JPH02100379A - 受光素子 - Google Patents
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- JPH02100379A JPH02100379A JP63254200A JP25420088A JPH02100379A JP H02100379 A JPH02100379 A JP H02100379A JP 63254200 A JP63254200 A JP 63254200A JP 25420088 A JP25420088 A JP 25420088A JP H02100379 A JPH02100379 A JP H02100379A
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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〕
本発明は光通信、光計測その他に利用する。特に、１μ
ｍを越える長波長帯に分光感度をもつ受光素子に関する
。さらに詳しくは、Ｉ−Ｖ族生導体結晶のへテロ接合を
用いた受光素子の分光感度波長帯域の拡大に関する。
ｍを越える長波長帯に分光感度をもつ受光素子に関する
。さらに詳しくは、Ｉ−Ｖ族生導体結晶のへテロ接合を
用いた受光素子の分光感度波長帯域の拡大に関する。
本発明は、Ｇａｘｌｎｔ−ＨＡｓを光吸収層として用い
た受光素子に右いて、 キャップ層に光吸収層と格子定数が一致する組成のＡ
Ｉ！ 、Ｉｎ、−ｙＡｓを用いることにより、キャップ
層による短波長側の吸収を低減して分光感度波長帯域を
拡大するものである。
た受光素子に右いて、 キャップ層に光吸収層と格子定数が一致する組成のＡ
Ｉ！ 、Ｉｎ、−ｙＡｓを用いることにより、キャップ
層による短波長側の吸収を低減して分光感度波長帯域を
拡大するものである。
１μｍを越える長波長帯に分光感度をもつ受光素子の材
料として、従来から、特殊な場合を除き、ゲルマニウム
Ｇｅあるいはガリウム・インジウム・ヒ素・リンＧａ１
ｎＡｓＰが用いられている。特にＧａＸＩｎ＋−ｙＡｓ
、Ｐ Ｉ−ｙ （Ｘ 、’ｌは混晶比を示す）は、ソノ
混晶比を選択することにより、ＩｎＰ結晶と格子定数を
一致させた状態で、バンドギャップエネルギを変化させ
ることができる。これにより、ＩｎＰ結晶基板上に、は
ぼ１−１．７μｓの波長帯において分光感度を示す光吸
収層をエピタキシャル成長させることができる。
料として、従来から、特殊な場合を除き、ゲルマニウム
Ｇｅあるいはガリウム・インジウム・ヒ素・リンＧａ１
ｎＡｓＰが用いられている。特にＧａＸＩｎ＋−ｙＡｓ
、Ｐ Ｉ−ｙ （Ｘ 、’ｌは混晶比を示す）は、ソノ
混晶比を選択することにより、ＩｎＰ結晶と格子定数を
一致させた状態で、バンドギャップエネルギを変化させ
ることができる。これにより、ＩｎＰ結晶基板上に、は
ぼ１−１．７μｓの波長帯において分光感度を示す光吸
収層をエピタキシャル成長させることができる。
さらに、Ｇａｘｌｎ＋−ＫＡｓｙＰ＋−ｙ光吸収層上に
ＩｎＰキャップ層を形成した受光素子も知られている。
ＩｎＰキャップ層を形成した受光素子も知られている。
このキャップ層は、光吸収層で発生した小数キャリアが
表面再結合により消失することを防止し、光電流の減少
を防止するためのものである。このキャップ層は、光吸
収層が分光感度を示す波長帯に対して透明なものが用い
られる。このような構造を用いることにより、最近では
、Ｇｅ受光素子よりも暗電流、周波数応答特性、増倍雑
音特性その他の電気的特性に優れ、しかも１．５ＪＪＢ
より長波長側の分光感度特性に優れたＧａｘｌｎ＋−＋
１ＡｓｙＰ ｌ−７受光素子が公知となっている。この
ような素子の例は、伊藤良−監修、「化合物半導体デバ
イスハンドブック」、■サイエンスフォーラム刊、昭和
６１年９月２０日発行 に示されている。
表面再結合により消失することを防止し、光電流の減少
を防止するためのものである。このキャップ層は、光吸
収層が分光感度を示す波長帯に対して透明なものが用い
られる。このような構造を用いることにより、最近では
、Ｇｅ受光素子よりも暗電流、周波数応答特性、増倍雑
音特性その他の電気的特性に優れ、しかも１．５ＪＪＢ
より長波長側の分光感度特性に優れたＧａｘｌｎ＋−＋
１ＡｓｙＰ ｌ−７受光素子が公知となっている。この
ような素子の例は、伊藤良−監修、「化合物半導体デバ
イスハンドブック」、■サイエンスフォーラム刊、昭和
６１年９月２０日発行 に示されている。
特に、混晶比をｘ ＝０．４７、ｙ＝１とした場合、す
なわちＧａｏ、 、フｌｎｏ、 ５３ＡＳの場合には、
ＩｎＰ結晶と格子定数を一致させたままで、最もバンド
ギャップエネルギを小さくできる。このときのバンドギ
ャップエネルギは室温で０゜７５ｅＶであり、約１．７
μｍまでの波長に対して分光感度を示す。
