JPH0254974A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH0254974A JPH0254974A JP63206758A JP20675888A JPH0254974A JP H0254974 A JPH0254974 A JP H0254974A JP 63206758 A JP63206758 A JP 63206758A JP 20675888 A JP20675888 A JP 20675888A JP H0254974 A JPH0254974 A JP H0254974A
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- Japan
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- barrier layer
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
受光素子に関し、
超高速化を確実に実現させることができる受光素子を提
供することを目的とし、 バリア層とウェル層で構成される超格子を有する構造の
受光素子において、前記バリア層を共鳴トンネル型のバ
リア層で構成し、該共鳴トンネル型のバリア層内の各ウ
ェル層の幅を順次狭めることにより各ウェル層内のエネ
ルギー準位を同一エネルギーとなるように構成する。
供することを目的とし、 バリア層とウェル層で構成される超格子を有する構造の
受光素子において、前記バリア層を共鳴トンネル型のバ
リア層で構成し、該共鳴トンネル型のバリア層内の各ウ
ェル層の幅を順次狭めることにより各ウェル層内のエネ
ルギー準位を同一エネルギーとなるように構成する。
本発明は、受光素子に係り、詳しくは、特に超高速化を
実現することができる受光素子に関するものである。
実現することができる受光素子に関するものである。
超高速で低雑音を実現することが可能な受光素子として
は、バンドギャップの大きな層とバンドギャップの小さ
な層とを交互に適宜組み合わせて構成する超格子を利用
する例えば、アバランシ・フォト・ダイオード（Ａｖａ
ｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ ：ＡＰＤ、以
下ＡＰＤと記す）のような受光素子が提案されている。
は、バンドギャップの大きな層とバンドギャップの小さ
な層とを交互に適宜組み合わせて構成する超格子を利用
する例えば、アバランシ・フォト・ダイオード（Ａｖａ
ｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ ：ＡＰＤ、以
下ＡＰＤと記す）のような受光素子が提案されている。
ＡＰＤは通常、ＰＮ接合ダイオード（Ｓｔ）にブレーク
ダウン近くの逆バイアスを印加し、光によって生じたキ
ャリアをなだれ増倍するフォト・ダイオードである。
ダウン近くの逆バイアスを印加し、光によって生じたキ
ャリアをなだれ増倍するフォト・ダイオードである。
従来の受光素子、例えば超格子を利用するＡＰＤについ
て、以下具体的に図面を用いて説明する。
て、以下具体的に図面を用いて説明する。
第３図は従来の受光素子を説明する図である。
この図において、２１はエレクトロン、２２はホール、
２３はバリア層、２４はウェル層、２５はへテロ界面で
、超格子の界面でもある。
２３はバリア層、２４はウェル層、２５はへテロ界面で
、超格子の界面でもある。
この従来の受光素子は、例えば伝導体の大きなバンドオ
フセットΔＥｃ（第３図に示すＡ点）を利用してエレク
トロン２１のイオン化率を増大させることにより、超高
速、低雑音特性の両方を得ようというものである。Ａ点
では、エレクトロンとホールのイオン化率比が大きくな
り、超高速、低雑音特性の両方を得ることができること
はすでに知られている。
フセットΔＥｃ（第３図に示すＡ点）を利用してエレク
トロン２１のイオン化率を増大させることにより、超高
速、低雑音特性の両方を得ようというものである。Ａ点
では、エレクトロンとホールのイオン化率比が大きくな
り、超高速、低雑音特性の両方を得ることができること
はすでに知られている。
次に、超格子を構成するバリア層を共鳴トンネル型のバ
リア層で構成する技術についてはＣ，Ｊ。
リア層で構成する技術についてはＣ，Ｊ。
Ｓｕｍｍｅｒｓ ｅｔ ａｌ、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ、 ４８（１２）１９８６゜Ｐ２Ｏ３に記載
されている。なお、ここでは、超格子を構成するバリア
層を共鳴トンネル型のバリア層で構成する技術について
は報告されているが、これをＡＰＤ（アバランシェ、フ
ォトダイオード）に用いる技術については一切報告され
ていない。
Ｌｅｔｔ、 ４８（１２）１９８６゜Ｐ２Ｏ３に記載
されている。なお、ここでは、超格子を構成するバリア
