JPH088455A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH088455A JPH088455A JP6138834A JP13883494A JPH088455A JP H088455 A JPH088455 A JP H088455A JP 6138834 A JP6138834 A JP 6138834A JP 13883494 A JP13883494 A JP 13883494A JP H088455 A JPH088455 A JP H088455A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長距離光通信に使用される１μm 帯の受光素
子において、高感度・高速特性を有し、且つ、高信頼性
を有する素子を提供する。 【構成】 正孔注入型の超格子ＡＰＤにおいて、超格子
増倍層１９として価電子帯エネルギー差が大きく、且
つ、伝導帯エネルギー差がほとんどない構造を適用し、
正孔のみを選択的に増倍させる。また、増倍井戸層に引
っ張り歪を負荷し、正孔のパイルアップを緩和し、高速
化を図る。あるいは、光吸収層１３と電界緩和層１８の
間に正孔パイルアップ緩和層２０を挿入し、高速化を図
る。この素子は、プレーナ構造を比較的容易に採用する
ことができる。
子において、高感度・高速特性を有し、且つ、高信頼性
を有する素子を提供する。 【構成】 正孔注入型の超格子ＡＰＤにおいて、超格子
増倍層１９として価電子帯エネルギー差が大きく、且
つ、伝導帯エネルギー差がほとんどない構造を適用し、
正孔のみを選択的に増倍させる。また、増倍井戸層に引
っ張り歪を負荷し、正孔のパイルアップを緩和し、高速
化を図る。あるいは、光吸収層１３と電界緩和層１８の
間に正孔パイルアップ緩和層２０を挿入し、高速化を図
る。この素子は、プレーナ構造を比較的容易に採用する
ことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光情報処理、
光計測等で用いられる半導体受光素子において、主にア
バランシェ増倍型半導体受光素子に関するものである。
光計測等で用いられる半導体受光素子において、主にア
バランシェ増倍型半導体受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、１〜１．６μm 帯の光通信用半導
体受光素子として、ＩｎＰ基板上に格子整合したＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ層（以下ＩｎＧａＡｓ層と略す）を光
吸収層とするＰＩＮ型半導体受光素子（「光通信素子光
学」、米津氏著、工学図書株式会社刊、３７１頁（１９
８３）に記載）、アバランシェ増倍型半導体受光素子
（エレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）１９８４年，２０巻，ｐｐ．６５
３−６５４に記載）が知られている。特に、後者は、ア
バランシェ増倍作用による内部利得効果及び高速応答を
する点で、長距離通信用として実用化されている。
体受光素子として、ＩｎＰ基板上に格子整合したＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ層（以下ＩｎＧａＡｓ層と略す）を光
吸収層とするＰＩＮ型半導体受光素子（「光通信素子光
学」、米津氏著、工学図書株式会社刊、３７１頁（１９
８３）に記載）、アバランシェ増倍型半導体受光素子
（エレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）１９８４年，２０巻，ｐｐ．６５
３−６５４に記載）が知られている。特に、後者は、ア
バランシェ増倍作用による内部利得効果及び高速応答を
する点で、長距離通信用として実用化されている。
【０００３】図８に、典型的なＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤの
構造図（アバランシェ増倍型半導体受光素子は以下ＡＰ
Ｄと略す。）を示す。動作原理は、ＩｎＧａＡｓ光吸収
層１３で発生した光キャリアの中で、正孔キャリアが電
界によりＩｎＰアバランシェ層１４に注入される。Ｉｎ
Ｐアバランシェ層１４は、高電界が印加されているので
イオン化衝突が生じ、増倍特性に至る。この場合、素子
特性上重要な雑音・高速応答特性は、増倍過程でのキャ
リアのランダムなイオン化プロセスに支配されているこ
とが知られている。具体的には、増倍層であるＩｎＰ層
の電子と正孔のイオン化率に差がある程、イオン化率比
が大きくとれ（電子及び正孔のイオン化率をそれぞれ
α、βとすると、α／β＞１の時には電子、β／α＞１
の時には正孔が、イオン化衝突を起こす主キャリアとな
るべきである。）、素子特性上望ましい。
構造図（アバランシェ増倍型半導体受光素子は以下ＡＰ
Ｄと略す。）を示す。動作原理は、ＩｎＧａＡｓ光吸収