なわちＧａｏ、 、フｌｎｏ、 ５３ＡＳの場合には、
ＩｎＰ結晶と格子定数を一致させたままで、最もバンド
ギャップエネルギを小さくできる。このときのバンドギ
ャップエネルギは室温で０゜７５ｅＶであり、約１．７
μｍまでの波長に対して分光感度を示す。
また、Ｇａａ、２１１ｒｎＯ，’＋２Ａｓを光吸収層に
用いた受光素子が、 マキタ他、エレクトロニクス・レターズ、第２４巻第７
号第３７９頁、１９８８年（Ｋ１Ｍ＾にＩＴＡ ｅｔ
ａｌ、。
用いた受光素子が、 マキタ他、エレクトロニクス・レターズ、第２４巻第７
号第３７９頁、１９８８年（Ｋ１Ｍ＾にＩＴＡ ｅｔ
ａｌ、。
Ｂｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、、 ２４（７）、
３７９ （１９８８））に提案されている。Ｇａｏ、
２ｅｌｎｏ、 ｔ２Ａｓのバンドギャップエネルギは
約０．５５ｅＶであり、この材料を用いることにより、
分光感度をさらに長波長側に広げることができる。
３７９ （１９８８））に提案されている。Ｇａｏ、
２ｅｌｎｏ、 ｔ２Ａｓのバンドギャップエネルギは
約０．５５ｅＶであり、この材料を用いることにより、
分光感度をさらに長波長側に広げることができる。
第６図にマキタ他により提案された受光素子の断面構造
を示す。
を示す。
基板結晶としては、ＩｎＰ基板１にＩｎＰ層２を成長さ
せたものが用いられる。この基板結晶のＩｎＰと光吸収
層４′のＧａｏ、ｚ＠ｌｎｏ、 ？２ＡＳとは格子定数
が一致しないので、これらの間には緩衝層３′が設けら
れる。緩衝層３′は、ＩｎＡＳ、Ｐ＋−ｙの混晶比ｙを
除々に変化させることにより、ＩｎＰ層２と光吸収層４
′との間の格子定数の不整合を吸収する。
せたものが用いられる。この基板結晶のＩｎＰと光吸収
層４′のＧａｏ、ｚ＠ｌｎｏ、 ？２ＡＳとは格子定数
が一致しないので、これらの間には緩衝層３′が設けら
れる。緩衝層３′は、ＩｎＡＳ、Ｐ＋−ｙの混晶比ｙを
除々に変化させることにより、ＩｎＰ層２と光吸収層４
′との間の格子定数の不整合を吸収する。
光吸収層４′の上には、格子定数がこの光吸収層４′の
格子定数値と一致するＩｎＡｓｏ、 ｚ３Ｐｏ、８フキ
ャップ層５′が設けられる。このキャップ層５′内に亜
鉛拡散領域６′が設けられ、この亜鉛拡散領域６′の表
面にオーミック電極７が設けられる。
格子定数値と一致するＩｎＡｓｏ、 ｚ３Ｐｏ、８フキ
ャップ層５′が設けられる。このキャップ層５′内に亜
鉛拡散領域６′が設けられ、この亜鉛拡散領域６′の表
面にオーミック電極７が設けられる。
オーミック電極７以外のキャップ層５′の表面は、反射
防止膜８により被覆される。基板結晶の裏側にもオーミ
ック電極９が設けられる。
防止膜８により被覆される。基板結晶の裏側にもオーミ
ック電極９が設けられる。
第７図は、Ｇａ、Ｍ・Ｉｎ、・＾Ｓの混晶比Ｘ′と格子
定数およびバンドギャップエネルギとの関係、ならびに
ＩｎＡｓ、Ｐ＋−ｙの混晶比ｙと格子定数との関係を示
す。この図では、見易さのため、上述した混晶比Ｘでは
なく、混晶比ｘ’＝ｌ−ｘを用いた。
定数およびバンドギャップエネルギとの関係、ならびに
ＩｎＡｓ、Ｐ＋−ｙの混晶比ｙと格子定数との関係を示
す。この図では、見易さのため、上述した混晶比Ｘでは
なく、混晶比ｘ’＝ｌ−ｘを用いた。
図かられかるように、ＩｎＡｓｙＰｌ−、の混晶比ｙを
０から０．３３に変化させることにより、その格子定数
をＩｎＰの格子定数値からＧａｏ、 ２ａｌｎｏ、 ｔ
□Ａｓの格子定数値に変化させることができる。
０から０．３３に変化させることにより、その格子定数
をＩｎＰの格子定数値からＧａｏ、 ２ａｌｎｏ、 ｔ
□Ａｓの格子定数値に変化させることができる。
光吸収層としてＧａｏ、４ｔｌｎｏ、 ５３ＡＳを用い
た受光素子と、Ｇａｏ、 ２ｓｌｎｏ、 ？２ＡＳを用
いた受光素子とについて、その相対量子効率を第４図に
示す。前者の素子については化合物半導体デバイスハン
ドブックから引用し、後者の素子については実測した値
を示す。
た受光素子と、Ｇａｏ、 ２ｓｌｎｏ、 ？２ＡＳを用
いた受光素子とについて、その相対量子効率を第４図に
示す。前者の素子については化合物半導体デバイスハン
ドブックから引用し、後者の素子については実測した値
を示す。
しかし、Ｇａｏ、ｉフｉｎｎ、 ｓ＊Ａｓを光吸収層と
して用いた受光素子では、例えば光通信で用いられる１
、５５μｓ付近で分光感度が急激に劣化する欠点があっ
た。
して用いた受光素子では、例えば光通信で用いられる１
、５５μｓ付近で分光感度が急激に劣化する欠点があっ
た。
これは、この波長が、Ｇａｏ、 ４ｔｌｎｏ、 ５３Ａ
Ｓのバンドギャップエネルギに対応する吸収端に近いか
らである。しかも、１．５５μｍ付近の波長では、バン
ドギャップエネルギの温度変化による吸収端の変化のた
めに、分光感度（光吸収係数）の温度依存性が大きくな
る欠点があった。
