JPH06188449A - Ｍｓｍ型受光素子 - Google Patents
Ｍｓｍ型受光素子Info
- Publication number
- JPH06188449A JPH06188449A JP4356786A JP35678692A JPH06188449A JP H06188449 A JPH06188449 A JP H06188449A JP 4356786 A JP4356786 A JP 4356786A JP 35678692 A JP35678692 A JP 35678692A JP H06188449 A JPH06188449 A JP H06188449A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 応答速度が向上したＭＳＭ型受光素子を提供
する。 【構成】 半導体層５上にショットキーメタル１を積層
して形成したショットキー接合を有するＭＳＭ型受光素
子において、半導体層５の少なくとも一部は歪み超格子
５で構成し、該歪み超格子５は、光吸収層である面内圧
縮歪みを持つ量子井戸層３と、非光吸収層である、前記
量子井戸層３と同程度の面内引っ張り歪みを持つ量子障
壁層４から構成する。
する。 【構成】 半導体層５上にショットキーメタル１を積層
して形成したショットキー接合を有するＭＳＭ型受光素
子において、半導体層５の少なくとも一部は歪み超格子
５で構成し、該歪み超格子５は、光吸収層である面内圧
縮歪みを持つ量子井戸層３と、非光吸収層である、前記
量子井戸層３と同程度の面内引っ張り歪みを持つ量子障
壁層４から構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、応答速度を改善したＭ
ＳＭ型受光素子に関する。
ＳＭ型受光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】ＭＳＭ（Metal Semiconductor Metal)型受
光素子は、結晶表面に対向した電極を持つ構造をしてお
り、容量が小さいという特長を有し、高速動作が可能で
ある。ＭＳＭ型受光素子の応答速度は、主に受光層中の
キャリアの走行時間で制限される。受光層中の電界が十
分に高い場合には、キャリアはその飽和速度で走行す
る。
光素子は、結晶表面に対向した電極を持つ構造をしてお
り、容量が小さいという特長を有し、高速動作が可能で
ある。ＭＳＭ型受光素子の応答速度は、主に受光層中の
キャリアの走行時間で制限される。受光層中の電界が十
分に高い場合には、キャリアはその飽和速度で走行す
る。
【０００３】ＩｎＰに格子整合するＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａ
ｓは、低電界時の移動度が大きい、飽和速度が大きい、
バンドギャップが０．７４ｅＶと小さく、光通信用の波
長１．３〜１．６５μｍの光を吸収できるなどの特徴を
有する。このため、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓからなる受光
層と金属とのショットキー接合を利用した受光素子が検
討されている。しかし、上記ショットキー接合はバリア
高さが低いため、暗電流が大きくなるという問題があっ
た。そこで、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓと金属との間にＡｌ
0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を挿入して、ショットキー接合のバ
リア高さ改善する方法がとられた（文献１参照）。
ｓは、低電界時の移動度が大きい、飽和速度が大きい、
バンドギャップが０．７４ｅＶと小さく、光通信用の波
長１．３〜１．６５μｍの光を吸収できるなどの特徴を
有する。このため、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓからなる受光
層と金属とのショットキー接合を利用した受光素子が検
討されている。しかし、上記ショットキー接合はバリア
高さが低いため、暗電流が大きくなるという問題があっ
た。そこで、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓと金属との間にＡｌ
0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を挿入して、ショットキー接合のバ