層１３で発生した光キャリアの中で、正孔キャリアが電
界によりＩｎＰアバランシェ層１４に注入される。Ｉｎ
Ｐアバランシェ層１４は、高電界が印加されているので
イオン化衝突が生じ、増倍特性に至る。この場合、素子
特性上重要な雑音・高速応答特性は、増倍過程でのキャ
リアのランダムなイオン化プロセスに支配されているこ
とが知られている。具体的には、増倍層であるＩｎＰ層
の電子と正孔のイオン化率に差がある程、イオン化率比
が大きくとれ（電子及び正孔のイオン化率をそれぞれ
α、βとすると、α／β＞１の時には電子、β／α＞１
の時には正孔が、イオン化衝突を起こす主キャリアとな
るべきである。）、素子特性上望ましい。
【０００４】ところが、イオン化率比（α／βまたはβ
／α）は、材料物性的に決定されており、ＩｎＰでは高
々β／α＝２程度である。これは、低雑音特性を有する
Ｓｉのα／β＝２０と大きな違いがあり、より低雑音及
び高速応答特性を実現するために、画期的な技術革新が
要求されている。
／α）は、材料物性的に決定されており、ＩｎＰでは高
々β／α＝２程度である。これは、低雑音特性を有する
Ｓｉのα／β＝２０と大きな違いがあり、より低雑音及
び高速応答特性を実現するために、画期的な技術革新が
要求されている。
【０００５】これに対し、近年、アバランシェ増倍型半
導体受光素子において、増倍層に超格子構造を適用し、
伝導帯不連続エネルギーによる電子のイオン化促進を意
図した超格子ＡＰＤが研究される。特に、ＩｎＡｌＡｓ
／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子層を増倍層とした超格子ＡＰ
Ｄにおいて、利得帯域幅積１２０ＧＨｚが報告されてい
る（アイ・イー・イー・イー フォトニクス テクノロ
ジー レターズ（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ）１９３３年、５
巻、ｐｐ６７５−６７７に記載）。図９に、典型的なＩ
ｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子ＡＰＤの構造図を
示す。素子形成は、まず気相成長法でｎ型ＩｎＰ基板１
上にｎ+ 型ＩｎＰバッファ層２、ｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓバ
ッファ層３、ｎ- 型ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超
格子増倍層４、ｐ+ 型電界緩和層５、ｐ- 型光吸収層
６、ｐ- 型ＩｎＰキャップ層７及びｐ+ 型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層８を順次積層する。その後、Ｂｒ系エッチ
ャントでメサ形成をし、ＳｉＮｘをパッシベーション膜
９として表面に堆積させる。その後、ｎ側１０及びｐ側
１１にオーミック電極を蒸着して完成する。入射光１２
は表面から入射する。
導体受光素子において、増倍層に超格子構造を適用し、
伝導帯不連続エネルギーによる電子のイオン化促進を意
図した超格子ＡＰＤが研究される。特に、ＩｎＡｌＡｓ
／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子層を増倍層とした超格子ＡＰ
Ｄにおいて、利得帯域幅積１２０ＧＨｚが報告されてい
る（アイ・イー・イー・イー フォトニクス テクノロ
ジー レターズ（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ）１９３３年、５
巻、ｐｐ６７５−６７７に記載）。図９に、典型的なＩ
ｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子ＡＰＤの構造図を
示す。素子形成は、まず気相成長法でｎ型ＩｎＰ基板１
上にｎ+ 型ＩｎＰバッファ層２、ｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓバ
ッファ層３、ｎ- 型ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超
格子増倍層４、ｐ+ 型電界緩和層５、ｐ- 型光吸収層
６、ｐ- 型ＩｎＰキャップ層７及びｐ+ 型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層８を順次積層する。その後、Ｂｒ系エッチ
ャントでメサ形成をし、ＳｉＮｘをパッシベーション膜
９として表面に堆積させる。その後、ｎ側１０及びｐ側
１１にオーミック電極を蒸着して完成する。入射光１２
は表面から入射する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術の欄で述べ
たように、従来の超格子ＡＰＤでは伝導帯不連続エネル
ギーにより電子の衝突イオン化を促進させることを目的
としている。しかしながら、例えば、従来のＩｎＡｌＡ
ｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子のＡＰＤの例で言うなら
ば、伝導帯不連続エネルギー０．３ｅＶのときには、価
電子帯不連続エネルギーも０．１ｅＶあり、正孔の衝突
イオン化促進及び井戸層内での正孔のパイルアップ等が
懸念される。加えて、この超格子ＡＰＤはメサ型の素子
構造であり、強電界が印加される増倍層がメサ端面で露
出するので、信頼性を有した素子を形成することが困難
となっている。
たように、従来の超格子ＡＰＤでは伝導帯不連続エネル
ギーにより電子の衝突イオン化を促進させることを目的
としている。しかしながら、例えば、従来のＩｎＡｌＡ
ｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子のＡＰＤの例で言うなら
ば、伝導帯不連続エネルギー０．３ｅＶのときには、価
電子帯不連続エネルギーも０．１ｅＶあり、正孔の衝突
イオン化促進及び井戸層内での正孔のパイルアップ等が
懸念される。加えて、この超格子ＡＰＤはメサ型の素子
構造であり、強電界が印加される増倍層がメサ端面で露
出するので、信頼性を有した素子を形成することが困難
となっている。
【０００７】本発明の目的は、正孔を増倍層に注入する
構造のＡＰＤにおいて、上述の課題を解決し、超格子構
造を利用し正孔のみを選択的に増倍させ、且つ、プレー
ナ構造を有する信頼性に優れた高感度・高速半導体受光
素子を提供することにある。
構造のＡＰＤにおいて、上述の課題を解決し、超格子構
造を利用し正孔のみを選択的に増倍させ、且つ、プレー
ナ構造を有する信頼性に優れた高感度・高速半導体受光
素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の半導
体素子は、半導体基板上に光吸収層及び増倍層等を積層
して形成する半導体受光素子において、該増倍層が超格
子構造で形成され、且つ、該超格子構造の伝導帯エネル
ギー差がほとんどないことを特徴とする。
体素子は、半導体基板上に光吸収層及び増倍層等を積層
して形成する半導体受光素子において、該増倍層が超格
子構造で形成され、且つ、該超格子構造の伝導帯エネル
ギー差がほとんどないことを特徴とする。
【０００９】また、本発明の請求項２の半導体受光素子
は、上記請求項１の素子において、該増倍層を構成する
第一の半導体層がＩｎＰであり、且つ、第二の半導体層
がＩｎＡｌＧａＡｓであり、且つ、該超格子構造の伝導
帯エネルギー差がほとんどないことを特徴とする。
は、上記請求項１の素子において、該増倍層を構成する
第一の半導体層がＩｎＰであり、且つ、第二の半導体層
がＩｎＡｌＧａＡｓであり、且つ、該超格子構造の伝導
帯エネルギー差がほとんどないことを特徴とする。
【００１０】あるいは、本発明の請求項３の半導体受光
素子は、上記請求項１あるいは請求項２の素子におい
て、増倍層を形成する超格子構造の井戸層に引っ張り歪
が加えられていることを特徴とする。
素子は、上記請求項１あるいは請求項２の素子におい
て、増倍層を形成する超格子構造の井戸層に引っ張り歪
が加えられていることを特徴とする。
【００１１】また、本発明の請求項４の半導体受光素子
は、上記請求項１または請求項２あるいは請求項３の素
子において、光吸収層と増倍層の間に電界緩和層を有
し、光吸収層と電界緩和層の間にＩｎＡｌＧａＡｓある
いはＩｎＧａＡｓＰで形成された正孔パイルアップ緩和
層が挿入されていることを特徴とする。
は、上記請求項１または請求項２あるいは請求項３の素
子において、光吸収層と増倍層の間に電界緩和層を有
し、光吸収層と電界緩和層の間にＩｎＡｌＧａＡｓある
いはＩｎＧａＡｓＰで形成された正孔パイルアップ緩和
層が挿入されていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】図１は、本発明の請求項１と請求項２の半導体
受光素子を説明するための図であり、超格子増倍層のバ
ンド図を示す。増倍層として、ＩｎＰ／Ｉｎ0.5 Ａｌ0.
23Ｇａ0.27Ａｓ超格子構造を例にとり説明する。本発明
のＡＰＤは、光吸収層で発生した光キャリアの内、正孔
のみを増倍層に注入する正孔注入型の超格子ＡＰＤであ
る。図１に示すように、該超格子構造の価電子帯エネル
ギー差は０．３ｅＶあり、これにより、注入された正孔
のイオン化率が増大される。一方、正孔の衝突イオン化
により増倍層内で発生した電子は、伝導帯不連続エネル
ギーがほとんど０ｅＶであるために超格子構造における
ヘテロ界面でのエネルギー供給がなく、イオン化率を抑
圧することが出来る。即ち、該超格子構造により正孔の
みのイオン化率増大を図ることができ、イオン化率比
（β／α）を改善することができる。さらに、本発明の
超格子ＡＰＤにおいては、高信頼性を得るために不可欠
なプレーナ構造を比較的容易に採用することができる。
この理由を図２を用いて説明する。
受光素子を説明するための図であり、超格子増倍層のバ
ンド図を示す。増倍層として、ＩｎＰ／Ｉｎ0.5 Ａｌ0.