Ｓのバンドギャップエネルギに対応する吸収端に近いか
らである。しかも、１．５５μｍ付近の波長では、バン
ドギャップエネルギの温度変化による吸収端の変化のた
めに、分光感度（光吸収係数）の温度依存性が大きくな
る欠点があった。
また、Ｇａｏ、 ２ｓｌｎｏ、 ７２ＡＳを光吸収層ト
シテ用イタ受光素子では、分光感度が長波長側に広がる
ものの、Ｇａｏ、ｔｌｎｏ、５３ＡＳを用いた場合に得
られる分光感度波長帯域に対して分光感度が低く、光通
信で使用されるもうひとつの波長帯、すなわち１゜３μ
０の波長帯を受光できない欠点があった。また、このよ
うな素子を製造する場合に、エピタキシャル成長時にお
ける組成制御のために、蒸気圧の高いＡｓとＰとの制御
を同時に行う必要があり、製造工程が複雑となる欠点が
あった。
シテ用イタ受光素子では、分光感度が長波長側に広がる
ものの、Ｇａｏ、ｔｌｎｏ、５３ＡＳを用いた場合に得
られる分光感度波長帯域に対して分光感度が低く、光通
信で使用されるもうひとつの波長帯、すなわち１゜３μ
０の波長帯を受光できない欠点があった。また、このよ
うな素子を製造する場合に、エピタキシャル成長時にお
ける組成制御のために、蒸気圧の高いＡｓとＰとの制御
を同時に行う必要があり、製造工程が複雑となる欠点が
あった。
本発明は、以上の問題点を解決し、分光感度波長帯域が
広く、しかも製造が容易な受光素子を提供することを目
的とする。
広く、しかも製造が容易な受光素子を提供することを目
的とする。
本発明の受光素子は、光吸収層にＧａ、Ｉｎ＋ ｌｌＡ
ｓを用い、キャップ層に、光吸収層と格子定数が一致す
る組成のＡβｙｌｎｌ−ｙＡｓを用いたことを特徴とす
る。
ｓを用い、キャップ層に、光吸収層と格子定数が一致す
る組成のＡβｙｌｎｌ−ｙＡｓを用いたことを特徴とす
る。
混晶比Ｘの値は、０．２８〜０．４７の範囲で選ぶこと
が特に有効である。
が特に有効である。
Ａ Ｒ、Ｉｎ、−ｙＡｓは、混晶比ｙの値によりその格
子定数をＧａＭＩｎ＋−１ｌＡｓの格子定数に一致させ
ることができ、しかもバンドギャップエネルギが大きい
。
子定数をＧａＭＩｎ＋−１ｌＡｓの格子定数に一致させ
ることができ、しかもバンドギャップエネルギが大きい
。
そこで、Ｇａｘｌｎ＋−）ＪＡＳの光吸収層にＡ Ｉ！
ｙＩｎ、−ｙＡｓのキャップ層を組合わせる。
ｙＩｎ、−ｙＡｓのキャップ層を組合わせる。
光吸収層としてＧａｘｌｎ＋−ＸＡＳを用いることによ
り、分光感度波長帯を長波長側に広げることができる。
り、分光感度波長帯を長波長側に広げることができる。
また、キャップ層としてＡ ｌ ｙＩｒ＋、−ｙＡｓを
用いることにより、比較的短い波長まで光吸収層に透過
させることができ、分光感度波長帯を短波長側に広げる
ことができる。
用いることにより、比較的短い波長まで光吸収層に透過
させることができ、分光感度波長帯を短波長側に広げる
ことができる。
混晶比Ｘの値は、所望の分光感度が得られる波長特性か
ら定めることができる。混晶比ｙの値はこれに応じて格
子定数が一致するように定める。
ら定めることができる。混晶比ｙの値はこれに応じて格
子定数が一致するように定める。
すなわち、分光感度が得られる長波長側の限界は、光吸
収層のバンドギャップエネルギにより定まる。このバン
ドギャップエネルギは混晶比Ｘの二次式として表される
ので、所望の波長に対して二次方程式を解くことにより
混晶比Ｘが定まる。
収層のバンドギャップエネルギにより定まる。このバン
ドギャップエネルギは混晶比Ｘの二次式として表される
ので、所望の波長に対して二次方程式を解くことにより
混晶比Ｘが定まる。
このとき、格子定数は混晶比Ｘの一次式として定まる。
この格子定数に対応するｙの値は一次式として定めるこ
とができる。
とができる。
また、蒸気圧の高い物質はＡｓだけであり、エピタキシ
ャル成長時の組成制御が容易である。
ャル成長時の組成制御が容易である。
第１図は本発明第一実施例受光素子の断面図である。こ
の実施例は、本発明をブ多−す形の受光素子で実施した
ものである。
の実施例は、本発明をブ多−す形の受光素子で実施した
ものである。
この受光素子は、基板結晶と、入射光を吸収するＧａ、
Ｉｎ 、ｙＡｓ光光吸収層上、基板結晶の格子定数と
光吸収層４の格子定数との間の格子不整合を吸収する緩
衝層３と、光吸収層４０表面に形成され、入射光を透過
するとともに光吸収層４で発生した小数キャリアの表面
再結合を防止するキャップ層５とを備える。ここで本実
施例の特徴とするところは、キャップ層５が、光吸収層
４と格子定数が一致する組成の＾βｙｌｎ＋−ｙＡＳに
より形成されたことにある。
Ｉｎ 、ｙＡｓ光光吸収層上、基板結晶の格子定数と
光吸収層４の格子定数との間の格子不整合を吸収する緩
衝層３と、光吸収層４０表面に形成され、入射光を透過
するとともに光吸収層４で発生した小数キャリアの表面
再結合を防止するキャップ層５とを備える。ここで本実
