JPH0774381A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
- Publication number
- JPH0774381A JPH0774381A JP5217387A JP21738793A JPH0774381A JP H0774381 A JPH0774381 A JP H0774381A JP 5217387 A JP5217387 A JP 5217387A JP 21738793 A JP21738793 A JP 21738793A JP H0774381 A JPH0774381 A JP H0774381A
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- Japan
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- receiving element
- strained superlattice
- light
- light absorption
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 正孔の移動度を高めて、光照射に対する応答
速度が速い半導体受光素子を得ることを目的とする。 【構成】 ｎ型ＩｎＰバッファ層３の上にはＩｎ0.53-X
Ｇａ0.47+XＡｓ歪超格子層４ａが形成され、その上には
Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂが形成されて
対をなし、この対構造が多数積層されて光吸収層が形成
されている。ここで超格子層の組成比を表すＸの条件は
Ｘ＞０である。 【効果】 光吸収層において入射光により発生したキャ
リアの有効質量が軽減されるので、光吸収層でのキャリ
アの移動度が大きくなって光照射に対する応答速度を速
くすることができ、かつ、第１、第２歪超格子層を交互
に積層することで互いの応力をキャンセルすることがで
きるので、応力による光吸収層の破壊を防止することが
できる。
速度が速い半導体受光素子を得ることを目的とする。 【構成】 ｎ型ＩｎＰバッファ層３の上にはＩｎ0.53-X
Ｇａ0.47+XＡｓ歪超格子層４ａが形成され、その上には
Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂが形成されて
対をなし、この対構造が多数積層されて光吸収層が形成
されている。ここで超格子層の組成比を表すＸの条件は
Ｘ＞０である。 【効果】 光吸収層において入射光により発生したキャ
リアの有効質量が軽減されるので、光吸収層でのキャリ
アの移動度が大きくなって光照射に対する応答速度を速
くすることができ、かつ、第１、第２歪超格子層を交互
に積層することで互いの応力をキャンセルすることがで
きるので、応力による光吸収層の破壊を防止することが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体受光素子に関し、
特に高速応答可能な半導体受光素子に関する。
特に高速応答可能な半導体受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は従来のＩｎＧａＡｓ系半導体受光
素子の構造を示す断面図である。図７において半絶縁性
ＩｎＰ基板１の上に、ｎ+ ＩｎＰコンタクト層２が形成
され、該層の表面には正電位を与える正電極８が形成さ
れている。ｎ+ ＩｎＰコンタクト層２の上にｎ型ＩｎＰ
バッファ層３が形成されている。ｎ型ＩｎＰバッファ層
３の上にはＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層４が形成さ
れ、その上にｎ型ＩｎＰ窓層５が形成されている。ｎ型
ＩｎＰ窓層５の内部にはｐ型拡散領域６が設けられ、該
領域に接し、負電位を与えるための負電極９が絶縁膜７
を挟んで形成されている。
素子の構造を示す断面図である。図７において半絶縁性
ＩｎＰ基板１の上に、ｎ+ ＩｎＰコンタクト層２が形成
され、該層の表面には正電位を与える正電極８が形成さ
れている。ｎ+ ＩｎＰコンタクト層２の上にｎ型ＩｎＰ
バッファ層３が形成されている。ｎ型ＩｎＰバッファ層
３の上にはＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層４が形成さ
れ、その上にｎ型ＩｎＰ窓層５が形成されている。ｎ型
ＩｎＰ窓層５の内部にはｐ型拡散領域６が設けられ、該
領域に接し、負電位を与えるための負電極９が絶縁膜７
を挟んで形成されている。
【０００３】次に図７を用いて動作について説明する。
正電極８および負電極９に各々正電位および負電位を印
加することで、この受光素子には逆バイアス電圧が印加
されることになる。この状態で図７に示されるように、
ｎ型ＩｎＰ窓層５から光（ｈνで表示）が入射しＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層４に到達すると、ここに正孔