23Ｇａ0.27Ａｓ超格子構造を例にとり説明する。本発明
のＡＰＤは、光吸収層で発生した光キャリアの内、正孔
のみを増倍層に注入する正孔注入型の超格子ＡＰＤであ
る。図１に示すように、該超格子構造の価電子帯エネル
ギー差は０．３ｅＶあり、これにより、注入された正孔
のイオン化率が増大される。一方、正孔の衝突イオン化
により増倍層内で発生した電子は、伝導帯不連続エネル
ギーがほとんど０ｅＶであるために超格子構造における
ヘテロ界面でのエネルギー供給がなく、イオン化率を抑
圧することが出来る。即ち、該超格子構造により正孔の
みのイオン化率増大を図ることができ、イオン化率比
（β／α）を改善することができる。さらに、本発明の
超格子ＡＰＤにおいては、高信頼性を得るために不可欠
なプレーナ構造を比較的容易に採用することができる。
この理由を図２を用いて説明する。
【００１３】図２には、本発明の半導体受光素子の素子
構造と電界強度の例を示す。ｐ+ −ＩｎＰキャップ層７
と超格子増倍層１９の界面がｐｎ接合であり、電界印加
時に空乏層は基板側に一方向に伸びる（従来の電子注入
型の超格子ＡＰＤでは、空乏層はｐｎ接合から基板側及
び表面側の両方向に伸びる。）この場合には、容易にｐ
- 型の２重ガードリング構造を適用することが可能であ
り、プレーナ構造の素子を形成することができる。これ
より、高電界が印加される増倍層等の露出が防げ、高信
頼性が達成できる。
構造と電界強度の例を示す。ｐ+ −ＩｎＰキャップ層７
と超格子増倍層１９の界面がｐｎ接合であり、電界印加
時に空乏層は基板側に一方向に伸びる（従来の電子注入
型の超格子ＡＰＤでは、空乏層はｐｎ接合から基板側及
び表面側の両方向に伸びる。）この場合には、容易にｐ
- 型の２重ガードリング構造を適用することが可能であ
り、プレーナ構造の素子を形成することができる。これ
より、高電界が印加される増倍層等の露出が防げ、高信
頼性が達成できる。
【００１４】次に、本発明の請求項３の作用について説
明する。請求項３の発明の作用は、上記請求項１及び２
の作用に加えて、以下の作用がある。図３は、請求項３
の作用を説明するための図であり、増倍層のバンド図を
示す。前述のように、増倍層内に注入された正孔は、ヘ
テロ界面の価電子帯エネルギー差ΔＥｖにより衝突イオ
ン化が促進されるが、増倍井戸層から障壁層に遷移する
ときにはこのΔＥｖが障壁として働き、特に質量の重い
正孔にとっては、パイルアップの原因となる。本発明の
請求項３では、増倍井戸層に引っ張り応力が加えられて
いるので、層方向に垂直に走行する正孔の基底準位はラ
イトホールバンドとなり、正孔の質量がバルクのときと
比べて１／８程度に軽くなる（このことについては、カ
オらが、ジャーナル・アプライド・フィジックス（Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ）５７（１９８５）ｐ．５４２８に
報告している。）これより、価電子帯エネルギー差ΔＥ
ｖによる正孔のパイルアップが緩和されるので、高速特
性が改善される。
明する。請求項３の発明の作用は、上記請求項１及び２
の作用に加えて、以下の作用がある。図３は、請求項３
の作用を説明するための図であり、増倍層のバンド図を
示す。前述のように、増倍層内に注入された正孔は、ヘ
テロ界面の価電子帯エネルギー差ΔＥｖにより衝突イオ
ン化が促進されるが、増倍井戸層から障壁層に遷移する
ときにはこのΔＥｖが障壁として働き、特に質量の重い
正孔にとっては、パイルアップの原因となる。本発明の
請求項３では、増倍井戸層に引っ張り応力が加えられて
いるので、層方向に垂直に走行する正孔の基底準位はラ
イトホールバンドとなり、正孔の質量がバルクのときと
比べて１／８程度に軽くなる（このことについては、カ
オらが、ジャーナル・アプライド・フィジックス（Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ）５７（１９８５）ｐ．５４２８に
報告している。）これより、価電子帯エネルギー差ΔＥ
ｖによる正孔のパイルアップが緩和されるので、高速特
性が改善される。
【００１５】次に、本発明の請求項４について説明す
る。請求項４の発明の作用は、上記請求項１及び２ある
いは３の作用に加えて、以下の作用がある。図４は、請
求項４の作用を説明するための図であり、光吸収層、電
界緩和層及び超格子増倍層のバンド図を示す。本発明の
素子構造は、前述のように光吸収層で発生した光キャリ
アの内、正孔のみを増倍層に注入する構造であるが、Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎＰ電界緩和層の界面の価電子
帯エネルギー差ΔＥｖは０．４ｅＶと大きい。ここで、
ＩｎＰ電界緩和層は光吸収層と超格子増倍層を分離さ
せ、ＩｎＧａＡｓ光吸収層でのトンネル暗電流の発生を
抑制する目的で挿入されている。それ故、この領域に印
加される電界は通常１５０ｋＶ／cm程度以下と小さく、
且つ、正孔の質量が電子のそれより８倍程度重いことを
考慮すると、この界面での正孔のパイルアップが懸念さ
れる。
る。請求項４の発明の作用は、上記請求項１及び２ある
いは３の作用に加えて、以下の作用がある。図４は、請
求項４の作用を説明するための図であり、光吸収層、電
界緩和層及び超格子増倍層のバンド図を示す。本発明の
素子構造は、前述のように光吸収層で発生した光キャリ
アの内、正孔のみを増倍層に注入する構造であるが、Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎＰ電界緩和層の界面の価電子
帯エネルギー差ΔＥｖは０．４ｅＶと大きい。ここで、
ＩｎＰ電界緩和層は光吸収層と超格子増倍層を分離さ
せ、ＩｎＧａＡｓ光吸収層でのトンネル暗電流の発生を
抑制する目的で挿入されている。それ故、この領域に印
加される電界は通常１５０ｋＶ／cm程度以下と小さく、
且つ、正孔の質量が電子のそれより８倍程度重いことを
考慮すると、この界面での正孔のパイルアップが懸念さ
れる。
【００１６】請求項４の発明では、この界面にＩｎＡｌ
ＧａＡｓ層あるいはＩｎＧａＡｓ層２０を挿入すること
により、この界面を階段状のバンド構造とし、正孔のパ
