JPH02298082A - アバランシェフォトダイオード - Google Patents
アバランシェフォトダイオードInfo
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- JPH02298082A JPH02298082A JP1119146A JP11914689A JPH02298082A JP H02298082 A JPH02298082 A JP H02298082A JP 1119146 A JP1119146 A JP 1119146A JP 11914689 A JP11914689 A JP 11914689A JP H02298082 A JPH02298082 A JP H02298082A
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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。
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Description
【産業上の利用分野１
本発明は、光通信用光を検出するのに用い得るアバラン
シエフ４１−ダイオードに関する。 【従来の技術】 従来、第３図を伴って次に述べるアバランシェフォトダ
イオードが提案されている。 すなわち、例えばＩｎＰでなり且つｎ゛型を有する半導
体基板２と、その半導体基板２上に形成され且つ例えば
ＩｎＧａＡＳ系でなるとともにｎ“型を有するバッファ
層としての半導体層３とからなる半導体領域１を有する
。 また、半導体領域１上に形成され且つｎ型不純物及びｐ
型不純物のいずれも意図的に導入させていないアバラン
シェ増倍用層としての半導体領域４を有する。この場合
、半導体領域４は、互に異なる材料でなる２つの半導体
層５ａ及び５ｂが交互順次に積層されている超格子構造
５でなり、そして、半導体層５ａ及び５ｂが例えばそれ
ぞれｉｎ Ｇａ Ｏ，５３０，４７Ａ”及び！１ Ａｔ Ａｓでなる。 ０、５２ ０．４８ さらに、半導体領域４上に形成され、且つ半゛導体領域
４に比し狭いエネルギバンドギャップを有する例えばＩ
ｎＰまたは半導体領域４に比し広いエネルギバンドギャ
ップを有するＩｎＧａＡＳ系でなるとともにｐ＋型を有
する半導体層７でなる半導体領域６を有する。 また、半導体領域１に、その半導体層３側とは反対側に
おいてオーミックに付された電極８と、半導体領域６に
、半導体領域４側とは反対側においてオーミックに付さ
れ且つ窓１０を有する電極９とを有する。 以上が、従来提案されているアバランシェフォトダイオ
ードの構成である。 このような構成を有するアバランシェフォトダイオード
によれば、半導体領域６の半導体層７が半導体ｍ Ｆｉ
Ａ ４に比し狭いエネルギバンドギャップを有するＩｎ
Ｐでなる場合、電極８及び９間に、逆バイアス用電源（
図示せず）を通じて直流負荷を予め接続している状態で
、半導体領域６の半導体層７のエネルギバンドギャップ
に対応している波長を有する検出されるべき光りを、半
導体領域６上の外部から、電極９の窓１０を通じて、内
部に入射させることによって、その光りを主として半導
体領域６におい（吸収させ、その半導体領域６において
光りに乙とずくキャリアを生成させ、そのキャリア中の
電子を半導体領域４に到達させ、その半導体領域４にお
いてアバランシェ増倍を生ぜしめ、それにもとずく増倍
された光電流を直流負荷に出力させる、という機構で、
アバランシェフォトダイオードとしての機能を得ること
ができる。 また、第３図に示すアバランシェフォトダイオードによ
れば、半導体層ｂＡ６の半導体層７が半導体領域６に比
し広いエネルギバンドギャップを有するＩｎＡＩＡＳ系
でなる場合、上述の場合に準じて、電極８及び９間に、
逆バイアス用型ＩＩ！（図示せず）を通じて直流負荷（
図示せず〉を予め接続している状態で、半導体領域４の
超格子構造５の半導体層５ａ及び５ｂのエネルギバンド
ギャップに対応する波長を有する検出されるべき光りを
、半導体領域６上の外部から電極９の窓１０を通じて向
けて入射させることによって、その光りを主として半導
体層ｔｉ１１４において吸収させ、その半導体領域４に
おいて光りにもとすくキャリアく電子及び正孔）を生成
させ、その半導体Ｍ４においてアバランシェ増倍を生ぜ
しめ、それにもとずく増倍された光電流を直流負荷に出
力させる、という機構で、アバランシェフォトダイオー
ドとしての′ａ能を得ることができる。 上述したように、第３図に示す従来のアバランシェフォ
トダイオードによれば、半導体領域６または半導体領域
４を光吸収用層として作用させ、また、半導体領域４を
アバ）ンシエ増倍用層として作用させて、アバランシェ
フォトダイオードとしての機能を得ることができるが、
この場合、アバランシェ増倍用層としての半導体領域４
が、互に異なる材料ｊｎ ＱａＯ，５３０ ，４７ＡＳ及びＩｎ Ａｔ Ａｓでそれ０
．５２ ０．４８ ぞれなる半導体ＷＪ５ａ及び５ｂが順次交互に積層され
ている超格子構造５でなるので、半導体領域４における
電子のイオン化率（α）と正孔のイオン化率（β）との
比（α／β）が、半導体領域４が超格子構造５を有する
のに代え例えばＧｅまたはＩｎＰでなる半導体層からな
る単層構造を有するとした場合に比し、１より十分大き
な値で得られ、このため、半導体領域４において生ずる
アバランシェ増倍に伴う雑音が、半導体領域４が超格子
