JPH0316276A - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
- Publication number
- JPH0316276A JPH0316276A JP1149616A JP14961689A JPH0316276A JP H0316276 A JPH0316276 A JP H0316276A JP 1149616 A JP1149616 A JP 1149616A JP 14961689 A JP14961689 A JP 14961689A JP H0316276 A JPH0316276 A JP H0316276A
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- JP
- Japan
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- layer
- multiplication
- multiplication layer
- photoabsorption
- ionization rate
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- Pending
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はアバランシエホトダイオード（以下ＡＰＤとい
う）に係り、特に格子定数のミスマッチングが大きい半
導体材料を用い、光吸収Ｍとキャリア増倍層を形成して
イオン化率比を改警した超κｂ速ＡＰＤに関する。
う）に係り、特に格子定数のミスマッチングが大きい半
導体材料を用い、光吸収Ｍとキャリア増倍層を形成して
イオン化率比を改警した超κｂ速ＡＰＤに関する。
バンドエンジニアリングにより、人工的にイオン化率比
を向上させるＡＰＤの研究・開発が活発に行なわれてい
る．「アプライドフイジックスレタ−４０，ｌ，（１９
８２年）第３８ページから４０ページ（Ａｐｐｌ Ｐｈ
ｙｓ． Ｌｅｔｔ４ ０ １． ＜１９８２）ｐｐ３
８〜４０）」に述べられているように、ＧａＡｓ／Ｇａ
ＡｌＡｓ系多＊ｍ子井戸（ＭＱＷ）を用いて、イオン化
率比１０が得られている＠ ＧａＡｓ／ ＧａＡ Ｑ
Ａｓ系材料は長波長帯に感度を持たないため、ＧａＡｓ
／ＧａＡＩ２Ａｓ ＡＰＤを長波長等の超高速Ａ Ｐ
Ｄとして用することはできない．一方、長波長系材料で
あるＩ ｎ Ｐ ／ ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡ （Ｉ Ａ
ｓ／ ＩｎＧａＡｓ系ＭＱＷを用いてイオン化率比の検
討が行なわれたが、Ｇ ａ Ａ ｓ ｌＧａＡｌＡｓ系
のような良好な結果は得られていない。
を向上させるＡＰＤの研究・開発が活発に行なわれてい
る．「アプライドフイジックスレタ−４０，ｌ，（１９
８２年）第３８ページから４０ページ（Ａｐｐｌ Ｐｈ
ｙｓ． Ｌｅｔｔ４ ０ １． ＜１９８２）ｐｐ３
８〜４０）」に述べられているように、ＧａＡｓ／Ｇａ
ＡｌＡｓ系多＊ｍ子井戸（ＭＱＷ）を用いて、イオン化
率比１０が得られている＠ ＧａＡｓ／ ＧａＡ Ｑ
Ａｓ系材料は長波長帯に感度を持たないため、ＧａＡｓ
／ＧａＡＩ２Ａｓ ＡＰＤを長波長等の超高速Ａ Ｐ
Ｄとして用することはできない．一方、長波長系材料で
あるＩ ｎ Ｐ ／ ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡ （Ｉ Ａ
ｓ／ ＩｎＧａＡｓ系ＭＱＷを用いてイオン化率比の検
討が行なわれたが、Ｇ ａ Ａ ｓ ｌＧａＡｌＡｓ系
のような良好な結果は得られていない。
その他の材料系でも同様な検討が行なわれたが，良いデ
ータが得られているのはＧａＡｓ／ＧａＡ Ｑ Ａｓ系
だけである。
ータが得られているのはＧａＡｓ／ＧａＡ Ｑ Ａｓ系
だけである。
その理由は、ＱＩＡ３／ＧａＡＵＡｓ系では価電子帯の
不連続がほとんど無く、伝導帯の不連続が０．４８ｅＶ
と大きい理想的な系になっているからである。
不連続がほとんど無く、伝導帯の不連続が０．４８ｅＶ
と大きい理想的な系になっているからである。
１．５５μｍ偕に感度を持つＡＰＤで最も利褥・帯域積
が大きい索子は「信学技報ＯＱＥ８６−１８３ｐｐ７１
から７６」に述べられている．ＩｎＧａＡｓ Ａ Ｐ
Ｄである。ここでは利得・帯域積７ ０ Ｇ Ｈ ｚが
得られている。ＩｎＧａＡｓ Ａ Ｐ Ｄ では増倍層
