。アバランシェ増倍層を超格
子で構成しない場合、光吸収層のバンドギャップが同じ
大きさである場合には、該アバランシェ増倍層のバンド
ギャップは大きい方が好ましい。

【００２２】また、光吸収層をアバランシェ増倍層の上
方に配置した場合では、該光吸収層に歪みを導入し、該
光吸収層を構成する化合物の組成を変化させることによ
り、そのバンドギャップエネルギーを受光しようとする
光の波長のエネルギーに合わせることが可能になる。さ
らに、光吸収層を薄厚化し、その周囲をワイドギャップ
半導体や低屈折率の材料で覆うことにより、導波路を形
成し、量子効率の増加を図ることが可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の半導体受光素子の各実施
形態について図面に基づき説明する。［第１の実施形態］図１は本発明の第１の実施形態のメ
サ型アバランシェ増倍型半導体受光素子を示す斜視図で
ある。この半導体受光素子は、ｎ型ＩｎＰ基板１上に、
ガイド層１１、アバランシェ増倍層１２、電界緩和層１
３、低濃度光吸収層１４、高濃度光吸収層１５、ガイド
層１６、ｐ型コンタクト層７が積層されてメサストライ
プ状とされ、これらの層１１〜１６、７はパッシベーシ
ョン膜１７により全体が覆われ、このパッシベーション
膜１７上にはｐ型コンタクト層７に導通するｐ型電極９
が形成され、また、ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面にはｎ型電
極１０が形成されている。

【００２４】これらの層の導電型、電界分布を決めるキ
ャリア濃度及び層厚は次の通りである。導電型キャリア濃度（ｃｍ^-3）層厚（μｍ）ガイド層１１：ｎ５×１０ｅ１７０．５アバランシェ増倍層１２：ｎ１×１０ｅ１５０．３電界緩和層１３：ｐ１×１０ｅ１８０．０５低濃度光吸収層１４：ｐ１×１０ｅ１６０．１高濃度光吸収層１５：ｐ１×１０ｅ１８０．１ガイド層１６：ｐ１×１０ｅ１８０．５ｐ型コンタクト層７：ｐ２×１０ｅ１９０．２

【００２５】また、これらの層を構成する材料は、ガイ
ド層１１がエネルギーギャップが〜１ｅＶでＩｎＰに格
子整合するＩｎＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ、ア
バランシェ増倍層１２がＩｎＡｌＡｓ、電界緩和層１３
がＩｎＰに格子整合するＩｎＡｌＡｓまたはＩｎＰ、低
濃度光吸収層１４及び高濃度光吸収層１５がＩｎＰに格
子整合するＩｎＧａＡｓである。

【００２６】アバランシェ増倍層１２は、イオン化率比
を改善するために、２種類の超薄膜を積層した超格子か
らなる構造とすることもできる。その際の超格子構造と
しては、例えば、ＩｎＡｌＡｓ（２０ｎｍ）／ＩｎＧａ
ＡｌＡｓ（１０ｎｍ）を１０周期繰り返した量子井戸構
造とすると、およそ０．３μｍの厚みの増倍層を構成す
ることができる。

【００２７】また、アバランシェ増倍層１２はワイドギ
ャップ半導体のほうが好ましいので、ＩｎＰに格子整合
するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いても良い。その際
には、アバランシェ増倍層１２のブレークダウン電界に
あわせ、電界緩和層１３の層厚を上述したものの２倍
（約０．１μｍ）程度とする。

【００２８】この半導体受光素子を作製するには、前記
層１１〜１６、７を成長させる結晶成長装置として、燐
のクラッキングセルを利用することが可能な固体ソース
ＭＢＥ、ガスソースＭＢＥ、ＭＯ−ＭＢＥなどを用い
る。また、成長温度は４５０℃〜５２０℃の間とする。
また、電界分布の精度を向上させるため、ｐ型ドーパン
トとして拡散係数の小さいＢｅを用いる。

【００２９】まず、上記の結晶成長装置を用いてエピタ
キシャル層を作製した後、Ｂｒ₂：ＨＢｒ：Ｈ₂Ｏの組成
のエッチング液を使ってメサストライプ状の導波路の形
成を行う。このとき、基板１が露出する程度にエッチン
グを行う。なお、導波路を形成するメサの大きさは５μ
ｍ×２０μｍ程度とする。その後、メサ側壁を保護する
ため、メサストライプ状の層１１〜１６、７全体を覆う
ようにＳｉＯ_xあるいはＳｉＮ_xを堆積させてパッシベー
ション膜１７を形成する。

