JPH04241473A - 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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- JPH04241473A JPH04241473A JP3002927A JP292791A JPH04241473A JP H04241473 A JPH04241473 A JP H04241473A JP 3002927 A JP3002927 A JP 3002927A JP 292791 A JP292791 A JP 292791A JP H04241473 A JPH04241473 A JP H04241473A
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Landscapes
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速・低雑音特性を有
するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）に関する
。
するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）に関する
。
【０００２】
【従来の技術】高速大容量光通信システムを構成するに
は、超高速かつ、低雑音高感度特性を有する半導体受光
素子が不可欠である。このため、近年シリカ系ファイバ
の低損失波長域１．０〜１．６μｍに適応できるＩｎＰ
／ＩｎＧａＡｓ系アバランシェフォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）の高速化・高感度化に対する研究が活発となってい
る。このＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＡＰＤでは現在、小受
光径化による低容量化、層厚最適化によるキャリア走行
時間の低減、ヘテロ界面への中間層導入によるキャリア
トラップの抑制により、利得帯域幅（ＧＢ）積７５ＧＨ
ｚの高速化が実現されている。しかしながら、この素子
構造では、アバランシェ増倍層であるＩｎＰのイオン化
率比β／αが〜２と小さいため（α：電子のイオン化率
、β：正孔のイオン化率）、過剰雑音指数ｘ（イオン化
率比が小さいほど大きくなる）が〜０．７と大きくなり
、低雑音化・高感度化には限界がある。これは、他のバ
ルクのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をアバランシェ増倍層
に用いた場合も同様であり、低雑音化・高ＧＢ積化（高
速応答特性）を達成するにはイオン化率比α／βを人工
的に増大させる必要がある。
は、超高速かつ、低雑音高感度特性を有する半導体受光
素子が不可欠である。このため、近年シリカ系ファイバ
の低損失波長域１．０〜１．６μｍに適応できるＩｎＰ
／ＩｎＧａＡｓ系アバランシェフォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）の高速化・高感度化に対する研究が活発となってい
る。このＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＡＰＤでは現在、小受
光径化による低容量化、層厚最適化によるキャリア走行
時間の低減、ヘテロ界面への中間層導入によるキャリア
トラップの抑制により、利得帯域幅（ＧＢ）積７５ＧＨ
ｚの高速化が実現されている。しかしながら、この素子
構造では、アバランシェ増倍層であるＩｎＰのイオン化
率比β／αが〜２と小さいため（α：電子のイオン化率
、β：正孔のイオン化率）、過剰雑音指数ｘ（イオン化
率比が小さいほど大きくなる）が〜０．７と大きくなり
、低雑音化・高感度化には限界がある。これは、他のバ
ルクのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をアバランシェ増倍層
に用いた場合も同様であり、低雑音化・高ＧＢ積化（高
速応答特性）を達成するにはイオン化率比α／βを人工
的に増大させる必要がある。
【０００３】そこで カパッソ（Ｆ．Ｃａｐａｓｓｏ
）等はアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、４０（１）巻、ｐ．３８〜４
０、１９８２年で、超格子による伝導帯エネルギー不連
続量ΔＥｃを電子の衝突イオン化に利用してイオン化率
比α／βを人工的に増大させる構造を提案し、実際にＧ
ａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系超格子でイオン化率比α／βの
増大（バルクＧａＡｓの〜２に対して超格子層で〜８）
を確認した。さらに、香川らは、アプライド・フィジッ
クス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、ｐ
．１８９５−１８９７，（１８）巻、１９９０年で、長