イルアップを緩和することができる。これより、高速特
性を改善することができる。
ＧａＡｓ層あるいはＩｎＧａＡｓ層２０を挿入すること
により、この界面を階段状のバンド構造とし、正孔のパ
イルアップを緩和することができる。これより、高速特
性を改善することができる。
【００１７】
【実施例】本発明の請求項１及び２の実施例について、
図面を用いて詳細に説明する。
図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】図５は、本発明の一実施例により形成され
たアバランシェ増倍型受光素子の断面図である。構造と
しては、まず、ＩｎＰ基板１上にｎ+ 型ＩｎＰバッファ
層２を０．３μm 、ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を
０．９μm 、ｎ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１８を０．１μm
、ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子増倍層１９
を０．２μm 、そしてｎ- 型ＩｎＰキャップ層２１を
２．５μm 積層する。ここで、上記ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧ
ａＡｓ超格子構造の障壁層と井戸層の膜厚は、それぞれ
１２０オングストローム及び８０オングストロームであ
る。その後、ｐ- 型２重ガードリング構造２２をＢｅの
２重注入（加速電圧１１０ｋＶ、ドーズ量５×１０13cm
-2と、加速電圧６０ｋＶ、ドーズ量３×１０13cm-2）と
７００℃、２０分のアニールにより作製し、ｐ+ 型受光
領域１６はＣｄ3 Ｐ2 を拡散源とした５７０℃でのＣｄ
拡散により作製した。さらに、パッシベーション膜とし
て表面にＳｉＮｘ膜９を１５００オングストローム堆積
させ、ｎ側電極１０として、ＡｕＧｅ／Ｎｉを１５００
オングストローム、ＴｉＰｔＡｕを５００オングストロ
ーム堆積する。また、ｐ側電極１１として、ＡｕＺｎを
１５００オングストローム堆積することにより、素子構
造を完成する。
たアバランシェ増倍型受光素子の断面図である。構造と
しては、まず、ＩｎＰ基板１上にｎ+ 型ＩｎＰバッファ
層２を０．３μm 、ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を
０．９μm 、ｎ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１８を０．１μm
、ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子増倍層１９
を０．２μm 、そしてｎ- 型ＩｎＰキャップ層２１を
２．５μm 積層する。ここで、上記ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧ
ａＡｓ超格子構造の障壁層と井戸層の膜厚は、それぞれ
１２０オングストローム及び８０オングストロームであ
る。その後、ｐ- 型２重ガードリング構造２２をＢｅの
２重注入（加速電圧１１０ｋＶ、ドーズ量５×１０13cm
-2と、加速電圧６０ｋＶ、ドーズ量３×１０13cm-2）と
７００℃、２０分のアニールにより作製し、ｐ+ 型受光
領域１６はＣｄ3 Ｐ2 を拡散源とした５７０℃でのＣｄ
拡散により作製した。さらに、パッシベーション膜とし
て表面にＳｉＮｘ膜９を１５００オングストローム堆積
させ、ｎ側電極１０として、ＡｕＧｅ／Ｎｉを１５００
オングストローム、ＴｉＰｔＡｕを５００オングストロ
ーム堆積する。また、ｐ側電極１１として、ＡｕＺｎを
１５００オングストローム堆積することにより、素子構
造を完成する。
【００１９】上述した素子構造のもとで、作用に述べた
原理により、正孔のイオン化が誇張され、実行イオン化
率比（β／α比）５、最大帯域１５ＧＨｚ、利得帯域幅
積１２０ＧＨｚ、また量子効率７０％の低雑音・高速応
答特性を有するアバランシェ増倍型半導体受光素子を実
現した。また本素子は、信頼性評価試験の結果、１０万
時間以上の長寿命を有していた。本発明による素子構造
は、具体的には、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ、ガスソースＭＢ
Ｅ等の結晶成長技術により、作製することができる。
原理により、正孔のイオン化が誇張され、実行イオン化
率比（β／α比）５、最大帯域１５ＧＨｚ、利得帯域幅
積１２０ＧＨｚ、また量子効率７０％の低雑音・高速応
答特性を有するアバランシェ増倍型半導体受光素子を実
現した。また本素子は、信頼性評価試験の結果、１０万
時間以上の長寿命を有していた。本発明による素子構造
は、具体的には、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ、ガスソースＭＢ
Ｅ等の結晶成長技術により、作製することができる。
【００２０】本発明の請求項３の実施例について、図面
を用いて詳細に説明する。図６は、本発明の一実施例に
より形成されたアバランシェ増倍型受光素子の断面図で
ある。構造としては、まず、ＩｎＰ基板１上にｎ+ 型Ｉ
ｎＰバッファ層２を０．３μm 、ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ光
吸収層１３を０．９μm 、ｎ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１８
を０．１μm 、ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪超格
子増倍層２３を０．２μm 、そしてｎ- 型ＩｎＰキャッ
プ層２１を２．５μm 堆積する。ここで、上記ＩｎＰ／
ＩｎＡｌＧａＡｓ歪超格子構造の障壁層と井戸層の膜厚
は、それぞれ１２０オングストローム及び８０オングス
トロームであり、且つ、該増倍井戸層には１．５％の引
っ張り歪が印加されている。その後、ｐ- 型２重ガード
リング構造２２をＢｅの２重注入（加速電圧１１０ｋ
Ｖ、ドーズ量５×１０13cm-2と、加速電圧６０ｋＶ、ド