【００３０】ｐ型電極９は、メサ最上部のパッシベーシ
ョン膜１７をエッチングで除去し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを
蒸着して形成する。ｎ型電極１０は、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ
を真空蒸着装置を用いて蒸着することで形成する。な
お、光の入射端面には、ＳｉＮ_xまたはＳｉＯ_xからなる
反射防止膜を形成する。

【００３１】次に、この半導体受光素子の動作について
説明する。この半導体受光素子では、光信号である入射
光Ｌを、光吸収層１４、１５に対して横方向から入射さ
せ、導波路に整合させるようにする。ここでは、およそ
１８Ｖ以上でアバランシェ増倍が顕著となり、降伏電圧
はおよそ２０Ｖであった。また、このときのアバランシ
ェ増倍層１２における電界強度はおよそ６００ＫＶｃｍ
になっていた。また、アバランシェ増倍の最大増倍率は
３０以上であった。

【００３２】アバランシェ層１２における高電界は、電
界緩和層１３でほぼ緩和され、電界緩和層１３と光吸収
層１４との界面では、ほぼ、ビルトイン・ポテンシャル
による電界と同じ程度の大きさになる。この受光素子に
入射した入射光Ｌは、導波路を通過しながら光吸収層１
４、１５でキャリアを発生する。発生したキャリアは拡
散、ドリフトにより電界のかかった電界緩和層１３、ア
バランシェ増倍層１２へと注入され、アバランシェ増倍
層１２で印加電圧・電界値に対応した増倍過程を経て光
信号として検出される。

【００３３】ここで、光吸収層を低濃度光吸収層１４と
高濃度光吸収層１５の２層により構成すると、光吸収層
内にキャリア濃度の勾配が形成されることとなり、注入
効率が向上する。これは、キャリアの濃度勾配により内
部電界が発生し、非空乏層領域での再結合損が無視でき
るようになるためである。この半導体受光素子の遮断周
波数はおよそ１０ＧＨｚであった。

【００３４】図２は、この半導体受光素子のバンド構造
を示す図であり、図において、２１は低濃度光吸収層１
４と高濃度光吸収層１５により構成される濃度勾配付き
光吸収層、２２はｎ型コンタクト層、２３は光キャリア
（電子）、２４は光キャリア（正孔）である。なお、図
中、層厚の方向は電界の方向と同一である。この半導体
受光素子の光吸収層２１に入射光Ｌが入射すると、該光
吸収層２１内では電子−正孔対が発生し、この電子−正
孔対により生じた電子２３が電界緩和層１３を経由して
アバランシェ増倍層１２へと注入される。このアバラン
シェ増倍層１２では、アバランシェ増倍を起こすことに
より信号が増幅されるので、外部に光電流として出力す
ることができる。

【００３５】［第２の実施形態］図３は本発明の第２の
実施形態のアバランシェ増倍型半導体受光素子を示す斜
視図である。この半導体受光素子は、ｎ型ＩｎＰ基板１
上に、ガイド層１１、アバランシェ増倍層１２、電界緩
和層１３、ｐ⁺−Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（Ｘは任意）からな
る光吸収層３１、ｐ⁺−ＩｎＰからなる埋め込み層３２
が形成され、電界緩和層１３上に光吸収層３１及び埋め
込み層３２を挟むようにガイド層３３及びｐ型コンタク
ト層３４が形成され、これらの層１１〜１３、３１〜３
４はパッシベーション膜１７により全体が覆われ、この
パッシベーション膜１７上にはｐ型コンタクト層３４に
導通するｐ型電極９が形成され、また、ｎ型ＩｎＰ基板
１の裏面にはｎ型電極１０が形成されている。

【００３６】これらの層の導電型、電界分布を決めるキ
ャリア濃度及び層厚は次の通りである。導電型キャリア濃度（ｃｍ^-3）層厚（μｍ）ガイド層１１：ｎ５×１０ｅ１７０．５アバランシェ増倍層１２：ｎ１×１０ｅ１５０．２５電界緩和層１３：ｐ１×１０ｅ１８０．０５ガイド層３３：ｐ１×１０ｅ１８０．５ｐ型コンタクト層３４：ｐ２×１０ｅ１９０．２