と電子のペアを発生させる。発生した正孔は印加された
バイアスによりｐ型拡散領域６に向かって走行し、電子
は逆にｎ型ＩｎＰバッファ層３に向かって走行するの
で、正電極８および負電極９の間に光電流が流れること
になる。この電流を出力として取り出せば、光照射の有
無に対応してオン／オフする電気信号を得ることができ
る。
正電極８および負電極９に各々正電位および負電位を印
加することで、この受光素子には逆バイアス電圧が印加
されることになる。この状態で図７に示されるように、
ｎ型ＩｎＰ窓層５から光（ｈνで表示）が入射しＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層４に到達すると、ここに正孔
と電子のペアを発生させる。発生した正孔は印加された
バイアスによりｐ型拡散領域６に向かって走行し、電子
は逆にｎ型ＩｎＰバッファ層３に向かって走行するの
で、正電極８および負電極９の間に光電流が流れること
になる。この電流を出力として取り出せば、光照射の有
無に対応してオン／オフする電気信号を得ることができ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体受光素子
は以上のように構成されているので、光照射に対する電
気信号出力の応答速度は容量（Ｃ）とインダクタンス
（Ｌ）による遅れを除けば、Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸
収層４で発生した電子と正孔の走行速度によって制限さ
れることになる。一般に電子の有効質量は軽く、正孔の
有効質量は重いので正孔の移動度が小さく、これによっ
て応答速度が制限されることになる。
は以上のように構成されているので、光照射に対する電
気信号出力の応答速度は容量（Ｃ）とインダクタンス
（Ｌ）による遅れを除けば、Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸
収層４で発生した電子と正孔の走行速度によって制限さ
れることになる。一般に電子の有効質量は軽く、正孔の
有効質量は重いので正孔の移動度が小さく、これによっ
て応答速度が制限されることになる。
【０００５】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、正孔の移動度を高めて、光照
射に対する応答速度が速い半導体受光素子を得ることを
目的とする。
めになされたものであり、正孔の移動度を高めて、光照
射に対する応答速度が速い半導体受光素子を得ることを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体受光
素子の第１の態様は、第１導電型の第１半導体層と、第
２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層および第
２半導体層との間に形成された光吸収層とを有する半導
体受光素子において、前記光吸収層が、Ｉｎ0.53-XＧａ
0.47+XＡｓで形成され引張り応力を有する第１歪超格子
層と、Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓで形成され圧縮応力を
有する第２歪超格子層とを交互に多数積層して形成され
たことを特徴とする。
素子の第１の態様は、第１導電型の第１半導体層と、第
２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層および第
２半導体層との間に形成された光吸収層とを有する半導
体受光素子において、前記光吸収層が、Ｉｎ0.53-XＧａ
0.47+XＡｓで形成され引張り応力を有する第１歪超格子
層と、Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓで形成され圧縮応力を
有する第２歪超格子層とを交互に多数積層して形成され
たことを特徴とする。
【０００７】本発明に係る半導体受光素子の第２の態様
は、第１導電型の第１半導体層と、第２導電型の第２半
導体層と、前記第１半導体層および第２半導体層との間
に形成された光吸収層とを有する半導体受光素子におい
て、前記光吸収層が、Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓY Ｐ
1-Y で形成され引張り応力を有する第１歪超格子層と、
Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓY Ｐ1-Y で形成され圧縮応力
を有する第２歪超格子層とを交互に多数積層して形成さ
れたことを特徴とする半導体受光素子。
は、第１導電型の第１半導体層と、第２導電型の第２半
導体層と、前記第１半導体層および第２半導体層との間
に形成された光吸収層とを有する半導体受光素子におい
て、前記光吸収層が、Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓY Ｐ