のキャリア濃度を島＜シて利得・帯域積を向上させてき
たが，プロセス上特性が飽和してきており、これ以上の
特性の敗善を望むことはできない． Ｗ，すでに述べたように、バンドエンジニアリング技術
を用いるＡＰＤでは、Ｇ ａ Ａ ｓ系では成功してい
るが、長波長系の材料では良い特性は報告されていない
． 〔発明が解決しようとする？ｌｌ１１題〕したがって、
上記従来技術ではこれまで述べたように長波長帯でイオ
ン化率比を改薔した超高速ＡＰＤを実現することは難し
い。
が大きい索子は「信学技報ＯＱＥ８６−１８３ｐｐ７１
から７６」に述べられている．ＩｎＧａＡｓ Ａ Ｐ
Ｄである。ここでは利得・帯域積７ ０ Ｇ Ｈ ｚが
得られている。ＩｎＧａＡｓ Ａ Ｐ Ｄ では増倍層
のキャリア濃度を島＜シて利得・帯域積を向上させてき
たが，プロセス上特性が飽和してきており、これ以上の
特性の敗善を望むことはできない． Ｗ，すでに述べたように、バンドエンジニアリング技術
を用いるＡＰＤでは、Ｇ ａ Ａ ｓ系では成功してい
るが、長波長系の材料では良い特性は報告されていない
． 〔発明が解決しようとする？ｌｌ１１題〕したがって、
上記従来技術ではこれまで述べたように長波長帯でイオ
ン化率比を改薔した超高速ＡＰＤを実現することは難し
い。
本発明では長波長征で十分な感度を持ち、かつ増倍Ｍの
イオン化率比を改涛した、長波長４′ｆ超τｈ速Ａ｝’
Ｉ）を提供することを１」的とする。
イオン化率比を改涛した、長波長４′ｆ超τｈ速Ａ｝’
Ｉ）を提供することを１」的とする。
［ＡＩＩＩＭを解決するための手段］
上記目的は，光吸収層に長波長帯で十分感度のある材料
（例えばＩｎＧａＡｓ）を用い、キャリア増倍層にイオ
ン化率比を大きい材料（例えばＧ ａ Ａ ｓ／ＧａＡ
Ｑ Ａｓ Ｍ Ｑ Ｗ）を用いることにより達成され
る． 増倍層と、その上部に積層され光吸収Ｍの格子定数が合
わない場合、高電界が印加される増倍層増倍屓の上部に
積解する。
（例えばＩｎＧａＡｓ）を用い、キャリア増倍層にイオ
ン化率比を大きい材料（例えばＧ ａ Ａ ｓ／ＧａＡ
Ｑ Ａｓ Ｍ Ｑ Ｗ）を用いることにより達成され
る． 増倍層と、その上部に積層され光吸収Ｍの格子定数が合
わない場合、高電界が印加される増倍層増倍屓の上部に
積解する。
歪超格子とは格子定数が異なる２つの半導体の薄膜を交
互に積層した構造のことである．この゛歪超格子は分子
線エビタキシー（ＭＢＥ）法、有機金嵐熱分解気相或長
（ＭＯ−ＶＰＥ）法等により形或される． また、Ｇ ａ Ａ ｓ ／ＧａＡｌＡｓ ＭＱＷはアン
ドープとし、上記ＭＱＷＰ！４の上部に比較的キャリア
濃度の高い半導体層を揮人して，歪超格子及び光吸収層
に印加される電界を低くする。
互に積層した構造のことである．この゛歪超格子は分子
線エビタキシー（ＭＢＥ）法、有機金嵐熱分解気相或長
（ＭＯ−ＶＰＥ）法等により形或される． また、Ｇ ａ Ａ ｓ ／ＧａＡｌＡｓ ＭＱＷはアン
ドープとし、上記ＭＱＷＰ！４の上部に比較的キャリア
濃度の高い半導体層を揮人して，歪超格子及び光吸収層
に印加される電界を低くする。
ＡＰＩ）は逆バイアス電圧を印加して、半導体層を空乏
層化した状態で動作する．高速変調された信号光は光吸
収周で吸収され、ホトキャリアとしての電子・正孔を生
或する。形威されたホトキャリアこの場合、電子は空乏
Ｍ中を走行し、増倍層に注入される． 本発明では、増倍胎は第２図に示すようにＧａｏ．７＾
Ｑ ｏ．ａＡｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｍ Ｑ Ｗになっ
ている．ＧａＡ Ｑ Ａｓバリア治からＧａＡｓウエル
ｈ９に注入されるときに加速され、電子のイオン化率が
選択的に増大する．その結果、イオン化率比（８〜１０
）がＩｎＰバルク（〜２）に比べて増大する。
層化した状態で動作する．高速変調された信号光は光吸
収周で吸収され、ホトキャリアとしての電子・正孔を生
或する。形威されたホトキャリアこの場合、電子は空乏
Ｍ中を走行し、増倍層に注入される． 本発明では、増倍胎は第２図に示すようにＧａｏ．７＾
Ｑ ｏ．ａＡｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｍ Ｑ Ｗになっ
ている．ＧａＡ Ｑ Ａｓバリア治からＧａＡｓウエル
ｈ９に注入されるときに加速され、電子のイオン化率が
選択的に増大する．その結果、イオン化率比（８〜１０
）がＩｎＰバルク（〜２）に比べて増大する。