リア高さ改善する方法がとられた（文献１参照）。
【０００４】ところで、量子井戸内に歪みを導入する
と、エネルギーバンド構造が変化し、価電子バンドの上
端に縮退している正孔の有効質量が軽いバンドと重いバ
ンドに分離する。圧縮歪みを与えると、光の吸収によっ
て生成される正孔の面内方向の運動に対する有効質量が
軽くなる（文献２参照）。そこで、上記受光素子におい
て、受光層にＧａ1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．５３）量子
井戸層を用いると、応答速度を改善することできる。そ
の理由は、ＩｎＰ基板に対して圧縮歪みを有するＧａ
1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．５３）は、歪みの無いＧａ
0.47Ｉｎ0.53Ａｓに比較して優れた電子の輸送特性を示
すからである。また、Ｇａ1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．５
３）量子井戸層では、正孔は超格子構造の面内方向に対
して軽い有効質量を持つため、正孔移動度が向上するか
らである。しかし、歪みを持った結晶構造を、受光層と
して要求される１μｍ以上の厚さにまで成長すると転位
が発生する。そこで、受光層として、ＩｎＰに対して圧
縮歪みを有するＧａ1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．５３）層
と引っ張り歪みを有するＧａ1-Y ＩｎY Ａｓ（Ｙ＜０．
５３）層を交互に積層し、お互いの歪みを相殺した超格
子構造を用いることが検討されている。この構造におい
て、電子および正孔はエネルギーの低いＧａ1-X ＩｎX
Ａｓ（Ｘ＞０．５３）層を走行する。この構造の受光層
は、各層の厚みを臨界膜厚以下にし、さらに、歪み超格
子構造全体の歪み量が零になるように構造を最適化する
ことにより、転位を発生させることなく、１μｍ以上の
厚みに形成することができる。 文献１：Appl. Phys. Lett. 54,16(1989). 文献２：IEEE J. Quantum Electronics., vol.27, No.
6, 1426, June 1991.
と、エネルギーバンド構造が変化し、価電子バンドの上
端に縮退している正孔の有効質量が軽いバンドと重いバ
ンドに分離する。圧縮歪みを与えると、光の吸収によっ
て生成される正孔の面内方向の運動に対する有効質量が
軽くなる（文献２参照）。そこで、上記受光素子におい
て、受光層にＧａ1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．５３）量子
井戸層を用いると、応答速度を改善することできる。そ
の理由は、ＩｎＰ基板に対して圧縮歪みを有するＧａ
1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．５３）は、歪みの無いＧａ
0.47Ｉｎ0.53Ａｓに比較して優れた電子の輸送特性を示
すからである。また、Ｇａ1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．５
３）量子井戸層では、正孔は超格子構造の面内方向に対
して軽い有効質量を持つため、正孔移動度が向上するか
らである。しかし、歪みを持った結晶構造を、受光層と
して要求される１μｍ以上の厚さにまで成長すると転位
が発生する。そこで、受光層として、ＩｎＰに対して圧
縮歪みを有するＧａ1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．５３）層
と引っ張り歪みを有するＧａ1-Y ＩｎY Ａｓ（Ｙ＜０．
５３）層を交互に積層し、お互いの歪みを相殺した超格
子構造を用いることが検討されている。この構造におい
て、電子および正孔はエネルギーの低いＧａ1-X ＩｎX
Ａｓ（Ｘ＞０．５３）層を走行する。この構造の受光層
は、各層の厚みを臨界膜厚以下にし、さらに、歪み超格
子構造全体の歪み量が零になるように構造を最適化する
ことにより、転位を発生させることなく、１μｍ以上の
厚みに形成することができる。 文献１：Appl. Phys. Lett. 54,16(1989). 文献２：IEEE J. Quantum Electronics., vol.27, No.
6, 1426, June 1991.