構造５を有するのに代えＧｅまたはＩｎＰでなる半導体
層からなる単層構造を有するとした場合に比し、格段的
に少なく、従って、光電流に、半導体領域４が超格子構
造５を有するのに代えＧｅまたはＩｎＰでなる半導体層
からなる単層構造を有するとした場合に比し、格段的に
少ない雑音しか伴わない、という特徴を有する。 ［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、第３図に示す従来のアバランシエフオ］
・ダイオードの場合、半導体層域６の半導体層７が高い
ｎ型不純物濃度を有するので、その半導体領域６に電子
に対する加速電界を実質的に有・さず、このため、上述
したように、半導体領域６の半導体層７が半導体層ｉ、
！ ４に比し狭いエネルギバンドギャップを有するＩｎ
Ｐでなることによって、半導体領域６を光吸収用層とし
て作用さＩる場合、上述したようにして半導体領域６に
生成するキャリア中の電子が、上述したように拡散によ
ってしか、アバランシェ増倍用層としての半導体層［４
に到達しないので、光りの入射に対して直流負荷に光電
流が出力されるまでの応答速度が、比較的遅い、という
欠点を有していた。 また、第３図に示す従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合、半導体領域６の半導体層が半導体領域４に比
し広いエネルギバンドギャップを有するＡｌＧａ系でな
ることによって、アバランシェ増倍用層としての半導体
領域４を光吸収用層としても作用させる場合、半導体領
域６を光吸収用層として作用させる場合の上）ホした欠
点は回避ぐきるとしても、また、半導体層４における電
子のイオン化率（α）と正孔のイオン化率（β）との、
比（α／β）が、半導体領域４が超格子構造を有するの
に代えＧｅまたはＩｎＰ″′ｃ＠：る半導体層からなる
単層＋Ｍ ｉ告を有するとした場合に比し、１よりも十
分大ぎな値で得られるが、半導体領域４内に、電子の外
、正孔が存しているため、アバランシェ増倍に伴う雑音
が、半導体領域４が超格子構造を有するのに代えＧｅま
たはＩｎＰでなる半導体層からなる単層構造を有すると
した場合に比し少ないとはいえ、無視し得ない比較的多
い１生ずる、という欠点を有していた。 よって、本発明は、上述した欠点のない、新規なアバラ
ンシェフォトダイオードを提案せんとするものである。
シエフ４１−ダイオードに関する。 【従来の技術】 従来、第３図を伴って次に述べるアバランシェフォトダ
イオードが提案されている。 すなわち、例えばＩｎＰでなり且つｎ゛型を有する半導
体基板２と、その半導体基板２上に形成され且つ例えば
ＩｎＧａＡＳ系でなるとともにｎ“型を有するバッファ
層としての半導体層３とからなる半導体領域１を有する
。 また、半導体領域１上に形成され且つｎ型不純物及びｐ
型不純物のいずれも意図的に導入させていないアバラン
シェ増倍用層としての半導体領域４を有する。この場合
、半導体領域４は、互に異なる材料でなる２つの半導体
層５ａ及び５ｂが交互順次に積層されている超格子構造
５でなり、そして、半導体層５ａ及び５ｂが例えばそれ
ぞれｉｎ Ｇａ Ｏ，５３０，４７Ａ”及び！１ Ａｔ Ａｓでなる。 ０、５２ ０．４８ さらに、半導体領域４上に形成され、且つ半゛導体領域
４に比し狭いエネルギバンドギャップを有する例えばＩ
ｎＰまたは半導体領域４に比し広いエネルギバンドギャ
ップを有するＩｎＧａＡＳ系でなるとともにｐ＋型を有
する半導体層７でなる半導体領域６を有する。 また、半導体領域１に、その半導体層３側とは反対側に
おいてオーミックに付された電極８と、半導体領域６に
、半導体領域４側とは反対側においてオーミックに付さ
れ且つ窓１０を有する電極９とを有する。 以上が、従来提案されているアバランシェフォトダイオ
ードの構成である。 このような構成を有するアバランシェフォトダイオード
によれば、半導体領域６の半導体層７が半導体ｍ Ｆｉ
Ａ ４に比し狭いエネルギバンドギャップを有するＩｎ
Ｐでなる場合、電極８及び９間に、逆バイアス用電源（
図示せず）を通じて直流負荷を予め接続している状態で
、半導体領域６の半導体層７のエネルギバンドギャップ
に対応している波長を有する検出されるべき光りを、半
導体領域６上の外部から、電極９の窓１０を通じて、内
部に入射させることによって、その光りを主として半導
体領域６におい（吸収させ、その半導体領域６において
光りに乙とずくキャリアを生成させ、そのキャリア中の
電子を半導体領域４に到達させ、その半導体領域４にお
いてアバランシェ増倍を生ぜしめ、それにもとずく増倍
された光電流を直流負荷に出力させる、という機構で、
アバランシェフォトダイオードとしての機能を得ること
ができる。 また、第３図に示すアバランシェフォトダイオードによ
れば、半導体層ｂＡ６の半導体層７が半導体領域６に比
し広いエネルギバンドギャップを有するＩｎＡＩＡＳ系
でなる場合、上述の場合に準じて、電極８及び９間に、
逆バイアス用型ＩＩ！（図示せず）を通じて直流負荷（
図示せず〉を予め接続している状態で、半導体領域４の
超格子構造５の半導体層５ａ及び５ｂのエネルギバンド
ギャップに対応する波長を有する検出されるべき光りを
、半導体領域６上の外部から電極９の窓１０を通じて向
けて入射させることによって、その光りを主として半導
体層ｔｉ１１４において吸収させ、その半導体領域４に
おいて光りにもとすくキャリアく電子及び正孔）を生成
させ、その半導体Ｍ４においてアバランシェ増倍を生ぜ