施例の特徴とするところは、キャップ層５が、光吸収層
４と格子定数が一致する組成の＾βｙｌｎ＋−ｙＡＳに
より形成されたことにある。
この実施例では、基板結晶として、ｎ形１ｎＰ基板ｌに
ＩｎＰ層２を１μ山未満の厚さにエピタキシャル成長さ
せたものを用いる。ＩｎＰ層２は、アンドープ、または
イオウＳ１スズＳｎその他のｎ形不純物が添加される。
ＩｎＰ層２を１μ山未満の厚さにエピタキシャル成長さ
せたものを用いる。ＩｎＰ層２は、アンドープ、または
イオウＳ１スズＳｎその他のｎ形不純物が添加される。
緩衝層３は、Ｇａ、Ｉｎ＋−１１Ａｓの混晶比Ｘが除々
に変化するように形成され、アンドープまたはｐ形不純
物が添加される。キャップ層５は、アンドープまたはｐ
形不純物が添加される。
に変化するように形成され、アンドープまたはｐ形不純
物が添加される。キャップ層５は、アンドープまたはｐ
形不純物が添加される。
また、キャップ層５内には例えば亜鉛を拡散させたｐ形
不純物拡散領域６が設けられ、このｐ形不純物拡散領域
６の表面にオーミック電極７が設けられる。オーミック
電極７以外のキャップ層５の表面は、反射防止膜８によ
り被覆される。基板結晶の裏側にもオーミック電極９が
設けられる。
不純物拡散領域６が設けられ、このｐ形不純物拡散領域
６の表面にオーミック電極７が設けられる。オーミック
電極７以外のキャップ層５の表面は、反射防止膜８によ
り被覆される。基板結晶の裏側にもオーミック電極９が
設けられる。
次にこの素子の動作について説明する。
反射防止膜８を透過した入射光は、約１μｍ以上の波長
の光に対して透明なキャップ層５を透過し、光吸収層４
に達する。光吸収層４のバンドギャップエネルギに対応
する波長２μｍ以下の短波長の光は、光吸収層４に吸収
される。このとき、接合によって生じた空乏層とこの空
乏層の端から小数キャリアの拡散長以内の領域とで発生
した電子と正孔とが、空乏層内の電界で分離されてドリ
フトし、光電流としてオーミック電極７．９から取り出
される。
の光に対して透明なキャップ層５を透過し、光吸収層４
に達する。光吸収層４のバンドギャップエネルギに対応
する波長２μｍ以下の短波長の光は、光吸収層４に吸収
される。このとき、接合によって生じた空乏層とこの空
乏層の端から小数キャリアの拡散長以内の領域とで発生
した電子と正孔とが、空乏層内の電界で分離されてドリ
フトし、光電流としてオーミック電極７．９から取り出
される。
キャップ層５は、吸収端の約１μのより短波長側の光を
吸収してしまうが、約１μｍ以上の長波長側の光をほと
んど透過するため、窓層となる。１．５μｍ以下の波長
帯域では、光吸収層４あ吸収係数がほとんどｌ ｘｌＯ
’ Ｃｍ−’以上と大きくなるため、吸収長が短くなる
。このため、光吸収による小数キャリアの発生が表面近
傍に限られる。
吸収してしまうが、約１μｍ以上の長波長側の光をほと
んど透過するため、窓層となる。１．５μｍ以下の波長
帯域では、光吸収層４あ吸収係数がほとんどｌ ｘｌＯ
’ Ｃｍ−’以上と大きくなるため、吸収長が短くなる
。このため、光吸収による小数キャリアの発生が表面近
傍に限られる。
キャップ層５がない場合には、光吸収層４の表面再結合
のために、光吸収により発生した小数キャリアが表面準
位により消滅し、空乏層へ拡散して光電流となる割合が
減る。この現象については、例えば、 米津宏雄著、「光通信素子光学−発光・受光素子−」第
２版第３４２頁、光学図書■刊（昭和５９年１２月１５
日） に詳しく説明されている。
のために、光吸収により発生した小数キャリアが表面準
位により消滅し、空乏層へ拡散して光電流となる割合が
減る。この現象については、例えば、 米津宏雄著、「光通信素子光学−発光・受光素子−」第
２版第３４２頁、光学図書■刊（昭和５９年１２月１５
日） に詳しく説明されている。
キャップ層５を設けることにより、吸収層で発生した小
数キャリアがペテロ接合の障壁を乗り越えることがほと
んどできなくなり、キャップ層５における表面再結合の
影響を防ぐことができる。
数キャリアがペテロ接合の障壁を乗り越えることがほと
んどできなくなり、キャップ層５における表面再結合の
影響を防ぐことができる。
ここで、約２μｍまでの長波長側に分光感度波長帯をも
つ受光素子を実現する場合について説明する。
つ受光素子を実現する場合について説明する。
波長λ＝２μωとすると、これに対応するバンドギャッ
プエネルギＥ、は、 Ｅ９＝ １．２３９８１／λ＝０．６２ｅＶ −−（
１）となる。このバンドギャップエネルギＥ、に対応す
る光吸収層４ （アンドープ）の混晶比Ｘは、Ｅ ９
（ＧａＪｎ＋−ＸＡＳ） ＝０．３６ ＋０．６２９ ｘ ＋０．４３６ ｘ ２
＝０．６２ ・ （２）に
より求められる。ただし、これはｒ点の値である。した
がって、 Ｘζ０．３３ が得られる。このとき格子定数ａは、 ａ （ＧａｘＩｎ１−、ｌＡｓ：ａ＝０．３３）＝６