1-Y で形成され引張り応力を有する第１歪超格子層と、
Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓY Ｐ1-Y で形成され圧縮応力
を有する第２歪超格子層とを交互に多数積層して形成さ
れたことを特徴とする半導体受光素子。
【０００８】
【作用】本発明に係る半導体受光素子の第１の態様によ
れば、光吸収層を引張り応力を有するＩｎ0.53-XＧａ
0.47+XＡｓの第１歪超格子層および圧縮応力を有するＩ
ｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓの第２歪超格子層で形成するこ
とにより、各々の歪超格子層において入射光により発生
したキャリアの有効質量が軽減されるので、光吸収層で
のキャリアの移動度が大きくなり、かつ、第１、第２歪
超格子層を交互に積層することで互いの応力をキャンセ
ルすることができる。
れば、光吸収層を引張り応力を有するＩｎ0.53-XＧａ
0.47+XＡｓの第１歪超格子層および圧縮応力を有するＩ
ｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓの第２歪超格子層で形成するこ
とにより、各々の歪超格子層において入射光により発生
したキャリアの有効質量が軽減されるので、光吸収層で
のキャリアの移動度が大きくなり、かつ、第１、第２歪
超格子層を交互に積層することで互いの応力をキャンセ
ルすることができる。
【０００９】本発明に係る半導体受光素子の第２の態様
によれば、光吸収層を引張り応力を有するＩｎ0.53-XＧ
ａ0.47+XＡｓY Ｐ1-Y の第１歪超格子層および圧縮応力
を有するＩｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓY Ｐ1-Y の第２歪超
格子層で形成することにより、各々の歪超格子層におい
て入射光により発生したキャリアの有効質量が軽減され
るので、光吸収層でのキャリアの移動度が大きくなり、
かつ、第１、第２歪超格子層を交互に積層することで互
いの応力をキャンセルすることができ、さらに、Ｐを含
有することにより、より短い波長域の光に反応すること
が可能になる。
によれば、光吸収層を引張り応力を有するＩｎ0.53-XＧ
ａ0.47+XＡｓY Ｐ1-Y の第１歪超格子層および圧縮応力
を有するＩｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓY Ｐ1-Y の第２歪超
格子層で形成することにより、各々の歪超格子層におい
て入射光により発生したキャリアの有効質量が軽減され
るので、光吸収層でのキャリアの移動度が大きくなり、
かつ、第１、第２歪超格子層を交互に積層することで互
いの応力をキャンセルすることができ、さらに、Ｐを含
有することにより、より短い波長域の光に反応すること
が可能になる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明に係る半導体受光素子の第１の
実施例を示す断面図である。図１においてｎ型ＩｎＰバ
ッファ層３の上には、Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格
子層４ａが形成され、その上にはＩｎ0.53+XＧａ0.47-X
Ａｓ歪超格子層４ｂが形成されて対をなし、この対構造
が多数積層されて光吸収層が形成されている。ここで、
歪超格子層はＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vap
or Deposition ）法、あるいはＶＰＥ（Vapor Phase Ep
itaxy ）法、あるいはＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y）法で形成され、歪超格子層の組成比を表すＸの条件
はＸ＞０である。その他の構成は図７で説明した従来の
半導体受光素子と同様である。また、光照射に応答して
出力信号が得られる基本動作も図７で説明した従来の半
導体受光素子と同様である。
実施例を示す断面図である。図１においてｎ型ＩｎＰバ
ッファ層３の上には、Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格
子層４ａが形成され、その上にはＩｎ0.53+XＧａ0.47-X
Ａｓ歪超格子層４ｂが形成されて対をなし、この対構造
が多数積層されて光吸収層が形成されている。ここで、
歪超格子層はＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vap
or Deposition ）法、あるいはＶＰＥ（Vapor Phase Ep
itaxy ）法、あるいはＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y）法で形成され、歪超格子層の組成比を表すＸの条件
はＸ＞０である。その他の構成は図７で説明した従来の
半導体受光素子と同様である。また、光照射に応答して