層を共鳴トンネル型のバリア層で構成する技術について
は報告されているが、これをＡＰＤ（アバランシェ、フ
ォトダイオード）に用いる技術については一切報告され
ていない。
以下、図面を用いて具体的に説明する。
第４図は従来の共鳴トンネル型のバリア層を説明する図
である。
である。
この図において、３１は共鳴トンネル型のバリア層、３
２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは前記共鳴トンネル型の
バリア層３１内のウェル層である。３３ａ、３３ｂ、３
３ｃ、３３ｄはエネルギー準位である。
２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは前記共鳴トンネル型の
バリア層３１内のウェル層である。３３ａ、３３ｂ、３
３ｃ、３３ｄはエネルギー準位である。
なお、エネルギー準位３３ａはウェル１３２ａのエネル
ギー準位、エネルギー準位３３ｂはウェルｊ１３２ｂの
エネルギー準位、エネルギー準位３３ｃはウェル層３２
ｃのエネルギー準位、エネルギー準位３３ｄはウェル層
３２ｄのエネルギー準位であり、離散的になっている。
ギー準位、エネルギー準位３３ｂはウェルｊ１３２ｂの
エネルギー準位、エネルギー準位３３ｃはウェル層３２
ｃのエネルギー準位、エネルギー準位３３ｄはウェル層
３２ｄのエネルギー準位であり、離散的になっている。
各ウェル層３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの幅の大き
さは１００Å以下であり、第４図に示す如く、ウェル層
３２ａ〉ウェル層３２ｂ〉ウェル層３２Ｃ〉ウェル層３
２ｄというようになっている。
さは１００Å以下であり、第４図に示す如く、ウェル層
３２ａ〉ウェル層３２ｂ〉ウェル層３２Ｃ〉ウェル層３
２ｄというようになっている。
この報告書では、第４図に示すように、共鳴トンネル型
のバリア層３１内の各ウェル層３２ａ、３２ｂ。
のバリア層３１内の各ウェル層３２ａ、３２ｂ。
３２ｃ、３２ｄの幅を適宜順次狭めることにより、各ウ
ェル層３ｇａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ内のエネルギー
準位を同一エネルギーとすることにより、Ｘ点のエツジ
に到来したエレクトロン２１（キャリア）がこのエネル
ギー準位３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ａ間をあたかも
トンネルするようにすり抜けることができるということ
が報告されている。
ェル層３ｇａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ内のエネルギー
準位を同一エネルギーとすることにより、Ｘ点のエツジ
に到来したエレクトロン２１（キャリア）がこのエネル
ギー準位３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ａ間をあたかも
トンネルするようにすり抜けることができるということ
が報告されている。
しかしながら、このような第３図に示す従来の受光素子
にあっては、第３図に示すＢ点における大きなバンドオ
フセットΔＥｃのために伝導体を走行するエレクトロン
２１（キャリア）に滞留が生じ、本来得られるはずの超
高速化が阻害されてしまうという問題点があった。具体
的にはエレクトロン２１がウェル１ｉ２４からバリア層
２３に入るとき、バンドオフセットΔＥｃの衝壁のとこ
ろで、あたかもパイルアンプするかのようにエレクトロ
ン２１が滞留してしまい、周波数特性が劣化（例えば、
３００１（ｚ （らいになる）して要求されている超高
速化に必要な周波数特性（ＧＨ２オーダ）が得られな（
なってしまうのである。
にあっては、第３図に示すＢ点における大きなバンドオ
フセットΔＥｃのために伝導体を走行するエレクトロン
２１（キャリア）に滞留が生じ、本来得られるはずの超
高速化が阻害されてしまうという問題点があった。具体
的にはエレクトロン２１がウェル１ｉ２４からバリア層
２３に入るとき、バンドオフセットΔＥｃの衝壁のとこ
ろで、あたかもパイルアンプするかのようにエレクトロ
ン２１が滞留してしまい、周波数特性が劣化（例えば、
３００１（ｚ （らいになる）して要求されている超高
速化に必要な周波数特性（ＧＨ２オーダ）が得られな（
なってしまうのである。
そこで本発明は、超高速化を確実に実現させることがで
きる受光素子を提供することを目的としている。
きる受光素子を提供することを目的としている。
本発明による受光素子は上記目的達成のため、バリア層
とウェル層で構成される超格子を有する構造の受光素子
において、前記バリア層を共鳴トンネル型のバリア層で
構成し、該共鳴トンネル型のバリア層内の各ウェル層の
幅を順次狭めることにより各ウェル層内のエネルギー準
位を同一エネルギーとなるように構成している。