しめ、それにもとずく増倍された光電流を直流負荷に出
力させる、という機構で、アバランシェフォトダイオー
ドとしての′ａ能を得ることができる。 上述したように、第３図に示す従来のアバランシェフォ
トダイオードによれば、半導体領域６または半導体領域
４を光吸収用層として作用させ、また、半導体領域４を
アバ）ンシエ増倍用層として作用させて、アバランシェ
フォトダイオードとしての機能を得ることができるが、
この場合、アバランシェ増倍用層としての半導体領域４
が、互に異なる材料ｊｎ ＱａＯ，５３０ ，４７ＡＳ及びＩｎ Ａｔ Ａｓでそれ０
．５２ ０．４８ ぞれなる半導体ＷＪ５ａ及び５ｂが順次交互に積層され
ている超格子構造５でなるので、半導体領域４における
電子のイオン化率（α）と正孔のイオン化率（β）との
比（α／β）が、半導体領域４が超格子構造５を有する
のに代え例えばＧｅまたはＩｎＰでなる半導体層からな
る単層構造を有するとした場合に比し、１より十分大き
な値で得られ、このため、半導体領域４において生ずる
アバランシェ増倍に伴う雑音が、半導体領域４が超格子
構造５を有するのに代えＧｅまたはＩｎＰでなる半導体
層からなる単層構造を有するとした場合に比し、格段的
に少なく、従って、光電流に、半導体領域４が超格子構
造５を有するのに代えＧｅまたはＩｎＰでなる半導体層
からなる単層構造を有するとした場合に比し、格段的に
少ない雑音しか伴わない、という特徴を有する。 ［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、第３図に示す従来のアバランシエフオ］
・ダイオードの場合、半導体層域６の半導体層７が高い
ｎ型不純物濃度を有するので、その半導体領域６に電子
に対する加速電界を実質的に有・さず、このため、上述
したように、半導体領域６の半導体層７が半導体層ｉ、
！ ４に比し狭いエネルギバンドギャップを有するＩｎ
Ｐでなることによって、半導体領域６を光吸収用層とし
て作用さＩる場合、上述したようにして半導体領域６に
生成するキャリア中の電子が、上述したように拡散によ
ってしか、アバランシェ増倍用層としての半導体層［４
に到達しないので、光りの入射に対して直流負荷に光電
流が出力されるまでの応答速度が、比較的遅い、という
欠点を有していた。 また、第３図に示す従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合、半導体領域６の半導体層が半導体領域４に比
し広いエネルギバンドギャップを有するＡｌＧａ系でな
ることによって、アバランシェ増倍用層としての半導体
領域４を光吸収用層としても作用させる場合、半導体領
域６を光吸収用層として作用させる場合の上）ホした欠
点は回避ぐきるとしても、また、半導体層４における電
子のイオン化率（α）と正孔のイオン化率（β）との、
比（α／β）が、半導体領域４が超格子構造を有するの
に代えＧｅまたはＩｎＰ″′ｃ＠：る半導体層からなる
単層＋Ｍ ｉ告を有するとした場合に比し、１よりも十
分大ぎな値で得られるが、半導体領域４内に、電子の外
、正孔が存しているため、アバランシェ増倍に伴う雑音
が、半導体領域４が超格子構造を有するのに代えＧｅま
たはＩｎＰでなる半導体層からなる単層構造を有すると
した場合に比し少ないとはいえ、無視し得ない比較的多
い１生ずる、という欠点を有していた。 よって、本発明は、上述した欠点のない、新規なアバラ
ンシェフォトダイオードを提案せんとするものである。
本発明によるアバランシェフォトダイオードは、第３図
で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合
と同様に、■ｎ型を有する第１の半導体領域と、■その
第１の半導体領域上に形成され且つｎ型不純物及びｎ型
不純物のいずれも意図的に導入させていない第２の半導
体領域と、■その第２の半導体領域上に形成され且つｐ
型を有する第３の半導体領域と、■上記第１及び第３の
半導体領域にそれぞれ付された第１及び第２の電極とを
有し、そして、■上記第２の半導体領域が、互に異なる
材料でなる２つの半導体層が交互順次に積層されている
超格子構造でなる、という構成を有する。 しかしながら、本発明によるアバランシェフォトダイオ
ードは、このような構成を有するアバランシェフォトダ
イオードにおいて、その第３の半導体領域が、第１の半
導体層と、その第１の半導体層上に形成され且つ、ト記
第１の半導体層に比し低い不純物濃度と厚い厚さとを有
する第２の半導体層と、その第２の半導体層上に形成さ
れ且つ上記第２の半導体層に比し高い不純物濃度と薄い
厚さとを有する第３の半導体層とを有し、また、上記第
１、第２及び第３の半導体層が、上記第２の半導体領域
に比し狭いエネルギバンドギャップを有する。 ［作用・効果１ このような構成を有する本発明によるアバランシェフォ
トダイオードによれば、第３図で上述した従来のアバラ
ンシエフ４トダイオードの場合に準じて、第１及び第２
の電極間に、逆バイアス電源を通じて直流負荷を予め接
続している状態で、第３の半導体領域、とくに第３の半
導体領域の第２の半導体層のエネルギバンドギャップに
対応している波長を有する検出されるべき光を、第３の
半導体領域上の外部から内部に入射させることによって
、その光を主とじて第３の半導体領域の第２の半導体層
において吸収させ、その第３の半導体！！ｉ域の半導体
層において光にもとずくキャリア（電子及び正孔）を生
成させ、そのキャリア中の電子を第２の半導体領域に到