出力信号が得られる基本動作も図７で説明した従来の半
導体受光素子と同様である。
【００１１】次に図２および図３を参照してＩｎ0.53-X
Ｇａ0.47+XＡｓ歪超格子層４ａおよびＩｎ0.53+XＧａ
0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂの動作について説明する。Ｉ
ｎおよびＧａを原子レベルで比較すると、Ｉｎの方が原
子番号が大きいので、原子半径も近似的に原子番号の３
乗根に比例して大きくなる。図２はＩｎ0.53-XＧａ
0.47+XＡｓ歪超格子層４ａの構造を、図３はＩｎ0.53+X
Ｇａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂの構造を模式的に表した
図である。図２において、原子の小さいＧａがリッチで
ある場合は周囲から引張られるように力を受けるので、
層全体としては引張り応力が加わる。逆に図３に示され
るように、原子の大きいＩｎがリッチである場合は周囲
から押しつぶされるように圧縮を受けるので、層全体と
しては圧縮応力が加わる。
Ｇａ0.47+XＡｓ歪超格子層４ａおよびＩｎ0.53+XＧａ
0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂの動作について説明する。Ｉ
ｎおよびＧａを原子レベルで比較すると、Ｉｎの方が原
子番号が大きいので、原子半径も近似的に原子番号の３
乗根に比例して大きくなる。図２はＩｎ0.53-XＧａ
0.47+XＡｓ歪超格子層４ａの構造を、図３はＩｎ0.53+X
Ｇａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂの構造を模式的に表した
図である。図２において、原子の小さいＧａがリッチで
ある場合は周囲から引張られるように力を受けるので、
層全体としては引張り応力が加わる。逆に図３に示され
るように、原子の大きいＩｎがリッチである場合は周囲
から押しつぶされるように圧縮を受けるので、層全体と
しては圧縮応力が加わる。
【００１２】引張り応力が加わるＩｎ0.53-XＧａ0.47+X
Ａｓ歪超格子層４ａと、圧縮応力が加わるＩｎ0.53+XＧ
ａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂとが交互に積層されている
ので、これらで形成される光吸収層は、各々の応力がキ
ャンセルされて全体としては応力フリーの状態となる。
Ａｓ歪超格子層４ａと、圧縮応力が加わるＩｎ0.53+XＧ
ａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂとが交互に積層されている
ので、これらで形成される光吸収層は、各々の応力がキ
ャンセルされて全体としては応力フリーの状態となる。
【００１３】次に図４および図５を参照してＧａＡｓ歪
超格子層における正孔の移動度について説明する。な
お、以下の説明についての詳細は、「IEEE J.Qantum El
ectron., vol.25,PP171-178,1989,T.C.Chong and C.G.F
onstad,”Teoretical Gain ofStreined Layer Semicond
uctor Lasers in the Large Strein Regime”」に報告
されている。
超格子層における正孔の移動度について説明する。な
お、以下の説明についての詳細は、「IEEE J.Qantum El
ectron., vol.25,PP171-178,1989,T.C.Chong and C.G.F
onstad,”Teoretical Gain ofStreined Layer Semicond
uctor Lasers in the Large Strein Regime”」に報告
されている。
【００１４】正孔のエネルギーＥは次式のように表され
る。
る。
【００１５】
【数１】
【００１６】（１）式においてＥｖは荷電子帯頂上のエ
ネルギーを表し、ｍ* は正孔の有効質量を表す。ｈ’は
プランク定数ｈを２πで割った値（ｈ／２π）であり、
ｋvec は波数ベクトルである。
ネルギーを表し、ｍ* は正孔の有効質量を表す。ｈ’は
プランク定数ｈを２πで割った値（ｈ／２π）であり、
ｋvec は波数ベクトルである。
【００１７】（１）式から正孔の有効質量ｍ* を求める
と次式のように表される。
と次式のように表される。
【００１８】
【数２】
【００１９】図４に引張り応力による歪がある場合と歪
がない場合のＥ−ｋ曲線を示す。図４において縦軸は正
孔のエネルギーＥを表し、左横軸は超格子層平面内の波
数ｋH を表し、右横軸は超格子層の垂直方向の波数ｋP
を表す。図４において破線は歪がない場合の超格子層の
荷電子帯の特性を表し、実線は引張り応力による歪があ
る場合の荷電子帯の特性を表す。歪がない場合は波数の
変化に対する正孔のエネルギーＥの変化は緩やかであり
左右対称な特性を示している。一方、引張り応力により