とウェル層で構成される超格子を有する構造の受光素子
において、前記バリア層を共鳴トンネル型のバリア層で
構成し、該共鳴トンネル型のバリア層内の各ウェル層の
幅を順次狭めることにより各ウェル層内のエネルギー準
位を同一エネルギーとなるように構成している。
本発明は、超格子を構成するバリア層が共鳴トンネル型
のバリア層で構成され、共鳴トンネル型のバリア層内の
各ウェル層の幅が順次狭められることにより各ウェル層
内のエネルギー準位が同一エネルギーとなるように構成
される。
のバリア層で構成され、共鳴トンネル型のバリア層内の
各ウェル層の幅が順次狭められることにより各ウェル層
内のエネルギー準位が同一エネルギーとなるように構成
される。
したがって、キャリア（例えば、エレクトロン）を、各
ウェル層内の同一のエネルギー準位間をあたかもトンネ
ルするようにすり抜けさせることができるようになり、
大きなバンドオフセット部の障壁のところにおけるキャ
リアの滞留を防止することができるようになり、超高速
化を実現することができるようになる。
ウェル層内の同一のエネルギー準位間をあたかもトンネ
ルするようにすり抜けさせることができるようになり、
大きなバンドオフセット部の障壁のところにおけるキャ
リアの滞留を防止することができるようになり、超高速
化を実現することができるようになる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１図及び第２図は本発明に係る受光素子を説明する図
であり、第１図は一実施例の構造を示す断面図、第２図
は一実施例の動作原理を説明する図である。
であり、第１図は一実施例の構造を示す断面図、第２図
は一実施例の動作原理を説明する図である。
これらの図において、１は例えばＩｎＰからなり、例え
ばｎ゛型の基板、２は例えばＧａ１ｎＡＳからなり、例
えばｎ型のバッファ層、３は例えばＡｊ！ ＩｎＡｓ／
Ｇａ ＩｎＡｓからなり、例えばｎ−型の超格子層、４
は例えばＧａＩｎＡｓからなり、例えばｎ型の光吸収層
、５は例えばＩｎＰからなり、例えばｎ型のガードリン
グ層、６は例えばｐ゛型の拡散領域、４１は例えばＡｆ
ＩｎＡｓとＧａ１ｎＡｓからなる共鳴トンネル型のバリ
ア層（本発明に係る共鳴トンネル型のバリア層に該当す
る）で、パンドギャンブ・エネルギーが例えば、１．４
５ｅＶである。４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄはＧａ
１ｎＡｓからなるウェル層で、バンドギャップエネルギ
ーが例えば０．７５ｅＶである。４３ａ、４３ｂ、４３
ｃ、４３ｄはエネルギー準位である。
ばｎ゛型の基板、２は例えばＧａ１ｎＡＳからなり、例
えばｎ型のバッファ層、３は例えばＡｊ！ ＩｎＡｓ／
Ｇａ ＩｎＡｓからなり、例えばｎ−型の超格子層、４
は例えばＧａＩｎＡｓからなり、例えばｎ型の光吸収層
、５は例えばＩｎＰからなり、例えばｎ型のガードリン
グ層、６は例えばｐ゛型の拡散領域、４１は例えばＡｆ
ＩｎＡｓとＧａ１ｎＡｓからなる共鳴トンネル型のバリ
ア層（本発明に係る共鳴トンネル型のバリア層に該当す
る）で、パンドギャンブ・エネルギーが例えば、１．４
５ｅＶである。４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄはＧａ
１ｎＡｓからなるウェル層で、バンドギャップエネルギ
ーが例えば０．７５ｅＶである。４３ａ、４３ｂ、４３
ｃ、４３ｄはエネルギー準位である。
なお、ここでは超格子層３はＡｆ Ｉ ｎＡｓ層とＧａ
ｌｎＡｓ層を交互に各２５Ｎずつ組み合わせて構成され
ている。エネルギー準位４３ａはウェル１ｉ４２ａのエ
ネルギー準位、エネルギー準位４３ｂはウェル層４２ｂ
の工゛ネルギー準位、エネルギー準位４３Ｃはウェル層
４２ｃのエネルギー準位、エネルギー準位４３ｄはウェ
ル層４２ｄのエネルギー準位であり、離散的になってい
る。各ウェル層４２ａ、４２ｂ、４２Ｃ１４２ｄの幅の
大きさは１００Å以下であり、第２図に示す如く、ウェ
ル層４２ａ〉ウェル層４２ｂ〉ウェル層４２Ｃ〉ウェル
層４２ｄというようになっている。また、第１図に示す
バンドオフセットΔＥｃ。
ｌｎＡｓ層を交互に各２５Ｎずつ組み合わせて構成され
ている。エネルギー準位４３ａはウェル１ｉ４２ａのエ
ネルギー準位、エネルギー準位４３ｂはウェル層４２ｂ
の工゛ネルギー準位、エネルギー準位４３Ｃはウェル層
４２ｃのエネルギー準位、エネルギー準位４３ｄはウェ
ル層４２ｄのエネルギー準位であり、離散的になってい
る。各ウェル層４２ａ、４２ｂ、４２Ｃ１４２ｄの幅の
大きさは１００Å以下であり、第２図に示す如く、ウェ
ル層４２ａ〉ウェル層４２ｂ〉ウェル層４２Ｃ〉ウェル
層４２ｄというようになっている。また、第１図に示す
バンドオフセットΔＥｃ。
Ａ点、Ｂ点は、従来の第３図に示すバンドオフセットΔ
Ｅｃ、Ａ点、Ｂ点と対応している。
Ｅｃ、Ａ点、Ｂ点と対応している。
次に、その製造方法について簡単に説明する。