達させ、その半導体領域においてアバランシェ増倍を生
ぜしめ、それにらとずく増倍された光電流を直流負荷に
出力さける、という機構で、アバランシェフォトダイオ
ードとしての機能を得ることができる。 “ 上述したように、本発明によるアバランシェフォトダイ
オードによれば、第３の半導体領域を光吸収用層として
いる第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオ
ードの場合と同様に、第３の半導体領域を光吸収用層と
して作用さけ、また、第２の半導体領域をアバランシェ
増倍用層として作用させて、アバランシェフォトダイオ
ードとしての機能を得ることができる。 また、この場合、アバランシェ増倍用層としての第２の
半導体領域が、第３図で上述した従来のアバランシェフ
ォトダイオードの場合と同様に超格子構造でなるので、
第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオード
の場合と同様に第２の半導体領域における電子のイオン
化率（α）と正孔のイオン化率（β）との比（α／β）
が、第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオ
ードの場合と同様に１より十分大きな値で得られるため
、第２の半導体領域において生ずるアバランシェ増倍に
伴う渾名が、第３図で上述した従来のアバランシェフォ
トダイオードの場合と同様に、格段的に少なく、従って
、第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合と同様に、光電流に、格段的に少ない雑音しか
伴わない、という特徴を有する。 しかしながら、本発明によるアバランシェフォトダイオ
ードの場合、第３の半導体領域の第１及び第３の半導体
層が高いｐ型不純物濃度を有し、それらに電子に対する
加速電界を有していないが、第１及び第３の半導体層間
の第２の半導体層が低いｐ型不純物ｌ１１度を有するの
で、その第２の半導体層に電子に対する加′ａ電界を有
し、また、第１及び第３の半導体層が薄い厚さしか有し
ていないので、上述したように第３の半導体領域の第２
の半導体層７ｂに生成するキャリア中の電子が、第３の
半導体領域を光吸収用層としている場合の第３図で上述
した従来のアバランシェフォトダイオードの場合に比し
速やかに半導体領域４に到達する。このため、光の大綱
して直流負荷に光電流が出力されるまでの応答速度が第
３の半導体領域を光吸収用層としている場合の第３図ぐ
上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合に
比し格段的に速い。 また、本発明によるアバランシェフォトダイオードの場
合、上述したように、アバランシェ増倍用層としての第
２の半導体領域を、光吸収用層として作用させないので
、第２の半導体領域に正孔が実効的に存在していず、よ
って、第２の半導体領域を光吸収用層として作用させて
いる場合の第３図で上述した従来のアバランシェフォト
ダイオードの場合のように、アバランシェ増倍に伴う雑
音が、無祝し得ない比較的多いｍ生ずる、という欠点を
有しない。 【実施例１ 次に、第１図を伴って本発明によるアバランシェフォト
ダイオードの実施例を述べよう。 第１図において、第３図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。 第１図に示す本発明によるアバランシェフォトダイオー
ドは、次の事項を除いて、第３図で上述した従来のアバ
ランシェフォトダイオードと同様の構成を有する。 すなわち、半導体領域６が、ｐ＋型を右ケるＩｎＰまた
はＩ ｎＧａＡｓ系でなる半導体層７のみでなるのに代
え、２ Ｘ １０１７ｃｍ−”のような高いｐ型不純物
濃度と４００Ａのような比較的薄い厚さとを有する半導
体層７ａと、その半導体層７ａ上に形成され、且つ２
Ｘ １０１５ｃｍ−”のような半導体１１７ａに比し低
いｐ型不純物濃度と２μｍのような半導体層６ａに比し
厚い厚さとを有する半導体ＩＩ！７ｂと、その半導体層
７ｂＦに形成され且つ２Ｘ１０１７ＣＩ−３のような半
導体層７ｂに比し高いｐ型不純物Ｓ度と５００人のよう
な半導体層７ｂに比し傳い厚さとを有する半導体１７ｃ
とを有する。 この場合、半導体ＩＦｊ７ａ、７ｂ及び７Ｃは、例えば
ＩｎＧａＡｓ系でなり、半導体領域４に比し狭いエネル
ギバンドギせツブを有する以上が、本発明によるアバラ
ンシェフォトダイオードの実廠例の構成である。 このような構成を有する本発明によるアバランシェフォ
トダイオードによれば、第３図で上）ホした従来のアバ
ランシェフォトダイオードの場合に準じて、電極８及び
９間に、逆バイアス電源（図示せず）を通じて直流負荷
（図示せず）を予め接続している状態で、半導体領域６
、とくに半導体領域６の半導体ｆ１７ｂのエネルギバン
ドギャップに対応している波長を有する検出されるべき
光りを、半導体領域６上の外部から電極９の窓１０を通
じて内部に入射させることによって、その光りを主とし
て半導体層域６の半導体１１７ｂにおいて吸収さセ、そ
の半導体領域６の半導体ＩＩＪ７ｂにおいて光りにもと
ずくキャリア（電子及び正孔）を生成させ、キレリア中
の電子を半導体領域４に到達させ、その半導体領域４に
おいてアバランシェ増倍を生ぜしめ、それにもとずく増
倍された光電流を直流負荷に出力させる、という機構で
、アバランシェフォトダイオードとしての機能を得るこ
とがて・きる、。 上述したように、第１図に示す本発明によるアバランシ