歪が発生すると荷電子帯のエネルギーがシフトし、バン
ドギャップが縮むことになる。また、特性は垂直方向よ
りも平面内での波数の変化に対する正孔のエネルギーＥ
の変化が急峻であり、全体としてｋ＝０における曲率は
険しくなる。このことは（２）式において右辺分母が大
きくなることであり、左辺の有効質量ｍ* が小さくなる
ことを意味している。
がない場合のＥ−ｋ曲線を示す。図４において縦軸は正
孔のエネルギーＥを表し、左横軸は超格子層平面内の波
数ｋH を表し、右横軸は超格子層の垂直方向の波数ｋP
を表す。図４において破線は歪がない場合の超格子層の
荷電子帯の特性を表し、実線は引張り応力による歪があ
る場合の荷電子帯の特性を表す。歪がない場合は波数の
変化に対する正孔のエネルギーＥの変化は緩やかであり
左右対称な特性を示している。一方、引張り応力により
歪が発生すると荷電子帯のエネルギーがシフトし、バン
ドギャップが縮むことになる。また、特性は垂直方向よ
りも平面内での波数の変化に対する正孔のエネルギーＥ
の変化が急峻であり、全体としてｋ＝０における曲率は
険しくなる。このことは（２）式において右辺分母が大
きくなることであり、左辺の有効質量ｍ* が小さくなる
ことを意味している。
【００２０】図５に圧縮応力による歪がある場合と歪が
ない場合のＥ−ｋ曲線を示す。図５において縦軸は正孔
のエネルギーＥを表し、左横軸は超格子層平面内の波数
ｋHを表し、右横軸は超格子層の垂直方向の波数ｋP を
表す。図５において破線は歪がない場合の超格子層の荷
電子帯の特性を表し、実線は圧縮応力による歪がある場
合の荷電子帯の特性を表す。歪がない場合は波数の変化
に対する正孔のエネルギーＥの変化は緩やかであり左右
対称な特性を示している。一方、圧縮応力により歪が発
生すると荷電子帯のエネルギーがシフトし、バンドギャ
ップが縮むことになる。また、特性は平面内よりも垂直
方向での波数の変化に対する正孔のエネルギーＥの変化
が急峻であり、全体としてｋ＝０における曲率は険しく
なる。このことは（２）式において右辺分母が大きくな
ることであり、左辺の有効質量ｍ* が小さくなることを
意味している。また、引張り応力、圧縮応力どちらの場
合も応力が強くなるに従ってｋ＝０における曲率は険し
くなり、有効質量ｍ* もそれに伴って小さくなる。
ない場合のＥ−ｋ曲線を示す。図５において縦軸は正孔
のエネルギーＥを表し、左横軸は超格子層平面内の波数
ｋHを表し、右横軸は超格子層の垂直方向の波数ｋP を
表す。図５において破線は歪がない場合の超格子層の荷
電子帯の特性を表し、実線は圧縮応力による歪がある場
合の荷電子帯の特性を表す。歪がない場合は波数の変化
に対する正孔のエネルギーＥの変化は緩やかであり左右
対称な特性を示している。一方、圧縮応力により歪が発
生すると荷電子帯のエネルギーがシフトし、バンドギャ
ップが縮むことになる。また、特性は平面内よりも垂直
方向での波数の変化に対する正孔のエネルギーＥの変化
が急峻であり、全体としてｋ＝０における曲率は険しく
なる。このことは（２）式において右辺分母が大きくな
ることであり、左辺の有効質量ｍ* が小さくなることを
意味している。また、引張り応力、圧縮応力どちらの場
合も応力が強くなるに従ってｋ＝０における曲率は険し
くなり、有効質量ｍ* もそれに伴って小さくなる。
【００２１】光照射に対する応答速度は正孔の移動度に
支配されることは先に示したが、正孔の移動度μh と有
効質量ｍ* との関係は以下のように表される。
支配されることは先に示したが、正孔の移動度μh と有
効質量ｍ* との関係は以下のように表される。
【００２２】
【数３】
【００２３】（３）式においてτh は緩和時間であり、
正孔の運動量が１／ｅに減少するまでの時間を示してい
る。よって、有効質量ｍ* が小さくなることで正孔の移
動度が速くなることがわかる。
正孔の運動量が１／ｅに減少するまでの時間を示してい
る。よって、有効質量ｍ* が小さくなることで正孔の移
動度が速くなることがわかる。
【００２４】本実施例では引張り応力が加わったＩｎ
0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格子層４ａと、圧縮応力が加
わったＩｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂによっ
て光吸収層が形成されているので、応力の加わっていな
いＩｎＧａＡｓ層に比べていずれの層においても正孔の
有効質量ｍ* が軽減され、正孔の移動度が速くなること
で光照射に対する応答速度が速い半導体受光素子を得る
ことができる。
0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格子層４ａと、圧縮応力が加
わったＩｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂによっ
て光吸収層が形成されているので、応力の加わっていな
いＩｎＧａＡｓ層に比べていずれの層においても正孔の
有効質量ｍ* が軽減され、正孔の移動度が速くなること