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受光層
に上述の歪み超格子構造を用いると、次のような問題が
あった。圧縮歪みを持つＧａ1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．
５３）層内に発生した正孔は、超格子構造の面内方向に
対して軽い有効質量を持つが、引っ張り歪みを持つＧａ
1-Y ＩｎY Ａｓ（Ｙ＜０．５３）層内に発生した正孔
は、超格子構造の面内方向に対して重い有効質量を持
つ。入射した光は圧縮歪みを持つＧａ1-X ＩｎX Ａｓ
（Ｘ＞０．５３）層と引っ張り歪みを持つＧａ1-Y Ｉｎ
Y Ａｓ（Ｙ＜０．５３）層の両方に吸収されるので、有
効質量が小さい正孔と有効質量が大きい正孔が発生す
る。このうち、引っ張り歪みを持つＧａ1-Y ＩｎY Ａｓ
（Ｙ＜０．５３）層内に発生した有効質量が重い正孔
は、応答速度の低化をまねく原因となっていた。
に上述の歪み超格子構造を用いると、次のような問題が
あった。圧縮歪みを持つＧａ1-X ＩｎX Ａｓ（Ｘ＞０．
５３）層内に発生した正孔は、超格子構造の面内方向に
対して軽い有効質量を持つが、引っ張り歪みを持つＧａ
1-Y ＩｎY Ａｓ（Ｙ＜０．５３）層内に発生した正孔
は、超格子構造の面内方向に対して重い有効質量を持
つ。入射した光は圧縮歪みを持つＧａ1-X ＩｎX Ａｓ
（Ｘ＞０．５３）層と引っ張り歪みを持つＧａ1-Y Ｉｎ
Y Ａｓ（Ｙ＜０．５３）層の両方に吸収されるので、有
効質量が小さい正孔と有効質量が大きい正孔が発生す
る。このうち、引っ張り歪みを持つＧａ1-Y ＩｎY Ａｓ
（Ｙ＜０．５３）層内に発生した有効質量が重い正孔
は、応答速度の低化をまねく原因となっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決したＭＳＭ型受光素子を提供するもので、半導体層上
にショットキーメタルを積層して形成したショットキー
接合を有するＭＳＭ型受光素子において、半導体層の少
なくとも一部は歪み超格子から構成され、該歪み超格子
は、光吸収層である面内圧縮歪みを持つ量子井戸層と、
非光吸収層である、前記量子井戸層の歪みと同程度の面
内引っ張り歪みを持つ量子障壁層から構成されているこ
とを特徴とするものである。
決したＭＳＭ型受光素子を提供するもので、半導体層上
にショットキーメタルを積層して形成したショットキー
接合を有するＭＳＭ型受光素子において、半導体層の少
なくとも一部は歪み超格子から構成され、該歪み超格子
は、光吸収層である面内圧縮歪みを持つ量子井戸層と、
非光吸収層である、前記量子井戸層の歪みと同程度の面
内引っ張り歪みを持つ量子障壁層から構成されているこ
とを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】上述のように、半導体層の少なくとも一部を歪
み超格子から構成し、該歪み超格子を、光吸収層である
面内圧縮歪みを持つ量子井戸層と、非光吸収層である、
前記量子井戸層の歪みと同程度の面内引っ張り歪みを持
つ量子障壁層から構成すると、光吸収により量子井戸層
内に電子と有効質量の小さい正孔のみが発生するので、
面内圧縮歪みを持つ量子井戸層の優れた電子輸送特性を
生かすことができる。
み超格子から構成し、該歪み超格子を、光吸収層である
面内圧縮歪みを持つ量子井戸層と、非光吸収層である、
前記量子井戸層の歪みと同程度の面内引っ張り歪みを持
つ量子障壁層から構成すると、光吸収により量子井戸層
内に電子と有効質量の小さい正孔のみが発生するので、
面内圧縮歪みを持つ量子井戸層の優れた電子輸送特性を
生かすことができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本
発明にかかるＭＳＭ型受光素子の一実施例の断面図とそ
れを構成する超格子のエネルギーバンド構造図である。
図中、１はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属電極、２は半
絶縁性ＩｎＰ基板である。３はＩｎＰ基板２に対して１
％の圧縮歪みが入っているＩｎ0.68Ｇａ0.32Ａｓからな
る量子井戸層である。４は１％の引っ張り歪みが入って
いるＩｎ0.37Ａｌ0.63Ａｓからなる量子障壁層である。
量子井戸層３および量子障壁層４の厚さはそれぞれ１５
ｎｍであり、各４０層を交互に積層して厚さ１．２μｍ
の超格子５を形成している。６はショットキー接合のバ
リア高さ改善する厚さ３０ｎｍのＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ
層である。量子井戸層３および量子障壁層４の各バンド
ギャップは、それぞれ０．８ｅＶ以下、および０．９５
ｅＶ以上になっている。本実施例の素子では、量子井戸
層３は光通信用の波長帯１．３〜１．６５μｍの光を吸
収出来るが、量子障壁層４はこの波長帯の光を吸収しな
い。また、本実施例では、正孔の有効質量が従来の五分
の一になり、従って、応答速度も同程度に改善された。
なお、量子井戸層の組成は上記実施例に限定されず、３
％以下の面内圧縮歪みを持ち、かつ、エネルギーバンド
ギャップの幅が０．８ｅＶ以下であるＧａＩｎＡｓＰ混
晶またはＧａＩｎＡｓＳｂ混晶であればよい。ここで、
面内圧縮歪みを３％以下にしたのは、これ以上である