ェフォトダイオードによれば、半導体領域６を光吸収用
層としている第３図で上述した従来のアバランシエフ第
１−ダイオードの場合と同様に、半導体領域６を光吸収
用層どして作用させ、また、半導体領域４を７バランシ
工増倍用層として作用させて、アバランシェフォトダイ
オードとしての機能を得ることができる。 また、この場合、アバランシェ増倍用層としての半導体
領域４が、第３図で上述した従来の７バランシエフオト
ダイオードの場合と同様に超格子構造５でなるので、第
３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの
場合と同様に半導体領域４における電子のイオン化率（
α）と正孔のイオン化率（β）との比（α／β）が、第
３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの
場合と同様に１より十分大きな値で得られるため、半導
体領域４において生ずるアバランシェ増倍に伴う雑音が
、第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合と同様に、格段的に少なく、従って、第３図で
上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合と
同様に、光電流に、格段的に少ない雑音しか伴わない、
という特徴を有する。 しかしながら、第１図に示す本発明によるアバランシェ
フォトダイオードの場合、第２図に示す電界強度分布か
ら明らかなように、半導体領域６の半導体層７ａ及び７
Ｃが高いｐ型不純物濃度を有し、それらに電子に対する
加速゛電界を実質的に有していないが、半導体１７ａ及
び７０間の半導体層７ｂが低いｐ型不純物濃度を有する
ので、その半導体層７ｂに電子に対する加速電界を有し
、また、半導体層７ａ及び７Ｃが薄い厚さしか有してい
ないので、上述したように半導体Ｔ４域６の半導体層７
ｂに生成するキャリア中の電子が、半導体層ＶＡ６を光
吸収用層としている場合の第３図で上述した従来のアバ
ランシェフォトダイオードの場合に比し速やかに半導体
領域４に到達する。このため、光りの入射して直流負荷
に光電流が出力されるまぐの応答速度が半導体領域６を
光吸収用層どじでいる場合の第３図で上述した従来のア
バランシェフォトダイオードの場合に比し格段的に速い
。 また、第１図に示す本発明によるアバランシェフォトダ
イオードの場合、上述したように、アバランシェ増倍用
層としての半導体領域４を、光吸収用層として作用させ
ないので、半導体領域４に正孔が実効的に存在していな
いので、半導体領域４を光吸収用層として作用させてい
る場合の第３図で上述した従来のアバランシェフォトダ
イオードの場合のように、アバランシエ増倍に伴う雑音
が、無視し得ない比較的多い回生ずる、という欠点を有
しない。 なお、上）ホにおいては、本発明によるアバランシェフ
ォトダイオードの１つの実施例を示したに過ぎず、半導
体領域１においてバッファ用層としての半導体層３を省
略した構成とすることもでき、また、半導体領域１の半
導体基板２及び半導体層３、半導体領域４の超格子構造
５の半導体領域５ａ及び５ｂ、及び半導体領域６の半導
体層７ａ〜７Ｃの材料を、上例の場合とは変更して、上
例の場合と同様の作用効果を得るようにすることらでき
、その他、本発明のその他、本発明の精神を１２するこ
となしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。
で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合
と同様に、■ｎ型を有する第１の半導体領域と、■その
第１の半導体領域上に形成され且つｎ型不純物及びｎ型
不純物のいずれも意図的に導入させていない第２の半導
体領域と、■その第２の半導体領域上に形成され且つｐ
型を有する第３の半導体領域と、■上記第１及び第３の
半導体領域にそれぞれ付された第１及び第２の電極とを
有し、そして、■上記第２の半導体領域が、互に異なる
材料でなる２つの半導体層が交互順次に積層されている
超格子構造でなる、という構成を有する。 しかしながら、本発明によるアバランシェフォトダイオ
ードは、このような構成を有するアバランシェフォトダ
イオードにおいて、その第３の半導体領域が、第１の半
導体層と、その第１の半導体層上に形成され且つ、ト記
第１の半導体層に比し低い不純物濃度と厚い厚さとを有
する第２の半導体層と、その第２の半導体層上に形成さ
れ且つ上記第２の半導体層に比し高い不純物濃度と薄い
厚さとを有する第３の半導体層とを有し、また、上記第
１、第２及び第３の半導体層が、上記第２の半導体領域
に比し狭いエネルギバンドギャップを有する。 ［作用・効果１ このような構成を有する本発明によるアバランシェフォ
トダイオードによれば、第３図で上述した従来のアバラ
ンシエフ４トダイオードの場合に準じて、第１及び第２
の電極間に、逆バイアス電源を通じて直流負荷を予め接
続している状態で、第３の半導体領域、とくに第３の半
導体領域の第２の半導体層のエネルギバンドギャップに
対応している波長を有する検出されるべき光を、第３の
半導体領域上の外部から内部に入射させることによって
、その光を主とじて第３の半導体領域の第２の半導体層
において吸収させ、その第３の半導体！！ｉ域の半導体
層において光にもとずくキャリア（電子及び正孔）を生
成させ、そのキャリア中の電子を第２の半導体領域に到