で光照射に対する応答速度が速い半導体受光素子を得る
ことができる。
【００２５】また、本実施例では引張り応力が加わった
Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格子層４ａと、圧縮応力
が加わったＩｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂを
交互に積層して光吸収層を形成するので、光吸収層全体
の厚さが例えば光を吸収するために十分な２．５μｍ程
度の場合でも、引張り応力と圧縮応力がキャンセルされ
て全体としては応力フリーの状態となり、光吸収層の結
晶の応力による破壊を防ぐことができる。
Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格子層４ａと、圧縮応力
が加わったＩｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層４ｂを
交互に積層して光吸収層を形成するので、光吸収層全体
の厚さが例えば光を吸収するために十分な２．５μｍ程
度の場合でも、引張り応力と圧縮応力がキャンセルされ
て全体としては応力フリーの状態となり、光吸収層の結
晶の応力による破壊を防ぐことができる。
【００２６】図６は本発明に係る半導体受光素子の第２
の実施例を示す断面図である。図６においてｎ型ＩｎＰ
基板１１の上にｎ型ＩｎＰバッファ層１２が形成されて
いる。ｎ型ＩｎＰバッファ層１２の上にはＩｎ0.53-XＧ
ａ0.47+XＡｓ歪超格子層１３ａが形成され、その上には
Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層１３ｂが形成され
て対をなし、この対構造が多数積層されて光吸収層１３
が形成されている。ここで超格子層の組成比を表すＸの
条件はＸ＞０である。これらの超格子層の上にはｐ型Ｉ
ｎＰコンタクト層１４が形成され、その表面には負電位
を与える負電極１６が形成されている。正電極１５はｎ
型ＩｎＰ基板１１の下面側に形成されている。
の実施例を示す断面図である。図６においてｎ型ＩｎＰ
基板１１の上にｎ型ＩｎＰバッファ層１２が形成されて
いる。ｎ型ＩｎＰバッファ層１２の上にはＩｎ0.53-XＧ
ａ0.47+XＡｓ歪超格子層１３ａが形成され、その上には
Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層１３ｂが形成され
て対をなし、この対構造が多数積層されて光吸収層１３
が形成されている。ここで超格子層の組成比を表すＸの
条件はＸ＞０である。これらの超格子層の上にはｐ型Ｉ
ｎＰコンタクト層１４が形成され、その表面には負電位
を与える負電極１６が形成されている。正電極１５はｎ
型ＩｎＰ基板１１の下面側に形成されている。
【００２７】次に図６を用いて動作について説明する。
正電極１５および負電極１６に各々正電位および負電位
を印加することで、この受光素子には逆バイアス電圧が
印加されることになる。この状態で図６に示されるよう
に、光吸収層１３の側面から光（ｈνで表示）が入射す
ると、光吸収層１３において正孔と電子のペアを発生さ
せる。発生した正孔は印加されたバイアスによりｐ型Ｉ
ｎＰコンタクト層１４に向かって走行し、電子は逆にｎ
型ＩｎＰバッファ層１２に向かって走行するので、正電
極１５および負電極１６の間に光電流が流れることにな
る。なお、引張り応力が加わったＩｎ0.53-XＧａ0.47+X
Ａｓ歪超格子層１３ａおよび圧縮応力が加わったＩｎ
0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層１３ｂにおける正孔の
有効質量ｍ* の軽減効果は第１の実施例と同様である。
正電極１５および負電極１６に各々正電位および負電位
を印加することで、この受光素子には逆バイアス電圧が
印加されることになる。この状態で図６に示されるよう
に、光吸収層１３の側面から光（ｈνで表示）が入射す
ると、光吸収層１３において正孔と電子のペアを発生さ
せる。発生した正孔は印加されたバイアスによりｐ型Ｉ
ｎＰコンタクト層１４に向かって走行し、電子は逆にｎ
型ＩｎＰバッファ層１２に向かって走行するので、正電
極１５および負電極１６の間に光電流が流れることにな
る。なお、引張り応力が加わったＩｎ0.53-XＧａ0.47+X
Ａｓ歪超格子層１３ａおよび圧縮応力が加わったＩｎ
0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層１３ｂにおける正孔の
有効質量ｍ* の軽減効果は第１の実施例と同様である。
【００２８】本実施例では光吸収層１３の厚さを例えば
０．１μｍ程度とし、電子および正孔の走行距離を短く
して光照射に対する応答速度をさらに速めている。ま
た、光吸収層１３の厚みが薄いので、十分に光を吸収さ
せるために端面より光を入射させる構造となっている。
０．１μｍ程度とし、電子および正孔の走行距離を短く
して光照射に対する応答速度をさらに速めている。ま