距離光通信に用いられる波長１．３〜１．６μｍ帯に受
光感度を有するＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系超格子を
用いて同様の構造を形成し、やはりイオン化率比α／β
の増大（バルクＩｎＧａＡｓの〜２に対して超格子層で
〜１０）を確認した。そのバイアス印加時のエネルギー
バンド図を図３に示す。この構造に用いられているｎ−
型ＩｎＡｌＡｓ障害層３１／ｎ− 型ＩｎＧａＡｓ井
戸層３２からなる超格子増倍層では伝導帯不連続量ΔＥ
ｃ３３が０．５ｅＶと価電子帯不連続量ΔＥｖ ３４の
０．２ｅＶより大きく、井戸層３２に入ったときバンド
不連続により獲得するエネルギーが電子３９１の方が正
孔３９２より大きく、これによって電子がイオン化しき
い値エネルギーに達しやすくなることで電子イオン化率
を増大させ、イオン化率比α／βを増大させている。さ
らに、基板表面から入射する波長１．５５μｍの光３９
３を厚さ１．７μｍのｐ− 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４
７Ａｓ光吸収層３６で〜７３％吸収させることで、電子
のイオン化率比α／βが大きいＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａ
Ａｓ超格子にほぼ純粋な電子注入を実現し、イオン化率
比α／β増大による低雑音化を実現している。
）等はアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、４０（１）巻、ｐ．３８〜４
０、１９８２年で、超格子による伝導帯エネルギー不連
続量ΔＥｃを電子の衝突イオン化に利用してイオン化率
比α／βを人工的に増大させる構造を提案し、実際にＧ
ａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系超格子でイオン化率比α／βの
増大（バルクＧａＡｓの〜２に対して超格子層で〜８）
を確認した。さらに、香川らは、アプライド・フィジッ
クス・レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、ｐ
．１８９５−１８９７，（１８）巻、１９９０年で、長
距離光通信に用いられる波長１．３〜１．６μｍ帯に受
光感度を有するＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系超格子を
用いて同様の構造を形成し、やはりイオン化率比α／β
の増大（バルクＩｎＧａＡｓの〜２に対して超格子層で
〜１０）を確認した。そのバイアス印加時のエネルギー
バンド図を図３に示す。この構造に用いられているｎ−
型ＩｎＡｌＡｓ障害層３１／ｎ− 型ＩｎＧａＡｓ井
戸層３２からなる超格子増倍層では伝導帯不連続量ΔＥ
ｃ３３が０．５ｅＶと価電子帯不連続量ΔＥｖ ３４の
０．２ｅＶより大きく、井戸層３２に入ったときバンド
不連続により獲得するエネルギーが電子３９１の方が正
孔３９２より大きく、これによって電子がイオン化しき
い値エネルギーに達しやすくなることで電子イオン化率
を増大させ、イオン化率比α／βを増大させている。さ
らに、基板表面から入射する波長１．５５μｍの光３９
３を厚さ１．７μｍのｐ− 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４
７Ａｓ光吸収層３６で〜７３％吸収させることで、電子
のイオン化率比α／βが大きいＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａ
Ａｓ超格子にほぼ純粋な電子注入を実現し、イオン化率
比α／β増大による低雑音化を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造のアバランシェフォトダイオードは、十分な量子効率
を得るために光吸収層３６が１．７μｍと厚く、この層
を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍２次正孔が
走行する時間遅れによって、素子の周波数応答帯域が、
イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効果（正孔の
超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧＢ積１００
程度）により期待できるほどには大きくならないという
欠点を有する。
造のアバランシェフォトダイオードは、十分な量子効率
を得るために光吸収層３６が１．７μｍと厚く、この層
を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍２次正孔が
走行する時間遅れによって、素子の周波数応答帯域が、
イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効果（正孔の