．０５８４−０．４０５１ ｘ ＝５．９２４７１７ Ｃ人〕 ・−・−
・・（３）となる。ＪｎＰの格子定数をａ （ＩｎＰ）
＝５．８６８７５人とすると、ＩｎＰ層２と光吸収層
４との間の格子不整合Δａ ／ ａは、 Δａ ／ ａ ＝ （５，９２４７１７−５，８６８７
５） １５．８６８７５＝ ９．５４ Ｘ １０− ’
−（４）となる。
プエネルギＥ、は、 Ｅ９＝ １．２３９８１／λ＝０．６２ｅＶ −−（
１）となる。このバンドギャップエネルギＥ、に対応す
る光吸収層４ （アンドープ）の混晶比Ｘは、Ｅ ９
（ＧａＪｎ＋−ＸＡＳ） ＝０．３６ ＋０．６２９ ｘ ＋０．４３６ ｘ ２
＝０．６２ ・ （２）に
より求められる。ただし、これはｒ点の値である。した
がって、 Ｘζ０．３３ が得られる。このとき格子定数ａは、 ａ （ＧａｘＩｎ１−、ｌＡｓ：ａ＝０．３３）＝６
．０５８４−０．４０５１ ｘ ＝５．９２４７１７ Ｃ人〕 ・−・−
・・（３）となる。ＪｎＰの格子定数をａ （ＩｎＰ）
＝５．８６８７５人とすると、ＩｎＰ層２と光吸収層
４との間の格子不整合Δａ ／ ａは、 Δａ ／ ａ ＝ （５，９２４７１７−５，８６８７
５） １５．８６８７５＝ ９．５４ Ｘ １０− ’
−（４）となる。
この格子不整合を吸収するために、ＩｎＰ層２と光吸収
層４との間に、Ｇａｘｌｎ＋−ｙＡｓの混晶比７がＸ＝
０．４７からＸ＝Ｏ１３３まで除々に変化する緩衝層３
をアンドープで、またはｐ形不純物を添加してエピタキ
シャル成長させる。
層４との間に、Ｇａｘｌｎ＋−ｙＡｓの混晶比７がＸ＝
０．４７からＸ＝Ｏ１３３まで除々に変化する緩衝層３
をアンドープで、またはｐ形不純物を添加してエピタキ
シャル成長させる。
光吸収層４の上には、この光吸収層４と格子定数が一致
するＡｊ７．Ｉｎ、 ｙＡｓキャップ層５を成長させる
。混晶比ｙは、 ａ （Ａ ｌ ｙＩｎ、ｙＡｓ） ＝６．０５８４ ０
゜３９７９ ｙ＝５．９２４７１７ Ｃ人〕 ・ ・ （５） から、 ｙ ＝ ０．３３６ −− （６
）と選択される。Ａ Ｉ！ ｙｌｒ＋＋−ｙＡＳ： ｙ
＝０．３３６のｒ点におけるバンドギャップエネルギ
は、 Ｅ 、 （Ａ １２ 、Ｉｒ＋、−ｙＡｓ： ｙ ＝０
．３３６）＝０．３６＋２．０１６ｙ＋０．６９８ｙ’
＝１．１１６ ［ｅＶ：］ −−（
７）となる。これに対応する吸収端波長は、（１）式か
らλ＝１．１１−となる。
するＡｊ７．Ｉｎ、 ｙＡｓキャップ層５を成長させる
。混晶比ｙは、 ａ （Ａ ｌ ｙＩｎ、ｙＡｓ） ＝６．０５８４ ０
゜３９７９ ｙ＝５．９２４７１７ Ｃ人〕 ・ ・ （５） から、 ｙ ＝ ０．３３６ −− （６
）と選択される。Ａ Ｉ！ ｙｌｒ＋＋−ｙＡＳ： ｙ
＝０．３３６のｒ点におけるバンドギャップエネルギ
は、 Ｅ 、 （Ａ １２ 、Ｉｒ＋、−ｙＡｓ： ｙ ＝０
．３３６）＝０．３６＋２．０１６ｙ＋０．６９８ｙ’
＝１．１１６ ［ｅＶ：］ −−（
７）となる。これに対応する吸収端波長は、（１）式か
らλ＝１．１１−となる。
以上の計算において、バンドギャップエネルギの計算に
ついては、 ナホリイ他、アプライド・フィジクス・レターズ第３３
巻第７号第６５９頁、１９７８年（ＲｌＢ、 Ｎａｈｏ
ｒｙｅｔ ａｔ、、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔｌ
、 ３３（７）、 ６５９ （１９７８））によった。
ついては、 ナホリイ他、アプライド・フィジクス・レターズ第３３
巻第７号第６５９頁、１９７８年（ＲｌＢ、 Ｎａｈｏ
ｒｙｅｔ ａｔ、、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔｌ
、 ３３（７）、 ６５９ （１９７８））によった。
また、格子定数の計算については、ムーン他、ジャーナ
ル・オブ・エレクトロニクス・マテリアルズ第３巻第６
３５頁、１９７４年（Ｒ。
ル・オブ・エレクトロニクス・マテリアルズ第３巻第６
３５頁、１９７４年（Ｒ。
Ｌ９Ｍｏｏｎ ｅｔ ａｌｌＪ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｍ
ａｔｅｒ、、 ３３．５３５によった。
ａｔｅｒ、、 ３３．５３５によった。
第２図および第３図に、混晶比ｘ、ｙの変化に対するＧ
ａＸＩｎ＋−）ＩＡｓおよびＡ ｌ ｙｌｎ＋−ｙＡＳ
のバンドギャップエネルギの変化および格子定数の変化
について、（２）、〔３〕、（５）および（７）式を用
いて得られた計算値を示す。
ａＸＩｎ＋−）ＩＡｓおよびＡ ｌ ｙｌｎ＋−ｙＡＳ
のバンドギャップエネルギの変化および格子定数の変化
について、（２）、〔３〕、（５）および（７）式を用
いて得られた計算値を示す。
また、第２図には、ｒ点だけでなく、Ｘ点のバンドギャ
ップエネルギ Ｅ、（Ｇａｘ［ｎ＋−ＸＡｓ） ＝１．８＋０．１ｘ
〔８）Ｅ、（＾ｊ２ｙ（ｎ＋−ｙＡ
ｓ）＝１．８＋０．３６’／ （９）についても