た、光吸収層１３の厚みが薄いので、十分に光を吸収さ
せるために端面より光を入射させる構造となっている。
【００２９】本実施例においても第１の実施例同様に、
引張り応力が加わったＩｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格
子層１３ａと、圧縮応力が加わったＩｎ0.53+XＧａ
0.47-XＡｓ歪超格子層１３ｂを交互に積層しているの
で、引張り応力と圧縮応力がキャンセルされて全体とし
ては応力フリーの状態となり、光吸収層１３の結晶の応
力による破壊を防ぐことができる。
引張り応力が加わったＩｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格
子層１３ａと、圧縮応力が加わったＩｎ0.53+XＧａ
0.47-XＡｓ歪超格子層１３ｂを交互に積層しているの
で、引張り応力と圧縮応力がキャンセルされて全体とし
ては応力フリーの状態となり、光吸収層１３の結晶の応
力による破壊を防ぐことができる。
【００３０】以上説明した本発明に係る半導体受光素子
の第１および第２の実施例は共に以下に説明するような
変形が可能である。すなわち、引張り応力を有する超格
子層をＩｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓY Ｐ1-Y 歪超格子層で
形成し、圧縮応力を有する超格子層をＩｎ0.53+XＧａ
0.47-XＡｓY Ｐ1-Y 歪超格子層で形成することによって
も、第１および第２の実施例と同様の効果を得ることが
でき、かつ、前述の実施例で説明した半導体受光素子よ
りも短い波長域の光に反応する半導体受光素子を得るこ
とができる。
の第１および第２の実施例は共に以下に説明するような
変形が可能である。すなわち、引張り応力を有する超格
子層をＩｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓY Ｐ1-Y 歪超格子層で
形成し、圧縮応力を有する超格子層をＩｎ0.53+XＧａ
0.47-XＡｓY Ｐ1-Y 歪超格子層で形成することによって
も、第１および第２の実施例と同様の効果を得ることが
でき、かつ、前述の実施例で説明した半導体受光素子よ
りも短い波長域の光に反応する半導体受光素子を得るこ
とができる。
【００３１】
【発明の効果】請求項１記載の半導体受光素子によれ
ば、光吸収層において入射光により発生したキャリアの
有効質量が軽減されるので、光吸収層でのキャリアの移
動度が大きくなって光照射に対する応答速度を速くする
ことができ、かつ、第１、第２歪超格子層を交互に積層
することで互いの応力をキャンセルすることができるの
で光吸収層の応力による破壊を防止することができる。
ば、光吸収層において入射光により発生したキャリアの
有効質量が軽減されるので、光吸収層でのキャリアの移
動度が大きくなって光照射に対する応答速度を速くする
ことができ、かつ、第１、第２歪超格子層を交互に積層
することで互いの応力をキャンセルすることができるの
で光吸収層の応力による破壊を防止することができる。
【００３２】請求項２記載の半導体受光素子によれば、
光吸収層において入射光により発生したキャリアの有効
質量が軽減されるので、光吸収層でのキャリアの移動度
が大きくなって光照射に対する応答速度を速くすること
ができ、かつ、第１、第２歪超格子層を交互に積層する
ことで互いの応力をキャンセルすることができるので、
応力による光吸収層の破壊を防止することができる。ま
た、光吸収層をＩｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓY Ｐ1-Y 歪超
格子層およびＩｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓY Ｐ1-Y 歪超格
子層で形成するので、Ｐを含まない場合に比べて短い波
長域の光に反応する半導体受光素子を得ることができ
る。
光吸収層において入射光により発生したキャリアの有効
質量が軽減されるので、光吸収層でのキャリアの移動度
が大きくなって光照射に対する応答速度を速くすること
ができ、かつ、第１、第２歪超格子層を交互に積層する
ことで互いの応力をキャンセルすることができるので、
応力による光吸収層の破壊を防止することができる。ま
た、光吸収層をＩｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓY Ｐ1-Y 歪超
格子層およびＩｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓY Ｐ1-Y 歪超格
子層で形成するので、Ｐを含まない場合に比べて短い波
長域の光に反応する半導体受光素子を得ることができ
る。
【図１】本発明に係る半導体受光素子の第１の実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格子層の構造を
説明する模式図である。
説明する模式図である。