超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧＢ積１００
程度）により期待できるほどには大きくならないという
欠点を有する。
【０００５】そこで、本発明は、波長１．５５μｍ帯に
受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑音と同時
に高速応答特性のアバランシェフォトダイオードを実現
することを目的とする。
受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑音と同時
に高速応答特性のアバランシェフォトダイオードを実現
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のアバランシェフ
ォトダイオードは、以下の特徴を有する。
ォトダイオードは、以下の特徴を有する。
【０００７】半導体超格子層をアバランシェ増倍層とす
る構造のフォトダイオードにおいて、該超格子アバラン
シェ増倍層が導波路構造の一部をなし、端面入射型であ
ることを特徴とする。
る構造のフォトダイオードにおいて、該超格子アバラン
シェ増倍層が導波路構造の一部をなし、端面入射型であ
ることを特徴とする。
【０００８】または上記超格子アバランシェ増倍層が、
Ｉｎ（Ａｌｚ Ｇａ１−ｚ ）Ａｓ（ｚ＝０〜１）、Ｉ
ｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０〜１，
ｙ＝０〜１）の組合せにより構成されることを特徴とす
る。
Ｉｎ（Ａｌｚ Ｇａ１−ｚ ）Ａｓ（ｚ＝０〜１）、Ｉ
ｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０〜１，
ｙ＝０〜１）の組合せにより構成されることを特徴とす
る。
【０００９】
【作用】本発明は、上述の構成により従来より特性を改
善した。図１は、アバランシェフォトダイオードの一例
を示す構造斜視図、図２は、本発明及び、従来構造の走
行時間制限による応答遮断周波数の増倍率依存性を示す
図である。
善した。図１は、アバランシェフォトダイオードの一例
を示す構造斜視図、図２は、本発明及び、従来構造の走
行時間制限による応答遮断周波数の増倍率依存性を示す
図である。
【００１０】この図２において、点線は従来構造（光吸
収・増倍分離型＝ＳＡＭ型）の、直線は本発明の導波路
構造の走行時間制限による応答遮断周波数の増倍率依存
性を示す。どちらの場合も、超格子井戸層へ正孔トラッ
プがない場合の計算結果である。
収・増倍分離型＝ＳＡＭ型）の、直線は本発明の導波路
構造の走行時間制限による応答遮断周波数の増倍率依存
性を示す。どちらの場合も、超格子井戸層へ正孔トラッ
プがない場合の計算結果である。
【００１１】これらの図を用いて本発明の作用を説明す
る。従来の表面入射型構造では（図３のもの）、十分な
量子効率を得るために光吸収層３６が１．７μｍと厚く
、この層を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍２
次正孔が走行する時間遅れによって、素子の周波数応答
帯域が、イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効果
（正孔の超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧＢ
積１００程度）により期待できるほどには大きくならな
いという欠点を有する。
る。従来の表面入射型構造では（図３のもの）、十分な
量子効率を得るために光吸収層３６が１．７μｍと厚く
、この層を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍２
次正孔が走行する時間遅れによって、素子の周波数応答
帯域が、イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効果
（正孔の超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧＢ
積１００程度）により期待できるほどには大きくならな
いという欠点を有する。
【００１２】これは、図２に点線で示す応答遮断周波数
の増倍率依存性に示される。この点線は超格子層厚１．
０μｍ、超格子のイオン化率は電子αがバルクＩｎＧａ
Ａｓの２倍、電界４００ｋＶ／ｃｍのときのイオン化率
比α／βが１４、正孔トラップなしという条件での、光
吸収層厚１．７μｍのときの光吸収・増倍分離型（ＳＡ
Ｍ型）表面入射構造の計算結果である。これより、ＧＢ
積が７０、増倍率Ｍが１０の時の遮断周波数ｆｃは６Ｇ
Ｈｚであり、低増倍率（Ｍ＜７）での帯域も高々７ＧＨ
ｚであることがわかる。イオン化率比α／βが１４程度
のときのエモンズの理論式から予想されるＧＢ積１００
より小さい値となっているは、前述の理由、すなわち、
光吸収層が１．７μｍと厚く、この層を超格子アバラン
シェ増倍層で発生した増倍２次正孔が走行する時間遅れ
による。
の増倍率依存性に示される。この点線は超格子層厚１．