示した。ｒ点のバンドギャップエネルギがＸ点のそれよ
り小さいときには、直接遷移の領域であり、直接バンド
間遷移で光の吸収が起きる。
ップエネルギ Ｅ、（Ｇａｘ［ｎ＋−ＸＡｓ） ＝１．８＋０．１ｘ
〔８）Ｅ、（＾ｊ２ｙ（ｎ＋−ｙＡ
ｓ）＝１．８＋０．３６’／ （９）についても
示した。ｒ点のバンドギャップエネルギがＸ点のそれよ
り小さいときには、直接遷移の領域であり、直接バンド
間遷移で光の吸収が起きる。
エピタキシャル成長の方法としては、従来から用いられ
ている液晶成長法、気相成長法その他を使用することが
できる。エピタキシャル成長については、例えば、 河東田隆著、［半導体エピタキシー技術」第３版、産業
図書■刊（昭和６０年７月５日）に詳しく説明されてい
る。
ている液晶成長法、気相成長法その他を使用することが
できる。エピタキシャル成長については、例えば、 河東田隆著、［半導体エピタキシー技術」第３版、産業
図書■刊（昭和６０年７月５日）に詳しく説明されてい
る。
光吸収層４にＧａｏ、 ｚａｌｎｏ、 ６７ＡＳを用い
、キャップ層５にＡ ｌ Ｏ，３３６Ｉｎ０．６８４Ａ
Ｓを用いた受光素子の相対量子効率（分光感度特性）を
第４図に示す。
、キャップ層５にＡ ｌ Ｏ，３３６Ｉｎ０．６８４Ａ
Ｓを用いた受光素子の相対量子効率（分光感度特性）を
第４図に示す。
第５図は本発明第二実施例受光素子の断面図である。こ
の実施例は、本発明をメサ形の受光素子で実施したもの
であり、緩衝層３、光吸収層４、およびｐ形不純物拡散
領域６を含むキャップ層５がメサ形に形成されているこ
とが第一実施例と異なる。
の実施例は、本発明をメサ形の受光素子で実施したもの
であり、緩衝層３、光吸収層４、およびｐ形不純物拡散
領域６を含むキャップ層５がメサ形に形成されているこ
とが第一実施例と異なる。
以上の実施例では基板結晶としてＩｎＰを用いたが、シ
リコンＳ１１ガリウム・ヒ素ＧａＡｓその他の結晶を用
いても本発明を同様に実施できる。また、緩衝層３とし
ては、基板結晶の材料に対応して、（１） ＧａＡｓ
／ＧａＸＩｎ＋−、ＩＰ超格子層、（２）ＡβＡｓ／Ｇ
ａＡｓ超格子層、 （３） ＧａＰ／ＧａＡｓＰとＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ
との超格子層その他の歪超格子や、 （４）Ａ１＾ｓ／ＩｎＰの二層膜、 （５） ＩｎＡｓ、Ｐ＝、の混晶比Ｘを除々に変化さ
せた層 などを用いても本発明を同様に実施できる。（１）、（
２）の超格子層については、それぞれ、ラゼギ他、アプ
ライド・フィジクス・レターズ第５２巻第３号第２０９
頁、１９８８年（Ｍ、 Ｒａｚｅｇｈ Ｉｅｔａｌ、、
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、 ５２（３）、
２０９ （１９８８））、ホドソン他、エレクトロニク
ス・レターズ第２３巻第２０号第１０９４頁、１９８７
年（Ｐ、Ｄ、 ｔｌｏｄｓｏｎ ｅｔａｌ、、８１ｅｃ
ｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、、 ２３（２０）、 １０
９４ （１９８７））に詳しく説明されている。また
、（３〕の超格子層については、 梅野正義他、応用物理、第５５巻第７９１頁、１９８６
年、または 梅野正義他、電子情報通信学会誌、第７０巻第２号第１
６９頁、昭和６２年 に詳しく説明されている。（４）の二層膜については、
リー他、アプライド・フィジクス・レターズ第５２巻第
１１号第８８０頁、１９８８年（Ｍ、に、Ｌｅｅ ｅ
ｔａｌ、、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、５２
（１１）、 ８８０ （１９８８））ホリカワ他、アプ
ライド・フィジクス・レターズ第５３巻第５号第３９７
頁、１９８８年（Ｈ，Ｈｏｒｉ−ｋａｗａ ｅｔ ａｔ
、、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、 ５
３（５）、 ３９７に詳しく説明されている。（５）
の層については、上述したマキタ他の文献に説明されて
いる。
リコンＳ１１ガリウム・ヒ素ＧａＡｓその他の結晶を用
いても本発明を同様に実施できる。また、緩衝層３とし
ては、基板結晶の材料に対応して、（１） ＧａＡｓ
／ＧａＸＩｎ＋−、ＩＰ超格子層、（２）ＡβＡｓ／Ｇ
ａＡｓ超格子層、 （３） ＧａＰ／ＧａＡｓＰとＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ
との超格子層その他の歪超格子や、 （４）Ａ１＾ｓ／ＩｎＰの二層膜、 （５） ＩｎＡｓ、Ｐ＝、の混晶比Ｘを除々に変化さ
せた層 などを用いても本発明を同様に実施できる。（１）、（
２）の超格子層については、それぞれ、ラゼギ他、アプ
ライド・フィジクス・レターズ第５２巻第３号第２０９