【図３】Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層の構造を
説明する模式図である。
説明する模式図である。
【図４】引張り応力による歪がある場合と歪がない場合
のＥ−ｋ曲線を示す図である。
のＥ−ｋ曲線を示す図である。
【図５】圧縮応力による歪がある場合と歪がない場合の
Ｅ−ｋ曲線を示す図である。
Ｅ−ｋ曲線を示す図である。
【図６】本発明に係る半導体受光素子の第２の実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図７】従来の半導体受光素子を示す断面図である。
４ａ、１３ａ Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓ歪超格子層 ４ｂ、１３ｂ Ｉｎ0.53+XＧａ0.47-XＡｓ歪超格子層 １１ ｎ型ＩｎＰ基板 １２ ｎ型ＩｎＰバッファ層 １３ 光吸収層 １４ ｐ型ＩｎＰコンタクト層 １５ 正電極 １６ 負電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
Claims (2)
- 【請求項１】 第１導電型の第１半導体層と、 第２導電型の第２半導体層と、 前記第１半導体層および第２半導体層との間に形成され
た光吸収層とを有する半導体受光素子において、 前記光吸収層が、Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓで形成され
引張り応力を有する第１歪超格子層と、Ｉｎ0.53+XＧａ
0.47-XＡｓで形成され圧縮応力を有する第２歪超格子層
とを交互に多数積層して形成されたことを特徴とする半
導体受光素子。 - 【請求項２】 第１導電型の第１半導体層と、 第２導電型の第２半導体層と、 前記第１半導体層および第２半導体層との間に形成され
た光吸収層とを有する半導体受光素子において、 前記光吸収層が、Ｉｎ0.53-XＧａ0.47+XＡｓY Ｐ1-Y で
形成され引張り応力を有する第１歪超格子層と、Ｉｎ
0.53+XＧａ0.47-XＡｓY Ｐ1-Y で形成され圧縮応力を有
する第２歪超格子層とを交互に多数積層して形成された
ことを特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5217387A JPH0774381A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5217387A JPH0774381A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0774381A true JPH0774381A (ja) | 1995-03-17 |
Family
ID=16703385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5217387A Pending JPH0774381A (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0774381A (ja) |
Cited By (4)
| 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 |
| JP2012138582A (ja) * | 2012-01-27 | 2012-07-19 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子 |
| 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 |
| CN111668327A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-15 | 三明学院 | 一种新型电容式光电探测器 |
-
1993
- 1993-09-01 JP JP5217387A patent/JPH0774381A/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 |
| 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 |
| JP2012138582A (ja) * | 2012-01-27 | 2012-07-19 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子 |
| CN111668327A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-15 | 三明学院 | 一种新型电容式光电探测器 |
| CN111668327B (zh) * | 2020-06-22 | 2022-04-22 | 三明学院 | 一种电容式光电探测器 |
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