まず、例えばＭＢＥ法（ＭＯ法でもよい）により膜厚が
例えば１５０μｍの基板１上に膜厚が例えば２μｍのバ
ッファ層２、膜厚が例えば２μｍの超格子層３、及び膜
厚が例えば１．５μｍの光吸収層４を順次形成した後、
例えばウェットエツチングにより光吸収層４からバッフ
ァ層２までの素子両端の不要な部分を選択的にメサエッ
チングする。
例えば１５０μｍの基板１上に膜厚が例えば２μｍのバ
ッファ層２、膜厚が例えば２μｍの超格子層３、及び膜
厚が例えば１．５μｍの光吸収層４を順次形成した後、
例えばウェットエツチングにより光吸収層４からバッフ
ァ層２までの素子両端の不要な部分を選択的にメサエッ
チングする。
そして、例えばＭＢＥ法（ＭＯ法でもよい）により光吸
収層４からバッファ層２までを覆うようにガードリング
層５を形成した後、例えばＺｎのイオン注入法により拡
散領域６を形成することにより、第１図に示すような構
造の受光素子が完成する。
収層４からバッファ層２までを覆うようにガードリング
層５を形成した後、例えばＺｎのイオン注入法により拡
散領域６を形成することにより、第１図に示すような構
造の受光素子が完成する。
すなわち、上記実施例では、第２図に示すように、バリ
ア層（従来の第３図に示すバリア層２３に該当する）を
共鳴トンネル型のバリア層４１で構成し、共鳴トンネル
型のバリアＩ’ｉ４１内の各ウェル層４２ａ、４２ｂ、
４２ｃ、４２ｄの幅を順次適宜狭めることにより各ウェ
ル層４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ内のエネルギー準
位４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを同一エネルギーと
なるように構成したので、エレクトロン２１（キャリア
）をこのエネルギー準位４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３
ａ間をあたかもトンネルするようにすり抜けさせること
ができ、大きなバンドオフセットΔＥｃ部の衝壁のとこ
ろにおけるエレクトロン２１の滞留を防止することがで
き、超高速化を確実に実現することができる。
ア層（従来の第３図に示すバリア層２３に該当する）を
共鳴トンネル型のバリア層４１で構成し、共鳴トンネル
型のバリアＩ’ｉ４１内の各ウェル層４２ａ、４２ｂ、
４２ｃ、４２ｄの幅を順次適宜狭めることにより各ウェ
ル層４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ内のエネルギー準
位４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを同一エネルギーと
なるように構成したので、エレクトロン２１（キャリア
）をこのエネルギー準位４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３
ａ間をあたかもトンネルするようにすり抜けさせること
ができ、大きなバンドオフセットΔＥｃ部の衝壁のとこ
ろにおけるエレクトロン２１の滞留を防止することがで
き、超高速化を確実に実現することができる。
具体的には、第２図に示すように、共鳴トンネル型のバ
リア層４１のＢ点のエツジに到来したエレクトロン２１
をトンネルにより共鳴トンネル型のバリア層４１をすり
抜けさせることができるために、Ｂ点のバンド・オフセ
ットΔＥｃによるキャリアの滞留（キャリアがウェルか
らバリアへ入る際の滞留）を防止することができ、超高
速特性を実現することができるのである。また、Ａ点で
はバンド・オフセットΔＥｃ分だけエレクトロン２１の
しきい値エネルギーを低下させることができるため、エ
レクトロンのイオン化率（キャリアがバリアからウェル
に入る際のイオン化率）を飛躍的に増大させることがで
き、低雑音特性を実現することができる。
リア層４１のＢ点のエツジに到来したエレクトロン２１
をトンネルにより共鳴トンネル型のバリア層４１をすり
抜けさせることができるために、Ｂ点のバンド・オフセ
ットΔＥｃによるキャリアの滞留（キャリアがウェルか
らバリアへ入る際の滞留）を防止することができ、超高
速特性を実現することができるのである。また、Ａ点で
はバンド・オフセットΔＥｃ分だけエレクトロン２１の
しきい値エネルギーを低下させることができるため、エ
レクトロンのイオン化率（キャリアがバリアからウェル
に入る際のイオン化率）を飛躍的に増大させることがで
き、低雑音特性を実現することができる。
なお、上記実施例では、共鳴トンネル型のバリア層４１
をＡｌ１１ ｎＡｓ、ウェル層をＧａＩｎＡｓで構成す
る場合について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、共鳴トンネル型のバリア層をＡｆｌｎＡ
ｓ、ウェル層をＧａＡｓ Ｓｂで構成する場合であって
もよい。
をＡｌ１１ ｎＡｓ、ウェル層をＧａＩｎＡｓで構成す