キャリア増倍層で増倍されたホトキャリアは電極より外
部回路に取り出される。
部回路に取り出される。
ＩｎＧａＡｓ歪超格子はＧ ａ Ａ ｓ上にＩｎＰと格
子整合したＩｎｏ一δＧａｏ．ａ７Ａｓを形成するため
に用いる．〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
子整合したＩｎｏ一δＧａｏ．ａ７Ａｓを形成するため
に用いる．〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
第１図の実施例では光吸収Ｍとなる禁止イ｝ト輔の小さ
い半導体層を１ｎＧａＡｓ、キャリア増倍層となるイオ
ン化率比が大きい半導体層をＧ ａ Ａ ｓ ／ＧａＡ
Ｑ Ａｓ Ｍ Ｑ Ｗとしている。以下に製造方法の
概略を示す。
い半導体層を１ｎＧａＡｓ、キャリア増倍層となるイオ
ン化率比が大きい半導体層をＧ ａ Ａ ｓ ／ＧａＡ
Ｑ Ａｓ Ｍ Ｑ Ｗとしている。以下に製造方法の
概略を示す。
ｎ＋−ＧａＡｓ基扱１上に周知の分子線エビタキＭＱＷ
３，厚さＱ．２μｒｎのｐ−ＧａＡ＋ｑ４．厚さ０．１
μｍ のｐ−ＩｎｘＧａｉ−ｘＡ８歪超格子５，厚さ１
．５μｎのｐ −Ｉｎｏ．ａ７Ｇａｏ．ｓａＡｓ）ｆ１
６ ＊厚さ０．２μｍのｐ−ＩｎＡＩＩＡｓ７を連続成
長させる．この後周知のエッチング法によりＧａＡｓ基
板まで、メサエッチングを行なう． 次に、周知のＣＶＤ法によりＳｉＮパツシベーション膜
８を形或する。さらに周知のドライエッチング法を用い
て不要部のＳｉＮ膜を除去後、反射防止膜９及びオーミ
ック電極１０及び１１を形成する． 次に実施例の動作について説明する．ＡＰＤは逆バイア
ス電圧を印加して、各半導体屑を空乏層化した状態で動
作させる． 高速変調された入射光１２は表面側から入射し、光吸収
荊６で吸収される。光が吸収されると同時にホトキャリ
アが生成し、空乏層中を走行して、増倍層３に注入され
る．増倍周は第２図（ａ）に示すようにＧａＡｌＡｓ２
１ とＧａＡｓ２２の多重量子井戸（ＭＱＷ）から構
威されている，Ｇ８ＡＱＡ８及びＧａＡｓの膜厚はそれ
ぞれ５５０人及び４５０Ａで，２０周期積層されている
．この系では電子がＧａＡ １１ ＡｓからＧ ａ Ａ
ｓへ注入されるときに、伝導帯のエネルギー不連続分
だけエネルギーを電子が受けるので、電子イオン化率が
選択的に増大する．増倍周で増倍されたホトキャリアは
オーミツク電極１０，１１より光電流をして外部回路に
取りだされる。
３，厚さＱ．２μｒｎのｐ−ＧａＡ＋ｑ４．厚さ０．１
μｍ のｐ−ＩｎｘＧａｉ−ｘＡ８歪超格子５，厚さ１
．５μｎのｐ −Ｉｎｏ．ａ７Ｇａｏ．ｓａＡｓ）ｆ１
６ ＊厚さ０．２μｍのｐ−ＩｎＡＩＩＡｓ７を連続成
長させる．この後周知のエッチング法によりＧａＡｓ基
板まで、メサエッチングを行なう． 次に、周知のＣＶＤ法によりＳｉＮパツシベーション膜
８を形或する。さらに周知のドライエッチング法を用い
て不要部のＳｉＮ膜を除去後、反射防止膜９及びオーミ
ック電極１０及び１１を形成する． 次に実施例の動作について説明する．ＡＰＤは逆バイア
ス電圧を印加して、各半導体屑を空乏層化した状態で動
作させる． 高速変調された入射光１２は表面側から入射し、光吸収
荊６で吸収される。光が吸収されると同時にホトキャリ
アが生成し、空乏層中を走行して、増倍層３に注入され
る．増倍周は第２図（ａ）に示すようにＧａＡｌＡｓ２
１ とＧａＡｓ２２の多重量子井戸（ＭＱＷ）から構
威されている，Ｇ８ＡＱＡ８及びＧａＡｓの膜厚はそれ
ぞれ５５０人及び４５０Ａで，２０周期積層されている
．この系では電子がＧａＡ １１ ＡｓからＧ ａ Ａ
ｓへ注入されるときに、伝導帯のエネルギー不連続分
だけエネルギーを電子が受けるので、電子イオン化率が
選択的に増大する．増倍周で増倍されたホトキャリアは
オーミツク電極１０，１１より光電流をして外部回路に
取りだされる。
本実施例においては、イオン化率比が従来のＩｎＰ（〜
２〉に比べて８〜１０と増大しているためにアバランシ
エ立上り時間が短かくなり５ＡＰＤの利得・帯域積が、
１００ＧＨｚ以上を実現できる． また、ＩｎＧａＡｓ層に印加される電界を低く抑えるこ
とができるため、格子不整合による暗電流劣化を抑える
ことができる。
２〉に比べて８〜１０と増大しているためにアバランシ
エ立上り時間が短かくなり５ＡＰＤの利得・帯域積が、
１００ＧＨｚ以上を実現できる． また、ＩｎＧａＡｓ層に印加される電界を低く抑えるこ