ーズ量３×１０13cm-2）と７００℃、２０分のアニール
により作製し、ｐ+ 型受光領域１６はＣｄ3 Ｐ2 を拡散
源とした５７０℃でのＣｄ拡散により作製した。さら
に、パッシベーション膜として表面にＳｉＮｘ膜９を１
５００オングストローム堆積させ、ｎ側電極１０とし
て、ＡｕＧｅ／Ｎｉを１５００オングストローム、Ｔｉ
ＰｔＡｕを５００オングストローム堆積する。また、ｐ
側電極１１として、ＡｕＺｎを１５００オングストロー
ム堆積することにより、素子構造を完成する。
を用いて詳細に説明する。図６は、本発明の一実施例に
より形成されたアバランシェ増倍型受光素子の断面図で
ある。構造としては、まず、ＩｎＰ基板１上にｎ+ 型Ｉ
ｎＰバッファ層２を０．３μm 、ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ光
吸収層１３を０．９μm 、ｎ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１８
を０．１μm 、ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪超格
子増倍層２３を０．２μm 、そしてｎ- 型ＩｎＰキャッ
プ層２１を２．５μm 堆積する。ここで、上記ＩｎＰ／
ＩｎＡｌＧａＡｓ歪超格子構造の障壁層と井戸層の膜厚
は、それぞれ１２０オングストローム及び８０オングス
トロームであり、且つ、該増倍井戸層には１．５％の引
っ張り歪が印加されている。その後、ｐ- 型２重ガード
リング構造２２をＢｅの２重注入（加速電圧１１０ｋ
Ｖ、ドーズ量５×１０13cm-2と、加速電圧６０ｋＶ、ド
ーズ量３×１０13cm-2）と７００℃、２０分のアニール
により作製し、ｐ+ 型受光領域１６はＣｄ3 Ｐ2 を拡散
源とした５７０℃でのＣｄ拡散により作製した。さら
に、パッシベーション膜として表面にＳｉＮｘ膜９を１
５００オングストローム堆積させ、ｎ側電極１０とし
て、ＡｕＧｅ／Ｎｉを１５００オングストローム、Ｔｉ
ＰｔＡｕを５００オングストローム堆積する。また、ｐ
側電極１１として、ＡｕＺｎを１５００オングストロー
ム堆積することにより、素子構造を完成する。
【００２１】上述した素子構造のもとで、作用に述べた
原理により、正孔のイオン化が誇張され、実行イオン化
率比（β／α比）５、最大帯域１７ＧＨｚ、利得帯域幅
積１２５ＧＨｚ、また量子効率７０％の低雑音・高速応
答特性を有するアバランシェ増倍型半導体受光素子を実
現した。また本素子は、信頼性評価試験の結果、１０万
時間以上の長寿命を有していた。本発明による素子構造
は、具体的には、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ、ガスソースＭＢ
Ｅ等の結晶成長技術により、作製することができる。
原理により、正孔のイオン化が誇張され、実行イオン化
率比（β／α比）５、最大帯域１７ＧＨｚ、利得帯域幅
積１２５ＧＨｚ、また量子効率７０％の低雑音・高速応
答特性を有するアバランシェ増倍型半導体受光素子を実
現した。また本素子は、信頼性評価試験の結果、１０万
時間以上の長寿命を有していた。本発明による素子構造
は、具体的には、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ、ガスソースＭＢ
Ｅ等の結晶成長技術により、作製することができる。
【００２２】本発明の請求項４の実施例について、図面
を用いて詳細に説明する。図７は、本発明の一実施例に
より形成されたアバランシェ増倍型受光素子の断面図で
ある。構造としては、まず、ＩｎＰ基板１上にｎ+ 型Ｉ
ｎＰバッファ層２を０．３μm 、ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ光
吸収層１３を０．９μm 、ｎ- 型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ａｓ
0.25Ｐ0.75正孔パイルアップ緩和層２０を５００オング
ストローム、ｎ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１８を０．１μm
、ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子増倍層１９
を０．２μm 、そしてｎ- 型ＩｎＰキャップ層２１を
２．５μm 堆積する。ここで、上記ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧ
ａＡｓ超格子構造の障壁層と井戸層の膜厚は、それぞれ
１２０オングストローム及び８０オングストロームであ
る。その後、２重ガードリング構造２２をＢｅの２重注
入（加速電圧１１０ｋＶ、ドーズ量５×１０13cm-2と、
加速電圧６０ｋＶ、ドーズ量３×１０13cm-2）と７００
℃、２０分のアニールにより作製し、ｐ+ 型受光領域１
６はＣｄ3 Ｐ2 を拡散源とした５７０℃でのＣｄ拡散に
より作製した。さらに、パッシベーション膜として表面
にＳｉＮｘ膜９を１５００オングストローム堆積させ、
ｎ側電極１０として、ＡｕＧｅ／Ｎｉを１５００オング
ストローム、ＴｉＰｔＡｕを５００オングストローム堆
積する。また、ｐ側電極１１として、ＡｕＺｎを１５０
０オングストローム堆積することにより、素子構造を完
成する。
を用いて詳細に説明する。図７は、本発明の一実施例に
より形成されたアバランシェ増倍型受光素子の断面図で
ある。構造としては、まず、ＩｎＰ基板１上にｎ+ 型Ｉ
ｎＰバッファ層２を０．３μm 、ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ光
吸収層１３を０．９μm 、ｎ- 型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ａｓ
0.25Ｐ0.75正孔パイルアップ緩和層２０を５００オング
ストローム、ｎ+ 型ＩｎＰ電界緩和層１８を０．１μm
、ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子増倍層１９