０μｍ、超格子のイオン化率は電子αがバルクＩｎＧａ
Ａｓの２倍、電界４００ｋＶ／ｃｍのときのイオン化率
比α／βが１４、正孔トラップなしという条件での、光
吸収層厚１．７μｍのときの光吸収・増倍分離型（ＳＡ
Ｍ型）表面入射構造の計算結果である。これより、ＧＢ
積が７０、増倍率Ｍが１０の時の遮断周波数ｆｃは６Ｇ
Ｈｚであり、低増倍率（Ｍ＜７）での帯域も高々７ＧＨ
ｚであることがわかる。イオン化率比α／βが１４程度
のときのエモンズの理論式から予想されるＧＢ積１００
より小さい値となっているは、前述の理由、すなわち、
光吸収層が１．７μｍと厚く、この層を超格子アバラン
シェ増倍層で発生した増倍２次正孔が走行する時間遅れ
による。
【００１３】これは、実線で示す、光吸収層厚を０．６
μｍと薄くして他のパラメーターは従来例と同じとした
計算結果と比較すれば明らかである。光吸収層を０．６
μｍまで薄くすると増倍２次正孔の走行時間遅れは低減
でき、ＧＢ積が〜１００、増倍率Ｍが１０の時の遮断周
波数ｆｃが９ＧＨｚ、低増倍率（Ｍ＜６）での帯域も１
０ＧＨｚ以上の広帯域化が可能である。しかし、従来の
表面入射構造では光吸収層を０．６μｍと薄くすると波
長１．５５μｍに対する量子効率は〜１５％と極端に低
下し、広帯域特性と、高感度特性を同時に満足できない
。
μｍと薄くして他のパラメーターは従来例と同じとした
計算結果と比較すれば明らかである。光吸収層を０．６
μｍまで薄くすると増倍２次正孔の走行時間遅れは低減
でき、ＧＢ積が〜１００、増倍率Ｍが１０の時の遮断周
波数ｆｃが９ＧＨｚ、低増倍率（Ｍ＜６）での帯域も１
０ＧＨｚ以上の広帯域化が可能である。しかし、従来の
表面入射構造では光吸収層を０．６μｍと薄くすると波
長１．５５μｍに対する量子効率は〜１５％と極端に低
下し、広帯域特性と、高感度特性を同時に満足できない
。
【００１４】これに対して、図１に示す本発明の構造で
は、キャップ層１８、及び、超格子アバランシェ増倍層
１５の一部が、ｐ＋ 型ＩｎＰ電界降下層１４の上部ま
でエッチング除去し、幅２０〜３０μｍ以下のメサを形
成することで、このメサと光吸収層１３、ワイドギャッ
プ電界降下層１４とでリブ導波路が構成される。この様
な導波路構造に端面から光入射させれば光吸収層が０．
６μｍ程度と薄くても導波路長を数１００μｍ程度にす
れば十分の光吸収が得られ、かつ接合容量はメサ幅を狭
くすることで小さくすることができるので、広帯域特性
と高感度特性を同時に満足できる。
は、キャップ層１８、及び、超格子アバランシェ増倍層
１５の一部が、ｐ＋ 型ＩｎＰ電界降下層１４の上部ま
でエッチング除去し、幅２０〜３０μｍ以下のメサを形
成することで、このメサと光吸収層１３、ワイドギャッ
プ電界降下層１４とでリブ導波路が構成される。この様
な導波路構造に端面から光入射させれば光吸収層が０．
６μｍ程度と薄くても導波路長を数１００μｍ程度にす
れば十分の光吸収が得られ、かつ接合容量はメサ幅を狭
くすることで小さくすることができるので、広帯域特性
と高感度特性を同時に満足できる。
【００１５】以上の効果により、本発明の構造によって
、光吸収層を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍
２次正孔が走行する時間遅れによって、素子の周波数応
答帯域が、イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効
果（正孔の超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧ
Ｂ積１００程度）により期待できるほどには大きくなら
ないという欠点を克服できる。
、光吸収層を超格子アバランシェ増倍層で発生した増倍
２次正孔が走行する時間遅れによって、素子の周波数応
答帯域が、イオン化率比α／β増大によるＧＢ積増大効
果（正孔の超格子井戸層へのトラップ効果がなければＧ
Ｂ積１００程度）により期待できるほどには大きくなら
ないという欠点を克服できる。
【００１６】なお、導波路構造のアバランシェフォトダ
イオードとしては、アイトリプルイー、エレクトロンデ
バイスレターズ（ＩＥＥＥ，ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥ
ＶＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ）、ＥＤＬ−７巻、ＰＰ．
３３０−３３２、１９８６年にＳｉ／ＳｉＧｅ系の受光
素子が報告されているが、この構造では、光吸収層がＳ
ｉＧｅ短周期歪層超格子でアバランシェ増倍層がＳｉで
各々構成されている。これは光吸収層がバルクＩｎＧａ
Ａｓでアバランシェ増倍層が超格子（ＩｎＡｌＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系）で構成される本発明とは異なるもので
あり、本発明では長距離光通信に用いられる波長１．５
５μｍに受光感度を有するのに対して、ＳｉＧｅ系の従
来例ではこの系の吸収端の関係から波長１．３μｍより