と、現実的に結晶を成長できないからである。また、量
子障壁層の組成は上記実施例に限定されず、量子井戸層
の歪み量と同程度の面内引っ張り歪みを持ち、かつ、エ
ネルギーバンドギャップの幅が０．９５ｅＶ以上である
ＧａＩｎＡｓＰ混晶またはＡｌＧａＩｎＡｓ混晶であれ
ばよい。さらに、量子井戸層と量子障壁層のエネルギー
バンドギャップの幅は上記実施例に限定されず、吸収す
べき光波長に応じて変えることができることは言うまで
もない。
を詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本
発明にかかるＭＳＭ型受光素子の一実施例の断面図とそ
れを構成する超格子のエネルギーバンド構造図である。
図中、１はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属電極、２は半
絶縁性ＩｎＰ基板である。３はＩｎＰ基板２に対して１
％の圧縮歪みが入っているＩｎ0.68Ｇａ0.32Ａｓからな
る量子井戸層である。４は１％の引っ張り歪みが入って
いるＩｎ0.37Ａｌ0.63Ａｓからなる量子障壁層である。
量子井戸層３および量子障壁層４の厚さはそれぞれ１５
ｎｍであり、各４０層を交互に積層して厚さ１．２μｍ
の超格子５を形成している。６はショットキー接合のバ
リア高さ改善する厚さ３０ｎｍのＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ
層である。量子井戸層３および量子障壁層４の各バンド
ギャップは、それぞれ０．８ｅＶ以下、および０．９５
ｅＶ以上になっている。本実施例の素子では、量子井戸
層３は光通信用の波長帯１．３〜１．６５μｍの光を吸
収出来るが、量子障壁層４はこの波長帯の光を吸収しな
い。また、本実施例では、正孔の有効質量が従来の五分
の一になり、従って、応答速度も同程度に改善された。
なお、量子井戸層の組成は上記実施例に限定されず、３
％以下の面内圧縮歪みを持ち、かつ、エネルギーバンド
ギャップの幅が０．８ｅＶ以下であるＧａＩｎＡｓＰ混
晶またはＧａＩｎＡｓＳｂ混晶であればよい。ここで、
面内圧縮歪みを３％以下にしたのは、これ以上である
と、現実的に結晶を成長できないからである。また、量
子障壁層の組成は上記実施例に限定されず、量子井戸層
の歪み量と同程度の面内引っ張り歪みを持ち、かつ、エ
ネルギーバンドギャップの幅が０．９５ｅＶ以上である
ＧａＩｎＡｓＰ混晶またはＡｌＧａＩｎＡｓ混晶であれ
ばよい。さらに、量子井戸層と量子障壁層のエネルギー
バンドギャップの幅は上記実施例に限定されず、吸収す
べき光波長に応じて変えることができることは言うまで
もない。
【０００９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体層上にショットキーメタルを積層して形成したショ
ットキー接合を有するＭＳＭ型受光素子において、半導
体層の少なくとも一部は歪み超格子から構成され、該歪
み超格子は、光吸収層である面内圧縮歪みを持つ量子井
戸層と、非光吸収層である、前記量子井戸層と同程度の
面内引っ張り歪みを持つ量子障壁層から構成されている
ため、応答速度が向上するという優れた効果がある。
導体層上にショットキーメタルを積層して形成したショ
ットキー接合を有するＭＳＭ型受光素子において、半導
体層の少なくとも一部は歪み超格子から構成され、該歪
み超格子は、光吸収層である面内圧縮歪みを持つ量子井
戸層と、非光吸収層である、前記量子井戸層と同程度の
面内引っ張り歪みを持つ量子障壁層から構成されている
ため、応答速度が向上するという優れた効果がある。
【図１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明にかかるＭ
ＳＭ型受光素子の一実施例の断面図とそれを構成する超
格子のエネルギーバンド構造図である。
ＳＭ型受光素子の一実施例の断面図とそれを構成する超
格子のエネルギーバンド構造図である。
１ 金属電極 ２ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ３ 量子井戸層 ４ 量子障壁層 ５ 超格子 ６ Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体層上にショットキーメタルを積層
して形成したショットキー接合を有するＭＳＭ型受光素
子において、半導体層の少なくとも一部は歪み超格子か
ら構成され、該歪み超格子は、光吸収層である面内圧縮
歪みを持つ量子井戸層と、非光吸収層である、前記量子
井戸層の歪みと同程度の面内引っ張り歪みを持つ量子障
壁層から構成されていることを特徴とするＭＳＭ型受光
素子。 - 【請求項２】 ３％以下の面内圧縮歪みを持ち、かつ、
エネルギーバンドギャップの幅が０．８ｅＶ以下である
ＧａＩｎＡｓＰ混晶またはＧａＩｎＡｓＳｂ混晶を量子
井戸層とし、前記量子井戸層の歪みと同程度の面内引っ
張り歪みを持ち、かつ、エネルギーバンドギャップの幅
が０．９５ｅＶ以上であるＧａＩｎＡｓＰ混晶またはＡ
ｌＧａＩｎＡｓ混晶を量子障壁層とする請求項１記載の
ＭＳＭ型受光素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4356786A JPH06188449A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Ｍｓｍ型受光素子 |