とができるため、格子不整合による暗電流劣化を抑える
ことができる。
ここで、増倍層が第２１１ （ｂ）に示すグレーデッド
層付きＭＱＷであっても本発明の本質ならびに効果は同
等である。
層付きＭＱＷであっても本発明の本質ならびに効果は同
等である。
第３図に第２の実施例を示す。第１の実施例と異なる点
は、光吸収胎３６にＧｅを用いていることであるｅ Ｇ
ａとＧａＡｓは格子定数が近いため作製が容易となる
．ＡＰＤの利得帯域積については、第１の実施例と間様
にＩＯＯＧ｝Ｉｚ以上を実現できる． 本実施例ではキャリア増倍射にＧａＡ Ｑ Ａｓ／ Ｇ
ａＡｓＭＱＷを用いたが、他のイオン化率比が大きい材
料（例えばＳｉ）を川いた場合であっても、本発明の本
質は変わらない。
は、光吸収胎３６にＧｅを用いていることであるｅ Ｇ
ａとＧａＡｓは格子定数が近いため作製が容易となる
．ＡＰＤの利得帯域積については、第１の実施例と間様
にＩＯＯＧ｝Ｉｚ以上を実現できる． 本実施例ではキャリア増倍射にＧａＡ Ｑ Ａｓ／ Ｇ
ａＡｓＭＱＷを用いたが、他のイオン化率比が大きい材
料（例えばＳｉ）を川いた場合であっても、本発明の本
質は変わらない。
さらに、他の化合物半導体を川いた材料系（例えばＧａ
Ｓｂ系）で本発明を構威した場合も、本発明が損なわれ
ることはないことは言うまでもない。
Ｓｂ系）で本発明を構威した場合も、本発明が損なわれ
ることはないことは言うまでもない。
本発明によれば，増倍Ａ’／にイオン化率比の大きい材
料を１４４いることができるので、利得・ＹＦ域積の大
きな超高速Ａ １’） Ｌ）を実現することができる．
また、格子定数の合わない光吸収荊に印加される電界を
低くすることができるため、格子不特合による暗也流劣
化を低く抑えることができる。
料を１４４いることができるので、利得・ＹＦ域積の大
きな超高速Ａ １’） Ｌ）を実現することができる．
また、格子定数の合わない光吸収荊に印加される電界を
低くすることができるため、格子不特合による暗也流劣
化を低く抑えることができる。
さらに．ＧａＡｓまたはＳｉ基板を用いるために電子素
子との整合性がよく、モノリシック集積化にも適してい
る．
子との整合性がよく、モノリシック集積化にも適してい
る．
第１図は本発明の一実施例であるメサ型ＡＰＤの断面図
、第２図はキャリア増倍層となるＧａＡｌＡｓ／Ｇ ａ
Ａ ｓ 多重量子井戸のバンド構造図、第３図は本
発明の第２の実施例であるメサ型ＡＩ’Ｄの断面図であ
る。 １．３ １−・−ｙ１＋−ＧａＡｇ基板、２．３２−ｎ
◆Ｇ ａ Ａ ｓ、３ ． ３ ３ − ｉ ＧａＡｆ
ｌＡｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓＭＱＷ、４ ． ３ ４ −
ｐ − Ｇ ａ Ａ ｓ ， ５ ”・ｉＩｎＧａＡ
Ｑ 歪超格子，６−”ｐ’″−Ｉｎｏ．ａａＧａｏ
，ａ７Ａｓ、７・・・ｐ −ＩｎＡａＡｓ 、８．
３ ７・・・パッシベーション膜ＳｉＮ、９．３８−・
・反射防止膜、１０．１１，３９．４０・・・オーミッ
ク電極，１２・・・入射光、２ １−Ｇａｏ．７＾ｕｏ
．ａＡｇ 、２２・＝ＧａＡｓ．２３，２４・・・グレ
ーデッド胎、３５・・・ｉ−ＧａＡｓ／Ｇｅ歪超格子、
３６・＝ｐ−−Ｇｅ．
、第２図はキャリア増倍層となるＧａＡｌＡｓ／Ｇ ａ
Ａ ｓ 多重量子井戸のバンド構造図、第３図は本
発明の第２の実施例であるメサ型ＡＩ’Ｄの断面図であ
る。 １．３ １−・−ｙ１＋−ＧａＡｇ基板、２．３２−ｎ
◆Ｇ ａ Ａ ｓ、３ ． ３ ３ − ｉ ＧａＡｆ
ｌＡｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓＭＱＷ、４ ． ３ ４ −
ｐ − Ｇ ａ Ａ ｓ ， ５ ”・ｉＩｎＧａＡ
Ｑ 歪超格子，６−”ｐ’″−Ｉｎｏ．ａａＧａｏ
，ａ７Ａｓ、７・・・ｐ −ＩｎＡａＡｓ 、８．
３ ７・・・パッシベーション膜ＳｉＮ、９．３８−・
・反射防止膜、１０．１１，３９．４０・・・オーミッ
ク電極，１２・・・入射光、２ １−Ｇａｏ．７＾ｕｏ
．ａＡｇ 、２２・＝ＧａＡｓ．２３，２４・・・グレ
ーデッド胎、３５・・・ｉ−ＧａＡｓ／Ｇｅ歪超格子、
３６・＝ｐ−−Ｇｅ．
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、一方の伝導型の基板上に少なくとも光を吸収する光
吸収層とキャリアを増倍する増倍層とを含む複数の半導
体層を積層して構成される光検出器において、増倍層は