達させ、その半導体領域においてアバランシェ増倍を生
ぜしめ、それにらとずく増倍された光電流を直流負荷に
出力さける、という機構で、アバランシェフォトダイオ
ードとしての機能を得ることができる。 “ 上述したように、本発明によるアバランシェフォトダイ
オードによれば、第３の半導体領域を光吸収用層として
いる第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオ
ードの場合と同様に、第３の半導体領域を光吸収用層と
して作用さけ、また、第２の半導体領域をアバランシェ
増倍用層として作用させて、アバランシェフォトダイオ
ードとしての機能を得ることができる。 また、この場合、アバランシェ増倍用層としての第２の
半導体領域が、第３図で上述した従来のアバランシェフ
ォトダイオードの場合と同様に超格子構造でなるので、
第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオード
の場合と同様に第２の半導体領域における電子のイオン
化率（α）と正孔のイオン化率（β）との比（α／β）
が、第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオ
ードの場合と同様に１より十分大きな値で得られるため
、第２の半導体領域において生ずるアバランシェ増倍に
伴う渾名が、第３図で上述した従来のアバランシェフォ
トダイオードの場合と同様に、格段的に少なく、従って
、第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合と同様に、光電流に、格段的に少ない雑音しか
伴わない、という特徴を有する。 しかしながら、本発明によるアバランシェフォトダイオ
ードの場合、第３の半導体領域の第１及び第３の半導体
層が高いｐ型不純物濃度を有し、それらに電子に対する
加速電界を有していないが、第１及び第３の半導体層間
の第２の半導体層が低いｐ型不純物ｌ１１度を有するの
で、その第２の半導体層に電子に対する加′ａ電界を有
し、また、第１及び第３の半導体層が薄い厚さしか有し
ていないので、上述したように第３の半導体領域の第２
の半導体層７ｂに生成するキャリア中の電子が、第３の
半導体領域を光吸収用層としている場合の第３図で上述
した従来のアバランシェフォトダイオードの場合に比し
速やかに半導体領域４に到達する。このため、光の大綱
して直流負荷に光電流が出力されるまでの応答速度が第
３の半導体領域を光吸収用層としている場合の第３図ぐ
上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合に
比し格段的に速い。 また、本発明によるアバランシェフォトダイオードの場
合、上述したように、アバランシェ増倍用層としての第
２の半導体領域を、光吸収用層として作用させないので
、第２の半導体領域に正孔が実効的に存在していず、よ
って、第２の半導体領域を光吸収用層として作用させて
いる場合の第３図で上述した従来のアバランシェフォト
ダイオードの場合のように、アバランシェ増倍に伴う雑
音が、無祝し得ない比較的多いｍ生ずる、という欠点を
有しない。 【実施例１ 次に、第１図を伴って本発明によるアバランシェフォト
ダイオードの実施例を述べよう。 第１図において、第３図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。 第１図に示す本発明によるアバランシェフォトダイオー
ドは、次の事項を除いて、第３図で上述した従来のアバ
ランシェフォトダイオードと同様の構成を有する。 すなわち、半導体領域６が、ｐ＋型を右ケるＩｎＰまた
はＩ ｎＧａＡｓ系でなる半導体層７のみでなるのに代
え、２ Ｘ １０１７ｃｍ−”のような高いｐ型不純物
濃度と４００Ａのような比較的薄い厚さとを有する半導
体層７ａと、その半導体層７ａ上に形成され、且つ２
Ｘ １０１５ｃｍ−”のような半導体１１７ａに比し低
いｐ型不純物濃度と２μｍのような半導体層６ａに比し
厚い厚さとを有する半導体ＩＩ！７ｂと、その半導体層
７ｂＦに形成され且つ２Ｘ１０１７ＣＩ−３のような半
導体層７ｂに比し高いｐ型不純物Ｓ度と５００人のよう
な半導体層７ｂに比し傳い厚さとを有する半導体１７ｃ
とを有する。 この場合、半導体ＩＦｊ７ａ、７ｂ及び７Ｃは、例えば
ＩｎＧａＡｓ系でなり、半導体領域４に比し狭いエネル
ギバンドギせツブを有する以上が、本発明によるアバラ
ンシェフォトダイオードの実廠例の構成である。 このような構成を有する本発明によるアバランシェフォ
トダイオードによれば、第３図で上）ホした従来のアバ
ランシェフォトダイオードの場合に準じて、電極８及び
９間に、逆バイアス電源（図示せず）を通じて直流負荷
（図示せず）を予め接続している状態で、半導体領域６
、とくに半導体領域６の半導体ｆ１７ｂのエネルギバン
ドギャップに対応している波長を有する検出されるべき
光りを、半導体領域６上の外部から電極９の窓１０を通
じて内部に入射させることによって、その光りを主とし
て半導体層域６の半導体１１７ｂにおいて吸収さセ、そ
の半導体領域６の半導体ＩＩＪ７ｂにおいて光りにもと
ずくキャリア（電子及び正孔）を生成させ、キレリア中
の電子を半導体領域４に到達させ、その半導体領域４に
おいてアバランシェ増倍を生ぜしめ、それにもとずく増
倍された光電流を直流負荷に出力させる、という機構で
、アバランシェフォトダイオードとしての機能を得るこ
とがて・きる、。 上述したように、第１図に示す本発明によるアバランシ