短い波長の光にしか受光感度を有しない。
イオードとしては、アイトリプルイー、エレクトロンデ
バイスレターズ（ＩＥＥＥ，ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥ
ＶＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ）、ＥＤＬ−７巻、ＰＰ．
３３０−３３２、１９８６年にＳｉ／ＳｉＧｅ系の受光
素子が報告されているが、この構造では、光吸収層がＳ
ｉＧｅ短周期歪層超格子でアバランシェ増倍層がＳｉで
各々構成されている。これは光吸収層がバルクＩｎＧａ
Ａｓでアバランシェ増倍層が超格子（ＩｎＡｌＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系）で構成される本発明とは異なるもので
あり、本発明では長距離光通信に用いられる波長１．５
５μｍに受光感度を有するのに対して、ＳｉＧｅ系の従
来例ではこの系の吸収端の関係から波長１．３μｍより
短い波長の光にしか受光感度を有しない。
【００１７】従って、本発明の実施例に示す半導体を用
いることではじめて、波長１．５５μｍ帯に受光感度を
有し、イオン化率比α／β改善による低雑音特性と高速
応答特性を同時に満たす、アバランシェフォトダイオー
ドが実現できる。
いることではじめて、波長１．５５μｍ帯に受光感度を
有し、イオン化率比α／β改善による低雑音特性と高速
応答特性を同時に満たす、アバランシェフォトダイオー
ドが実現できる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例として、ＩｎＰに格子
整合するＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ／Ｉｎ１−ｘ
Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ 系超格子アバランシェフォ
トダイオードを用いて説明する。
整合するＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ／Ｉｎ１−ｘ
Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ 系超格子アバランシェフォ
トダイオードを用いて説明する。
【００１９】図１に示す本発明のアバランシェフォトダ
イオードの一実施例を以下の工程によって製作した。
イオードの一実施例を以下の工程によって製作した。
【００２０】ｐ＋ 型ＩｎＰ基板１１に、ｐ型ＩｎＰバ
ッファ層１２を０．５μｍ厚に、キャリア濃度〜２×１
０１５ｃｍ−３のｐ− 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａ
ｓ光吸収層１３を〜０．６μｍ厚に、キャリア濃度〜１
×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＩｎＰ電界降下層１４を０．
２μｍ厚に、キャリア濃度〜１×１０１５ｃｍ−３のｎ
− 型Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ障害層１６／Ｉｎ
１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ 井戸層１７よりな
る超格子アバランシェ増倍層１５を１．０μｍ厚に、キ
ャリア濃度〜５×１０１８ｃｍ−３のｎ＋ 型ＩｎＰキ
ャップ層１８を１μｍ厚に順次、化学分子線気相成長法
（ＣＢＥ）を用いて成長する。
ッファ層１２を０．５μｍ厚に、キャリア濃度〜２×１
０１５ｃｍ−３のｐ− 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａ
ｓ光吸収層１３を〜０．６μｍ厚に、キャリア濃度〜１
×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＩｎＰ電界降下層１４を０．
２μｍ厚に、キャリア濃度〜１×１０１５ｃｍ−３のｎ
− 型Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ障害層１６／Ｉｎ
１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ 井戸層１７よりな
る超格子アバランシェ増倍層１５を１．０μｍ厚に、キ
ャリア濃度〜５×１０１８ｃｍ−３のｎ＋ 型ＩｎＰキ
ャップ層１８を１μｍ厚に順次、化学分子線気相成長法
（ＣＢＥ）を用いて成長する。
【００２１】この超格子層１５は、厚さ４００Ａ（オン
グストローム）のＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ１６と
厚さ２００Ａ（オングストローム）のＩｎ１−ｘ Ｇａ
ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ １７を交互に１７周期積層した