頁、１９８８年（Ｍ、 Ｒａｚｅｇｈ Ｉｅｔａｌ、、
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、 ５２（３）、
２０９ （１９８８））、ホドソン他、エレクトロニク
ス・レターズ第２３巻第２０号第１０９４頁、１９８７
年（Ｐ、Ｄ、 ｔｌｏｄｓｏｎ ｅｔａｌ、、８１ｅｃ
ｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、、 ２３（２０）、 １０
９４ （１９８７））に詳しく説明されている。また
、（３〕の超格子層については、 梅野正義他、応用物理、第５５巻第７９１頁、１９８６
年、または 梅野正義他、電子情報通信学会誌、第７０巻第２号第１
６９頁、昭和６２年 に詳しく説明されている。（４）の二層膜については、
リー他、アプライド・フィジクス・レターズ第５２巻第
１１号第８８０頁、１９８８年（Ｍ、に、Ｌｅｅ ｅ
ｔａｌ、、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、５２
（１１）、 ８８０ （１９８８））ホリカワ他、アプ
ライド・フィジクス・レターズ第５３巻第５号第３９７
頁、１９８８年（Ｈ，Ｈｏｒｉ−ｋａｗａ ｅｔ ａｔ
、、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、 ５
３（５）、 ３９７に詳しく説明されている。（５）
の層については、上述したマキタ他の文献に説明されて
いる。
以上説明したように、本発明の受光素子は、キャップ層
にＡ ｌ 、Ｉｎ、−ｙＡｓを用いることにより、比較
的短い波長を光吸収層に透過させることができ、分光感
度波長帯を短波長側に広げることができる。
にＡ ｌ 、Ｉｎ、−ｙＡｓを用いることにより、比較
的短い波長を光吸収層に透過させることができ、分光感
度波長帯を短波長側に広げることができる。
特に、混晶比ＸがほぼｒＯ，３」のＧａｘＩｎ１ ｙＡ
ｓを用いることにより２μｍまでの長波長帯の受光素子
を実現でき、この光吸収層と格子定数が一致する＾’
、Ｉｎ、−ｙＡｓをキャップ層として用いることにより
約１〜２μｍの波長帯に高い分光感度を示す受光素子が
得られる。
ｓを用いることにより２μｍまでの長波長帯の受光素子
を実現でき、この光吸収層と格子定数が一致する＾’
、Ｉｎ、−ｙＡｓをキャップ層として用いることにより
約１〜２μｍの波長帯に高い分光感度を示す受光素子が
得られる。
したがって、本発明の受光素子の分光感度波長帯域は、
従来の受光素子の帯域をほとんど含み、さらに、２μｍ
にいたる長波長側まで受光できる効果がある。
従来の受光素子の帯域をほとんど含み、さらに、２μｍ
にいたる長波長側まで受光できる効果がある。
本発明は、光ファイバを用いた光通信や、種々の光測定
機器の受光素子として利用して特に効果がある。
機器の受光素子として利用して特に効果がある。
第１図は本発明第一実施例受光素子の断面図。
第２図は混晶比とバンドギャップエネルギとの関係を示
す図。 第３図は混晶比と格子定数との関係を示す図。 第４図は実施例素子および従来例素子の相対量子効率を
示す図。 第５図は本発明第二実施例受光素子の断面図。 第６図は従来例受光素子の断面図。 第７図は混晶比と格子定数との関係を示す図。 １ ・ｎ形ＩｎＰ基板、２・ＩｎＰ層、３．３’・・・
緩衝層、４．４′・・・光吸収層、５．５′・・・キャ
ップ層、６・・・ｐ形不純物拡散領域、６′・・・亜鉛
拡散領域、７．９・・・オーミック電極、８・・・反射
防止膜。 特許出願人 光計測技術開発株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 兇 シ毘遷りね 、Ｙｌ ３ 図 第−夷ａ例 肩 １ 図 波長（羅） ＪｉｌＩｒ１４図 尾二夷ｆＬりＩ Ｍ ５ 図
す図。 第３図は混晶比と格子定数との関係を示す図。 第４図は実施例素子および従来例素子の相対量子効率を
示す図。 第５図は本発明第二実施例受光素子の断面図。 第６図は従来例受光素子の断面図。 第７図は混晶比と格子定数との関係を示す図。 １ ・ｎ形ＩｎＰ基板、２・ＩｎＰ層、３．３’・・・
緩衝層、４．４′・・・光吸収層、５．５′・・・キャ
ップ層、６・・・ｐ形不純物拡散領域、６′・・・亜鉛
拡散領域、７．９・・・オーミック電極、８・・・反射
防止膜。 特許出願人 光計測技術開発株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 兇 シ毘遷りね 、Ｙｌ ３ 図 第−夷ａ例 肩 １ 図 波長（羅） ＪｉｌＩｒ１４図 尾二夷ｆＬりＩ Ｍ ５ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板結晶（１、２）と、 入射光を吸収するＧａ＿ｘＩｎ＿１＿−＿ｘＡｓによる
光吸収層（４）と、 上記基板結晶の格子定数と上記光吸収層の格子定数との