【００３７】また、これらの層を構成する材料は、ガイ
ド層１１がエネルギーギャップが〜１ｅＶでＩｎＰに格
子整合するＩｎＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ、ア
バランシェ増倍層１２がＩｎＡｌＡｓ、電界緩和層１３
がＩｎＰに格子整合するＩｎＡｌＡｓまたはＩｎＰ、ガ
イド層３３がＩｎＰ、ｐ型コンタクト層３４がＩｎＧａ
Ａｓである。

【００３８】この半導体受光素子を作製するには、前記
層１１〜１３、３１〜３４を成長させる結晶成長装置と
して、燐が利用できるように燐のクラッキングセルを取
り付けた固体ソースＭＢＥ、ガスソースＭＢＥ、ＭＯ−
ＭＢＥなどを用いる。また、成長温度は４８０℃〜５３
０℃の間とする。また、電界分布の精度を向上させるた
め、ｐ型ドーパントとして拡散係数の小さいＢｅを用い
る。

【００３９】導波路を形成するための大きなメサストラ
イプ部は１０μｍ×３０μｍ程度のものをブロム系のエ
ッチング液を用いて形成する。さらに、燐酸系のエッチ
ング液を用い、このメサストライプ部の真ん中を電界緩
和層１３までＵ溝或いはＶ溝状にエッチングし、溝を形
成する。この溝の幅は５μｍ程度とする。この溝の形成
は、ＲＩＢＥやＲＩＥなどのドライエッチング装置を用
いても可能である。

【００４０】硫酸系エッチング液により成長前処理した
のち、上記の成長装置、またはＭＯ−ＶＰＥ装置を用
い、ｐ⁺−Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（Ｘは任意）からなる光吸
収層３１を形成し、さらに上部埋め込み層３２としてｐ
⁺−ＩｎＰを形成することで、光は導波モード内に閉じ
こめられる。その後、最上部にＳｉＯ_xあるいはＳｉＮ_x
を堆積させてパッシベーション膜１７を形成する。

【００４１】電極を形成するために必要な領域のパッシ
ベーション膜１７をエッチングにて除去し、ｐ型コンタ
クト層３４を露出させた後、ｐ型電極９を形成する。ｎ
型電極１０は、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉを真空蒸着装置を用い
て蒸着することで形成する。上記構造をとることによ
り、導波路に結合した光信号は光吸収層３１で光キャリ
アを形成し、電界緩和層１３、アバランシェ増倍層１２
にドリフトにて注入され、検出される。

【００４２】ここでは、光吸収層３１にｐ⁺−Ｉｎ_xＧａ
_1-xＡｓ（Ｘは１．０〜０．５３の間の任意の値）を用
いることで、バンドギャップをＩｎＰより小さなＩｎ
_0.53Ｇａ_0.47ＡｓからＩｎＡｓまで可変することがで
き、長波長の光を検出可能とする事ができる。

【００４３】この半導体受光素子が、第１の実施形態と
異なった構造になっているのは、電界緩和層１３の上部
にＩｎＰと格子整合したＩｎＧａＡｓを堆積させてｐ型
コンタクト層３４とし、格子整合していない光吸収層３
１の上部にコンタクト層を形成するのを回避するためで
ある。

【００４４】この半導体受光素子では、光信号である入
射光Ｌを横方向より導波路に結合させるように入射させ
る。この入射光Ｌは光吸収層３１に入射し、その内部で
キャリアを生成する。この被吸収層３１内で発生したキ
ャリアは、拡散により電界緩和層１３に達し、アバラン
シェ増倍層１２に注入される。この光吸収層３１にキャ
リア濃度の勾配を形成すると、注入効率が向上する。ま
た、アバランシェ増倍が顕著となる電圧は、１５Ｖ程度
となる。この場合の遮断周波数はおよそ１０ＧＨｚであ
った。