構造である。Ｉｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ
の組成Ｙは、正孔の超格子井戸層へのトラップを抑制す
るために、Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓとのあいだの
価電子帯不連続量ΔＥｖが０〜０．１５ｅＶの値となる
組成領域により決定した。
グストローム）のＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ１６と
厚さ２００Ａ（オングストローム）のＩｎ１−ｘ Ｇａ
ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ １７を交互に１７周期積層した
構造である。Ｉｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ
の組成Ｙは、正孔の超格子井戸層へのトラップを抑制す
るために、Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓとのあいだの
価電子帯不連続量ΔＥｖが０〜０．１５ｅＶの値となる
組成領域により決定した。
【００２２】次に、通常のフォトリソグラフィーとウェ
ットエッチングの技術を用いて深さがｐ＋ 型ＩｎＰ電
界降下層１４の上部までの幅１０μｍのメサを形成し、
リブ導波路の一部とし、表面全体にＳｉＮ絶縁保護膜１
９を形成する。次にポリイミド絶縁埋込み層１１２をメ
サ横に形成し、その上に直径６０μｍφ程度のｎ側電極
パッドを形成するための領域を形成したのち、ｎ側電極
１１０をＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＰｔで形成、裏面研磨を行
ってからｐ側電極１１１をＡｕＺｎで形成した。素子は
へき開により長さ２５０μｍとし、ＳｉＮによる無反射
コーティング膜１１３をへき開面に形成した。以上で本
実施例のアバランシェフォトダイオードが完成した。こ
の素子では入射先１１４を端面から入れて、光を検出す
る。
ットエッチングの技術を用いて深さがｐ＋ 型ＩｎＰ電
界降下層１４の上部までの幅１０μｍのメサを形成し、
リブ導波路の一部とし、表面全体にＳｉＮ絶縁保護膜１
９を形成する。次にポリイミド絶縁埋込み層１１２をメ
サ横に形成し、その上に直径６０μｍφ程度のｎ側電極
パッドを形成するための領域を形成したのち、ｎ側電極
１１０をＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＰｔで形成、裏面研磨を行
ってからｐ側電極１１１をＡｕＺｎで形成した。素子は
へき開により長さ２５０μｍとし、ＳｉＮによる無反射
コーティング膜１１３をへき開面に形成した。以上で本
実施例のアバランシェフォトダイオードが完成した。こ
の素子では入射先１１４を端面から入れて、光を検出す
る。
【００２３】尚メサ幅は３０μｍ以下であれば容量は十
分小さく高速応答でき、また導波路長は数１００μｍ程
度あれば十分な光吸収が得られる。
分小さく高速応答でき、また導波路長は数１００μｍ程
度あれば十分な光吸収が得られる。
【００２４】
【発明の効果】上記の実施例の構造では、電子のイオン
化率はバルクＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓの約２．０
倍程度に増大したのに対して、正孔のイオン化率はバル
クＩｎＧａＡｓの約１／３倍程度に小さくなり、イオン
化率比は〜１０程度とバルクＩｎＧａＡｓの２に比較し
て増大され、過剰雑音指数も〜０．３と低雑音化がなさ
れた。しかも、周波数応答特性は、本発明のＩｎＧａＡ
ｓ層光吸収層が０．６μｍ、超格子層厚１．０μｍで導
波路構造であるため、容量が０．２ｐＦと十分小さく走
行時間制限となって、図２の実線で示される遮断周波数
の増倍率依存性とほぼ等しい結果が得られた。量子効率
については、端面に先球ファイバを用いたバットカップ
リングを行うことで結合損失を片端面当り−１．５〜−
２ｄＢにでき（この値は、導波路の厳密設計によりさら
に低減可能）、内部の吸収効率がほぼ１００％であるこ
とから、外部量子効率として６０〜７０％が得られる。 なお、リブ超格子領域では、井戸層のＩｎ１−ｘ Ｇａ
ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ が波長１．５５μｍの光を吸収
しないので、ＩｎＧａＡｓ導波層からしみだした光がこ
こで吸収されて超格子に電子・正孔混合注入になること
はなく、雑音特性は悪化しない。
化率はバルクＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓの約２．０
倍程度に増大したのに対して、正孔のイオン化率はバル
クＩｎＧａＡｓの約１／３倍程度に小さくなり、イオン
化率比は〜１０程度とバルクＩｎＧａＡｓの２に比較し
て増大され、過剰雑音指数も〜０．３と低雑音化がなさ
れた。しかも、周波数応答特性は、本発明のＩｎＧａＡ