間の格子不整合を吸収する緩衝層（３）と、 上記光吸収層の表面に形成され、入射光を透過するとと
もに上記光吸収層で発生した小数キャリアの表面再結合
を防止するキャップ層（５）とを備えた受光素子におい
て、 上記キャップ層は、上記光吸収層と格子定数が一致する
組成のＡｌ＿ｙＩｎ＿１＿−＿ｙＡｓにより形成された
ことを特徴とする受光素子。 ２、ｘが０．２８〜０．４７である請求項１記載の受光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254200A JPH02100379A (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254200A JPH02100379A (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02100379A true JPH02100379A (ja) | 1990-04-12 |
Family
ID=17261641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63254200A Pending JPH02100379A (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02100379A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0492479A (ja) * | 1990-08-07 | 1992-03-25 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 受光素子 |
| JPH077172A (ja) * | 1992-03-30 | 1995-01-10 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 受光素子 |
| JPH07202252A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Nec Corp | 超格子アバランシェフォトダイオード |
| JP2007324563A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Emcore Corp | 多接合太陽電池における変成層 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5718373A (en) * | 1980-07-08 | 1982-01-30 | Fujitsu Ltd | Semiconductor photoreceiving element |
| JPS62293786A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-21 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
-
1988
- 1988-10-07 JP JP63254200A patent/JPH02100379A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5718373A (en) * | 1980-07-08 | 1982-01-30 | Fujitsu Ltd | Semiconductor photoreceiving element |
| JPS62293786A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-21 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0492479A (ja) * | 1990-08-07 | 1992-03-25 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 受光素子 |
| JPH077172A (ja) * | 1992-03-30 | 1995-01-10 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 受光素子 |
| JPH07202252A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Nec Corp | 超格子アバランシェフォトダイオード |
| JP2007324563A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Emcore Corp | 多接合太陽電池における変成層 |
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