を０．２μm 、そしてｎ- 型ＩｎＰキャップ層２１を
２．５μm 堆積する。ここで、上記ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧ
ａＡｓ超格子構造の障壁層と井戸層の膜厚は、それぞれ
１２０オングストローム及び８０オングストロームであ
る。その後、２重ガードリング構造２２をＢｅの２重注
入（加速電圧１１０ｋＶ、ドーズ量５×１０13cm-2と、
加速電圧６０ｋＶ、ドーズ量３×１０13cm-2）と７００
℃、２０分のアニールにより作製し、ｐ+ 型受光領域１
６はＣｄ3 Ｐ2 を拡散源とした５７０℃でのＣｄ拡散に
より作製した。さらに、パッシベーション膜として表面
にＳｉＮｘ膜９を１５００オングストローム堆積させ、
ｎ側電極１０として、ＡｕＧｅ／Ｎｉを１５００オング
ストローム、ＴｉＰｔＡｕを５００オングストローム堆
積する。また、ｐ側電極１１として、ＡｕＺｎを１５０
０オングストローム堆積することにより、素子構造を完
成する。
【００２３】上述した素子構造のもとで、作用に述べた
原理により、正孔のイオン化が誇張され、実行イオン化
率比（β／α比）５、最大帯域１６ＧＨｚ、利得帯域幅
積１２３ＧＨｚ、また量子効率７０％の低雑音・高速応
答特性を有するアバランシェ増倍型半導体受光素子を実
現した。また本素子は、信頼性評価試験の結果、１０万
時間以上の長寿命を有していた。本発明による素子構造
は、具体的には、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ、ガスソースＭＢ
Ｅ等の結晶成長技術により、作製することができる。
原理により、正孔のイオン化が誇張され、実行イオン化
率比（β／α比）５、最大帯域１６ＧＨｚ、利得帯域幅
積１２３ＧＨｚ、また量子効率７０％の低雑音・高速応
答特性を有するアバランシェ増倍型半導体受光素子を実
現した。また本素子は、信頼性評価試験の結果、１０万
時間以上の長寿命を有していた。本発明による素子構造
は、具体的には、ＭＯＶＰＥ、ＭＢＥ、ガスソースＭＢ
Ｅ等の結晶成長技術により、作製することができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明による半導体受光素子は、長距離
光通信に使用される１μm 帯の受光素子において、高感
度・高速特性を有し、且つ、高信頼性を有する素子を提
供することができる。
光通信に使用される１μm 帯の受光素子において、高感
度・高速特性を有し、且つ、高信頼性を有する素子を提
供することができる。
【図１】本発明の請求項１及び２の作用を説明するため
の図である。
の図である。
【図２】本発明の請求項１及び２の作用を説明するため
の図である。
の図である。
【図３】本発明の請求項３の作用を説明するための図で
ある。
ある。
【図４】本発明の請求項４の作用を説明するための図で
ある。
ある。
【図５】本発明の請求項１及び２の実施例を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図６】本発明の請求項３の実施例を説明するための図
である。
である。
【図７】本発明の請求項４の実施例を説明するための図
である。
である。
【図８】従来例のＩｎＧａＡｓ ＡＰＤの構造図であ
る。
る。
【図９】従来例の超格子ＡＰＤの構造図である。
１ ｎ型ＩｎＰ基板 ２ ｎ+ 型ＩｎＰバッファ層 ３ ｎ+ 型ＩｎＡｌＡｓバッファ層 ４ ｎ- 型ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子増倍
層 ５ ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層 ６ ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ７ ｐ+ 型ＩｎＰキャップ層 ８ ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ９ ＳｉＮｘパッシベーション膜 １０ ｎ側オーミック電極 １１ ｐ側オーミック電極 １２ 入射光 １３ ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １４ ｎ型ＩｎＰ増倍層 １５ ｎ型ＩｎＰキャップ層 １６ ｐ+ 型受光領域 １７ ｐ+ 型ガードリング領域 １８ ｎ+ 型ＩｎＰ電界緩和層 １９ ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子増倍層 ２０ ｎ- 型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ａｓ0.25Ｐ0.75正孔パイ
ルアップ緩和層 ２１ ｎ- 型ＩｎＰキャップ層 ２２ ｐ- 型２重ガードリング構造 ２３ ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪超格子増倍層
層 ５ ｐ+ 型ＩｎＰ電界緩和層 ６ ｐ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ７ ｐ+ 型ＩｎＰキャップ層 ８ ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ９ ＳｉＮｘパッシベーション膜 １０ ｎ側オーミック電極 １１ ｐ側オーミック電極 １２ 入射光 １３ ｎ- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １４ ｎ型ＩｎＰ増倍層 １５ ｎ型ＩｎＰキャップ層 １６ ｐ+ 型受光領域 １７ ｐ+ 型ガードリング領域 １８ ｎ+ 型ＩｎＰ電界緩和層 １９ ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ超格子増倍層 ２０ ｎ- 型Ｉｎ0.75Ｇａ0.25Ａｓ0.25Ｐ0.75正孔パイ
ルアップ緩和層 ２１ ｎ- 型ＩｎＰキャップ層 ２２ ｐ- 型２重ガードリング構造 ２３ ｎ- 型ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪超格子増倍層