ｓ層光吸収層が０．６μｍ、超格子層厚１．０μｍで導
波路構造であるため、容量が０．２ｐＦと十分小さく走
行時間制限となって、図２の実線で示される遮断周波数
の増倍率依存性とほぼ等しい結果が得られた。量子効率
については、端面に先球ファイバを用いたバットカップ
リングを行うことで結合損失を片端面当り−１．５〜−
２ｄＢにでき（この値は、導波路の厳密設計によりさら
に低減可能）、内部の吸収効率がほぼ１００％であるこ
とから、外部量子効率として６０〜７０％が得られる。 なお、リブ超格子領域では、井戸層のＩｎ１−ｘ Ｇａ
ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ が波長１．５５μｍの光を吸収
しないので、ＩｎＧａＡｓ導波層からしみだした光がこ
こで吸収されて超格子に電子・正孔混合注入になること
はなく、雑音特性は悪化しない。
【００２５】これより、本発明によって、波長１．５５
μｍ帯に受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑
音と同時に高速応答特性のアバランシェフォトダイオー
ドを実現することができ、その効果は大きい。
μｍ帯に受光感度を有し、高イオン化率比α／βで低雑
音と同時に高速応答特性のアバランシェフォトダイオー
ドを実現することができ、その効果は大きい。
【図１】本発明のアバランシェフォトダイオードの一実
施例を示す構造斜視図である。
施例を示す構造斜視図である。
【図２】本発明及び、従来構造の素子の走行時間制限に
よる応答遮断周波数の増倍率依存性を示す図である。
よる応答遮断周波数の増倍率依存性を示す図である。
【図３】従来例のアバランシェフォトダイオードの構造
を説明する図である。
を説明する図である。
１１ ｐ＋ 型半導体基板
１２ ｐ型バッファー層
１３ ｐ− 型光吸収層
１４ ｐ型ワイドギャップ電界降下層１５ ｎ−
型超格子アバランシェ増倍層１６ 半導体障壁層 １７ 半導体井戸層 １８ ｎ＋ 型キャップ層 １９ 絶縁保護膜 １１０ ｎ側電極 １１１ ｐ側電極 １１２ 絶縁埋込み層 １１３ 無反射コーティング膜 １１４ 入射光 ３１ ｎ− 型Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ障壁層
３２ ｎ− 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ井戸層
３３ 伝導帯不連続量ΔＥｃ ３４ 価電子帯不連続量ΔＥｖ ３５ ｐ＋ 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ電界降
下層３６ ｐ− 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ光
吸収層３７ ｐ＋ 型Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ
キャップ層３８ ｎ＋ 型Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８
Ａｓバッファ層３９１ 電子 ３９２ 正孔 ３９３ 入射光
型超格子アバランシェ増倍層１６ 半導体障壁層 １７ 半導体井戸層 １８ ｎ＋ 型キャップ層 １９ 絶縁保護膜 １１０ ｎ側電極 １１１ ｐ側電極 １１２ 絶縁埋込み層 １１３ 無反射コーティング膜 １１４ 入射光 ３１ ｎ− 型Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ障壁層
３２ ｎ− 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ井戸層
３３ 伝導帯不連続量ΔＥｃ ３４ 価電子帯不連続量ΔＥｖ ３５ ｐ＋ 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ電界降
下層３６ ｐ− 型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ光
吸収層３７ ｐ＋ 型Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ
キャップ層３８ ｎ＋ 型Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８
Ａｓバッファ層３９１ 電子 ３９２ 正孔 ３９３ 入射光
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体光吸収層と半導体超格子アバラ
ンシェ増倍層を有し、該超格子アバランシェ増倍層が導
波路構造の一部をなし、端面入射型であることを特徴と
するアバランシェフォトダイオード。 - 【請求項２】 超格子アバランシェ増倍層が、Ｉｎ（
Ａｌｚ Ｇａ１−ｚ ）Ａｓ（Ｚ＝０〜１）とＩｎ１−
ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０〜１，ｙ＝０
〜１）の組合せによる超格子で構成されることを特徴と