ェフォトダイオードによれば、半導体領域６を光吸収用
層としている第３図で上述した従来のアバランシエフ第
１−ダイオードの場合と同様に、半導体領域６を光吸収
用層どして作用させ、また、半導体領域４を７バランシ
工増倍用層として作用させて、アバランシェフォトダイ
オードとしての機能を得ることができる。 また、この場合、アバランシェ増倍用層としての半導体
領域４が、第３図で上述した従来の７バランシエフオト
ダイオードの場合と同様に超格子構造５でなるので、第
３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの
場合と同様に半導体領域４における電子のイオン化率（
α）と正孔のイオン化率（β）との比（α／β）が、第
３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオードの
場合と同様に１より十分大きな値で得られるため、半導
体領域４において生ずるアバランシェ増倍に伴う雑音が
、第３図で上述した従来のアバランシェフォトダイオー
ドの場合と同様に、格段的に少なく、従って、第３図で
上述した従来のアバランシェフォトダイオードの場合と
同様に、光電流に、格段的に少ない雑音しか伴わない、
という特徴を有する。 しかしながら、第１図に示す本発明によるアバランシェ
フォトダイオードの場合、第２図に示す電界強度分布か
ら明らかなように、半導体領域６の半導体層７ａ及び７
Ｃが高いｐ型不純物濃度を有し、それらに電子に対する
加速゛電界を実質的に有していないが、半導体１７ａ及
び７０間の半導体層７ｂが低いｐ型不純物濃度を有する
ので、その半導体層７ｂに電子に対する加速電界を有し
、また、半導体層７ａ及び７Ｃが薄い厚さしか有してい
ないので、上述したように半導体Ｔ４域６の半導体層７
ｂに生成するキャリア中の電子が、半導体層ＶＡ６を光
吸収用層としている場合の第３図で上述した従来のアバ
ランシェフォトダイオードの場合に比し速やかに半導体
領域４に到達する。このため、光りの入射して直流負荷
に光電流が出力されるまぐの応答速度が半導体領域６を
光吸収用層どじでいる場合の第３図で上述した従来のア
バランシェフォトダイオードの場合に比し格段的に速い
。 また、第１図に示す本発明によるアバランシェフォトダ
イオードの場合、上述したように、アバランシェ増倍用
層としての半導体領域４を、光吸収用層として作用させ
ないので、半導体領域４に正孔が実効的に存在していな
いので、半導体領域４を光吸収用層として作用させてい
る場合の第３図で上述した従来のアバランシェフォトダ
イオードの場合のように、アバランシエ増倍に伴う雑音
が、無視し得ない比較的多い回生ずる、という欠点を有
しない。 なお、上）ホにおいては、本発明によるアバランシェフ
ォトダイオードの１つの実施例を示したに過ぎず、半導
体領域１においてバッファ用層としての半導体層３を省
略した構成とすることもでき、また、半導体領域１の半
導体基板２及び半導体層３、半導体領域４の超格子構造
５の半導体領域５ａ及び５ｂ、及び半導体領域６の半導
体層７ａ〜７Ｃの材料を、上例の場合とは変更して、上
例の場合と同様の作用効果を得るようにすることらでき
、その他、本発明のその他、本発明の精神を１２するこ
となしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。
第１図は、本発明によるアバランシェフォトダイオード
の実施例を示す路線的断面図である。 第２図は、第１図に示す本発明によるアバランシェフォ
トダイオードの説明に供する内部の各位置における電界
強度分布図である。 第３図は、従来のアバランシェフォトダイオードを示す
路線的断面図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・第１の半導体領域２
・・・・・・・・・・・・・・・半導体基板３・・・・
・・・・・・・・・・・半導体層４・・・・・・・・・
・・・・・・第２の半導体領域５ａ、５ｂ・・・半導体
層 ６・・・・・・・・・・・・・・・第３の半導体ダ１域
７．７ａ、７ｂ、７ｃ ・・・・・・・・・・・・・・・半導体層８．９・・・
・・・・・・電極 １０・・・・・・・・・・・・・・・電極９の窓し ・
・・・・・・・・・・・・・・先出願人 日本電信電
話株式会社 庁 ＣＯＣつ
へ ｔｑ作７ｔ＜／ｃｍ）
の実施例を示す路線的断面図である。 第２図は、第１図に示す本発明によるアバランシェフォ
トダイオードの説明に供する内部の各位置における電界
強度分布図である。 第３図は、従来のアバランシェフォトダイオードを示す
路線的断面図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・第１の半導体領域２
・・・・・・・・・・・・・・・半導体基板３・・・・
・・・・・・・・・・・半導体層４・・・・・・・・・
・・・・・・第２の半導体領域５ａ、５ｂ・・・半導体
層 ６・・・・・・・・・・・・・・・第３の半導体ダ１域
７．７ａ、７ｂ、７ｃ ・・・・・・・・・・・・・・・半導体層８．９・・・
・・・・・・電極 １０・・・・・・・・・・・・・・・電極９の窓し ・
・・・・・・・・・・・・・・先出願人 日本電信電
話株式会社 庁 ＣＯＣつ
へ ｔｑ作７ｔ＜／ｃｍ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｎ型を有する第１の半導体領域と、 上記第１の半導体領域上に形成され且つｎ型不純物及び