基板と格子定数が一致し、光吸収層は基板と格子定数が
一致しないことを特徴とする光検出器。 ２、上記増倍層と光吸収層の間に歪超格子層があること
を特徴とする請求項１記載の光検出器。 ３、上記増倍層は、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井
戸、またはＳｉから構成されることを特徴とする請求項
１記載の光検出器。 ４、上記光吸収層はＩｎＧａＡｓまたはＧｅから構成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の光検出器。 ５、上記歪超格子層がＩｎＧａＡｓから構成されること
を特徴とする請求項２記載の光検出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1149616A JPH0316276A (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1149616A JPH0316276A (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 光検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0316276A true JPH0316276A (ja) | 1991-01-24 |
Family
ID=15479108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1149616A Pending JPH0316276A (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0316276A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5308995A (en) * | 1991-07-12 | 1994-05-03 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor strained SL APD apparatus |
| JP2021522694A (ja) * | 2018-07-11 | 2021-08-30 | エスアールアイ インターナショナルＳＲＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ | 過剰雑音の出ない線形モードアバランシェフォトダイオード |
| CN113990978A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-01-28 | 厦门大学 | 一种电压调制变波段光电探测器及其制作方法 |
-
1989
- 1989-06-14 JP JP1149616A patent/JPH0316276A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5308995A (en) * | 1991-07-12 | 1994-05-03 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor strained SL APD apparatus |
| JP2021522694A (ja) * | 2018-07-11 | 2021-08-30 | エスアールアイ インターナショナルＳＲＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ | 過剰雑音の出ない線形モードアバランシェフォトダイオード |
| US12170341B2 (en) | 2018-07-11 | 2024-12-17 | Sri International | Photodiodes without excess noise |
| CN113990978A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-01-28 | 厦门大学 | 一种电压调制变波段光电探测器及其制作方法 |
| CN113990978B (zh) * | 2021-10-14 | 2024-05-28 | 厦门大学 | 一种电压调制变波段光电探测器及其制作方法 |
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