【００４５】以上説明した様に、各実施形態の半導体受
光素子によれば、光吸収層１４、１５（３１）に掛かる
電圧を非常に小さくすることができ、アバランシェ増倍
動作時の暗電流の増加を抑制しながら、動作電圧の低下
を図ることができる。したがって、低電圧動作で増倍率
が高く、同時に暗電流が低く、高感度であり、さらに、
光吸収層の格子整合条件を取り除き、光吸収層の材料の
範囲を広げることにより、光吸収層のバンドギャップエ
ネルギーを変化させることのできるアバランシェ増倍型
の半導体受光素子を提供することができる。特に、この
構造を用いて動作電圧を１５Ｖ以下に設定した場合、動
作用電源や信号増幅回路の選択肢が増え、実装が容易で
高感度な光受信器を実現することができる。

【００４６】なお、本実施形態では、ＩｎＰ基板上の材
料を中心に説明してきたが、ＩｎＰ基板以外の基板、例
えば、ＧａＡｓ基板等も用いることができる。ＧａＡｓ
基板を用いた場合には、各層をＧａＡｓに格子整合する
化合物を用い、光吸収層のみｐ⁺−Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ
（Ｘは任意）を用いて構成すればよい。また、ＧａＳｂ
系、ＳｉＧｅ混晶系、Ｓｉ／Ｇｅヘテロ接合系にも適用
することができる。また、光吸収層は高濃度の均一層で
もよく、あるいは、全体にわたって濃度勾配を持った層
としてもよいことはいうまでもない。

【００４７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の半導体受光
素子によれば、光吸収層のキャリア濃度を、アバランシ
ェ増倍層のキャリア濃度より高濃度としたので、印加電
圧の大半がアバランシェ増倍層に印加されることとな
り、光吸収層に印加される電圧を非常に小さくすること
ができ、素子の動作電圧を低下させることができる。ま
た、動作電圧を印加する時に、光吸収層にかかる電界が
ほとんどないために、無電界状態の光吸収層からの暗電
流成分を大幅に減少させることができる。

【００４８】したがって、低電圧動作で増倍率が高く、
同時に暗電流が低く、高感度であり、さらに、光吸収層
の格子整合条件を取り除き、光吸収層の材料の範囲を広
げることにより、光吸収層のバンドギャップエネルギー
を変化させることのできるアバランシェ増倍型の半導体
受光素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のアバランシェ増倍
型半導体受光素子を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施形態のアバランシェ増倍
型半導体受光素子のバンド構造を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施形態のアバランシェ増倍
型半導体受光素子を示す斜視図である。

【図４】従来のアバランシェ増倍型半導体受光素子を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１ｎ−ＩｎＰ基板２ｎ−ＩｎＡｌＡｓ層３ＩｎＡｌＧａＡｓコア層４ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子光吸収増倍層５ＩｎＡｌＧａＡｓコア層６ｐ−ＩｎＡｌＡｓ層７ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８ポリイミド埋め込み層９ｐ型電極１０ｎ型電極１１ガイド層１２アバランシェ増倍層１３電界緩和層１４低濃度光吸収層１５高濃度光吸収層１６ガイド層１７パッシベーション膜２１濃度勾配付き光吸収層２２ｎ型コンタクト層２３光キャリア（電子）２４光キャリア（正孔）３１光吸収層３２埋め込み層３３ガイド層３４ｐ型コンタクト層Ｌ入射光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、アバランシェ増倍層及
び光吸収層を備え、これらの層の一方または双方をガイ
ド層で挟んでなる導波路型の半導体受光素子において、前記光吸収層のキャリア濃度を、前記アバランシェ増倍
層のキャリア濃度より高濃度としたことを特徴とする半
導体受光素子。
【請求項２】前記アバランシェ増倍層と前記光吸収層
との間に電界緩和層を設けたことを特徴とする請求項１
記載の半導体受光素子。
【請求項３】前記アバランシェ増倍層を超格子により
構成したことを特徴とする請求項１または２記載の半導
体受光素子。
【請求項４】前記光吸収層のキャリア濃度は、積層方
向に濃度勾配を有することを特徴とする請求項１、２ま
たは３記載の半導体受光素子。
【請求項５】前記アバランシェ増倍層の厚みは、０．
３μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４の
いずれか１項記載の半導体受光素子。
【請求項６】前記光吸収層を前記アバランシェ増倍層
より上方に形成し、かつ、前記光吸収層に歪を導入して
そのバンドギャップを任意に変化させたことを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれか１項記載の半導体受光素
子。