ｐ型不純物のいずれも意図的に導入させていない第２の
半導体領域と、 上記第２の半導体領域上に形成され且つｐ型を有する第
３の半導体領域と、 上記第１及び第３の半導体領域にそれぞれ付された第１
及び第２の電極とを有し、 上記第２の半導体領域が、互に異なる材料でなる２つの
半導体層が交互順次に積層されている超格子構造を有す
るアバランシエフオトダイオードにおいて、 上記第３の半導体領域が、第１の半導体層と、上記第１
の半導体層上に形成され且つ上記第１の半導体層に比し
低い不純物濃度と厚い厚さとを有する第２の半導体層と
、上記第２の半導体層上に形成され且つ上記第２の半導
体層に比し高い不純物濃度と薄い厚さとを有する第３の
半導体層とを有し、 上記第１、第２及び第３の半導体層が、上記第２の半導
体領域に比し狭いエネルギバンドギャップを有すること
を特徴とするアバランシエフオトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1119146A JP2670557B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | アバランシェフォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1119146A JP2670557B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02298082A true JPH02298082A (ja) | 1990-12-10 |
| JP2670557B2 JP2670557B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=14754058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1119146A Expired - Lifetime JP2670557B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670557B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01200798A (ja) * | 1988-02-04 | 1989-08-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ボタン電話装置 |
| JPH04263477A (ja) * | 1991-02-19 | 1992-09-18 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| US6437362B2 (en) | 2000-03-16 | 2002-08-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Avalanche photodiode |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53104190A (en) * | 1977-02-23 | 1978-09-11 | Hitachi Ltd | Silicon avalanche photodiode |
| JPS5861679A (ja) * | 1981-10-07 | 1983-04-12 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 量子井戸層付アバランシ・ホトダイオ−ド |
-
1989
- 1989-05-12 JP JP1119146A patent/JP2670557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53104190A (en) * | 1977-02-23 | 1978-09-11 | Hitachi Ltd | Silicon avalanche photodiode |
| JPS5861679A (ja) * | 1981-10-07 | 1983-04-12 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 量子井戸層付アバランシ・ホトダイオ−ド |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01200798A (ja) * | 1988-02-04 | 1989-08-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ボタン電話装置 |
| JPH04263477A (ja) * | 1991-02-19 | 1992-09-18 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| US6437362B2 (en) | 2000-03-16 | 2002-08-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Avalanche photodiode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2670557B2 (ja) | 1997-10-29 |
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