る場合について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、共鳴トンネル型のバリア層をＡｆｌｎＡ
ｓ、ウェル層をＧａＡｓ Ｓｂで構成する場合であって
もよい。
本発明によれば、超高速化を確実に実現することができ
るという効果がある。
るという効果がある。
第１図及び第２図は本発明に係る受光素子を説明する図
であり、 第１図は一実施例の構造を示す断面図、第２図は一実施
例の動作原理を説明する図、第３図は従来例の受光素子
を説明する図、第４図は従来例の共鳴トンネル型のバリ
ア層を説明する図である。 １・・・・・・基板、 ２・・・・・・バッファ層、 ３・・・・・・超格子層、 ４・・・・・・光吸収層、 ５・・・・・・ガードリング層、 ６・・・・・・拡散領域、 ４１・・・・・・共鳴トンネル型のバリア層、４２ａ、
４２ｂ、４２ ｃ 、 ４２ ｄ−＝・ウェル層、４３
ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ・−−−−・エネルギー準
位。 ＼ Ｎｎ ＄ ４／）−ａ 区 ６一
であり、 第１図は一実施例の構造を示す断面図、第２図は一実施
例の動作原理を説明する図、第３図は従来例の受光素子
を説明する図、第４図は従来例の共鳴トンネル型のバリ
ア層を説明する図である。 １・・・・・・基板、 ２・・・・・・バッファ層、 ３・・・・・・超格子層、 ４・・・・・・光吸収層、 ５・・・・・・ガードリング層、 ６・・・・・・拡散領域、 ４１・・・・・・共鳴トンネル型のバリア層、４２ａ、
４２ｂ、４２ ｃ 、 ４２ ｄ−＝・ウェル層、４３
ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ・−−−−・エネルギー準
位。 ＼ Ｎｎ ＄ ４／）−ａ 区 ６一
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 バリア層とウェル層で構成される超格子を有する構造の
受光素子において、 前記バリア層を共鳴トンネル型のバリア層で構成し、該
共鳴トンネル型のバリア層内の各ウェル層の幅を順次狭
めることにより前記各ウェル層内のエネルギー準位を同
一エネルギーとなるように構成したことを特徴とする受
光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63206758A JPH0254974A (ja) | 1988-08-20 | 1988-08-20 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63206758A JPH0254974A (ja) | 1988-08-20 | 1988-08-20 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0254974A true JPH0254974A (ja) | 1990-02-23 |
Family
ID=16528603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63206758A Pending JPH0254974A (ja) | 1988-08-20 | 1988-08-20 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0254974A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02238677A (ja) * | 1989-01-31 | 1990-09-20 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 光検出器 |
| JPH04125976A (ja) * | 1990-09-18 | 1992-04-27 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 半導体受光素子 |
-
1988
- 1988-08-20 JP JP63206758A patent/JPH0254974A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02238677A (ja) * | 1989-01-31 | 1990-09-20 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 光検出器 |
| JPH04125976A (ja) * | 1990-09-18 | 1992-04-27 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 半導体受光素子 |
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