| EP94903032A EP0627771B1 (en) | 1992-12-21 | 1993-12-21 | Distorted superlattice semiconductor photodetecting element with side-contact structure |
| US08/290,918 US5608230A (en) | 1992-12-21 | 1993-12-21 | Strained superlattice semiconductor photodetector having a side contact structure |
| DE69325708T DE69325708T2 (de) | 1992-12-21 | 1993-12-21 | Halbleiter-photodetektor mit verformter uebergitter und mit einer seitenkontaktstruktur |
| PCT/JP1993/001848 WO1994015367A1 (fr) | 1992-12-21 | 1993-12-21 | Element photodetecteur monolithique a reseau cristallin deforme, comportant une structure de contact lateral |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4356786A JPH06188449A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Ｍｓｍ型受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188449A true JPH06188449A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18450763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4356786A Pending JPH06188449A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Ｍｓｍ型受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188449A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6528827B2 (en) * | 2000-11-10 | 2003-03-04 | Optolynx, Inc. | MSM device and method of manufacturing same |
| US7081639B2 (en) | 2000-06-06 | 2006-07-25 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device and fabrication process thereof |
| JP2008227328A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光検出器 |
| JP2009124010A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光検出器 |
| WO2012114849A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-12-21 JP JP4356786A patent/JPH06188449A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7081639B2 (en) | 2000-06-06 | 2006-07-25 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Semiconductor photodetection device and fabrication process thereof |
| US6528827B2 (en) * | 2000-11-10 | 2003-03-04 | Optolynx, Inc. | MSM device and method of manufacturing same |
| JP2008227328A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光検出器 |
| JP2009124010A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光検出器 |
| WO2012114849A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子およびその製造方法 |
| JP2012174977A (ja) * | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 受光素子およびその製造方法 |
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