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板上に光吸収層及び増倍層を有す
る半導体受光素子において、該増倍層が超格子構造で形
成され、且つ、該超格子構造の伝導帯エネルギー差がほ
とんどないことを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】増倍層を構成する第一の半導体層がＩｎＰ
であり、且つ、第二の半導体層がＩｎＡｌＧａＡｓであ
り、且つ、該超格子構造の伝導帯エネルギー差がほとん
どないことを特徴とする請求項１記載の半導体受光素
子。 - 【請求項３】増倍層を形成する超格子構造の井戸層に引
っ張り歪が加えられていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の半導体受光素子。 - 【請求項４】光吸収層と増倍層の間に電界緩和層を有
し、光吸収層と電界緩和層の間にＩｎＡｌＧａＡｓある
いはＩｎＧａＡｓＰで形成された正孔パイルアップ緩和
層が挿入されていることを特徴とする請求項１または請
求項２または請求項３記載の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6138834A JP2739824B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6138834A JP2739824B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH088455A true JPH088455A (ja) | 1996-01-12 |
| JP2739824B2 JP2739824B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=15231311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6138834A Expired - Fee Related JP2739824B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2739824B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010272769A (ja) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Fujitsu Ltd | 太陽電池 |
| KR20180086667A (ko) * | 2017-01-23 | 2018-08-01 | 서울시립대학교 산학협력단 | 양자우물 구조를 채용한 광자 검출기 |
| CN112335059A (zh) * | 2018-07-11 | 2021-02-05 | 斯坦福国际研究院 | 无过量噪声的线性模式雪崩光电二极管 |
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| JPS59163878A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
| JPH0282658A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-23 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
| JPH02119274A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-07 | Fujitsu Ltd | アバランシェフォトダイオード |
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| JPH05291609A (ja) * | 1992-04-07 | 1993-11-05 | Hitachi Ltd | 光半導体装置 |
| JPH06169100A (ja) * | 1992-11-30 | 1994-06-14 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
-
1994
- 1994-06-21 JP JP6138834A patent/JP2739824B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0282658A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-23 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2010272769A (ja) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Fujitsu Ltd | 太陽電池 |
| KR20180086667A (ko) * | 2017-01-23 | 2018-08-01 | 서울시립대학교 산학협력단 | 양자우물 구조를 채용한 광자 검출기 |
| CN112335059A (zh) * | 2018-07-11 | 2021-02-05 | 斯坦福国际研究院 | 无过量噪声的线性模式雪崩光电二极管 |
| EP3821472A4 (en) * | 2018-07-11 | 2022-03-02 | SRI International | LINEAR MODE AVALANCHE PHOTODIODES WITHOUT EXCESSIVE NOISE |
Also Published As
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|---|---|
| JP2739824B2 (ja) | 1998-04-15 |
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Legal Events
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