する請求項１記載のアバランシェフォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002927A JP2745826B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP3002927A JP2745826B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | アバランシェフォトダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04241473A true JPH04241473A (ja) | 1992-08-28 |
| JP2745826B2 JP2745826B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=11542975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3002927A Expired - Lifetime JP2745826B2 (ja) | 1991-01-16 | 1991-01-16 | アバランシェフォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2745826B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06132307A (ja) * | 1992-10-19 | 1994-05-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置及びその製造方法 |
| JPH06232443A (ja) * | 1993-02-04 | 1994-08-19 | Nec Corp | 超格子アバランシェフォトダイオードおよびその製造方法 |
| 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 |
| JPH08274366A (ja) * | 1995-03-31 | 1996-10-18 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JP2008252145A (ja) * | 2002-10-30 | 2008-10-16 | Fujitsu Ltd | アバランシェフォトダイオード |
| CN114497263A (zh) * | 2018-07-11 | 2022-05-13 | 斯坦福国际研究院 | 无过量噪声的光电二极管 |
| CN115425034A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-12-02 | 中科鑫通微电子技术(北京)有限公司 | 一种光子集成增益探测器结构 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01259577A (ja) * | 1988-04-11 | 1989-10-17 | Fujitsu Ltd | 超格子構造を用いた受光素子 |
| JPH02189982A (ja) * | 1989-01-18 | 1990-07-25 | Nec Corp | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
-
1991
- 1991-01-16 JP JP3002927A patent/JP2745826B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01259577A (ja) * | 1988-04-11 | 1989-10-17 | Fujitsu Ltd | 超格子構造を用いた受光素子 |
| JPH02189982A (ja) * | 1989-01-18 | 1990-07-25 | Nec Corp | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2008252145A (ja) * | 2002-10-30 | 2008-10-16 | Fujitsu Ltd | アバランシェフォトダイオード |
| CN114497263A (zh) * | 2018-07-11 | 2022-05-13 | 斯坦福国际研究院 | 无过量噪声的光电二极管 |
| CN115425034A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-12-02 | 中科鑫通微电子技术(北京)有限公司 | 一种光子集成增益探测器结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2745826B2 (ja) | 1998-04-28 |
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