JPS61170079A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
- Publication number
- JPS61170079A JPS61170079A JP60010471A JP1047185A JPS61170079A JP S61170079 A JPS61170079 A JP S61170079A JP 60010471 A JP60010471 A JP 60010471A JP 1047185 A JP1047185 A JP 1047185A JP S61170079 A JPS61170079 A JP S61170079A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light absorption
- region
- avalanche multiplication
- type
- Prior art date
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- Granted
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/225—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H10F30/2255—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers form heterostructures, e.g. SAM structures
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- Light Receiving Elements (AREA)
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】
（発明の技術分野）
本発明は、入射光を吸収してキャリアを発生する光吸収
領域と発生したキャリアを増倍するなだれ増倍領域とが
分離して形成された半導体受光素子に関する。
領域と発生したキャリアを増倍するなだれ増倍領域とが
分離して形成された半導体受光素子に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点）
波長１．０〜１．６μｍ帯の半導体受光素子として、雑
音・暗電流特性の劣るＧｅを用いたアバランシェ・ホト
・ダイオード（ＡＰＤ）に代わり、Ｉ ｎＧａＡｓを用
いたＡＰＤが注目されている。
音・暗電流特性の劣るＧｅを用いたアバランシェ・ホト
・ダイオード（ＡＰＤ）に代わり、Ｉ ｎＧａＡｓを用
いたＡＰＤが注目されている。
ところが禁制帯幅の狭いＩｎＧａＡＳは、高電界をかけ
るとなだれ増倍によるアバランシェ降伏よりもトンネル
効果によるツェナー降伏を起こし易く、これだけでは低
暗電流の良好な特性をもつＡＰＤを実現することができ
ない。この欠点を解決するため、光吸収はＩ ｎＧａＡ
ｓ層で行ない、なだれ増倍は禁制帯幅の広い１ｎＰやＡ
ａＩｎＡＳ層で行なうようにした光吸収領域となだれ増
倍領域分離型のＡＰＤ （ＡＰＤ ｗｉｔｈ ５ｅｐ
ａｒａｔｅｄ ａｂｓｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ １ｕｌ
ｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｏｉｏｎｓ 、以下Ｓ
ＡＭ−ＡＰＤと略称）が提案されている。
るとなだれ増倍によるアバランシェ降伏よりもトンネル
効果によるツェナー降伏を起こし易く、これだけでは低
暗電流の良好な特性をもつＡＰＤを実現することができ
ない。この欠点を解決するため、光吸収はＩ ｎＧａＡ
ｓ層で行ない、なだれ増倍は禁制帯幅の広い１ｎＰやＡ
ａＩｎＡＳ層で行なうようにした光吸収領域となだれ増
倍領域分離型のＡＰＤ （ＡＰＤ ｗｉｔｈ ５ｅｐ
ａｒａｔｅｄ ａｂｓｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ １ｕｌ
ｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｏｉｏｎｓ 、以下Ｓ
ＡＭ−ＡＰＤと略称）が提案されている。
しかしながらこのＳＡＭ−ＡＰＤにおいても未だ解決す
べき問題がある。即ち、逆バイアス電圧の小さい低増倍
率動作では、光吸収領域の空乏化が不完全であって量子
効率が低く、また応答速度も低い。一方、逆バイアスを
十分大きくした高増倍率動作においては、トンネル電流
の増大による暗電流の増大が見られ、またなだれ増倍に
起因する過剰雑音の増大が見られる。これらの問題を図
面を用いて少し詳しく説明する。
べき問題がある。即ち、逆バイアス電圧の小さい低増倍
率動作では、光吸収領域の空乏化が不完全であって量子
効率が低く、また応答速度も低い。一方、逆バイアスを
十分大きくした高増倍率動作においては、トンネル電流
の増大による暗電流の増大が見られ、またなだれ増倍に
起因する過剰雑音の増大が見られる。これらの問題を図
面を用いて少し詳しく説明する。
第５図は従来のＩｎＧａＡＳ／ＩｎＰを用いたＳＡＭ−
ＡＰＤの代表的構造例である。この構造は、ｎ＋型１ｎ
Ｐ基板３０１上にｎ−型１ ｎＧａＡｓ光吸収層３０２
、ｎ型１ｎＧａＡｓＰバンド障壁緩和層３０３、ｎ！１
ＩｎＰなだれ増倍層３０４、ｎ−型ＩｎＰエツジブレー
クダウン防止用低キャリア濃度層３０５を順次エピタキ
シャル成長し、Ｂｅ＋イオン注入注入ｐ−ガードリング
層３０６ｄ拡拡散型型層３０７形成し、上下の電極３０
８．３０９と無反射コート層３１０を形成して実現され
る。
ＡＰＤの代表的構造例である。この構造は、ｎ＋型１ｎ
Ｐ基板３０１上にｎ−型１ ｎＧａＡｓ光吸収層３０２
、ｎ型１ｎＧａＡｓＰバンド障壁緩和層３０３、ｎ！１
ＩｎＰなだれ増倍層３０４、ｎ−型ＩｎＰエツジブレー
クダウン防止用低キャリア濃度層３０５を順次エピタキ
シャル成長し、Ｂｅ＋イオン注入注入ｐ−ガードリング
層３０６ｄ拡拡散型型層３０７形成し、上下の電極３０
８．３０９と無反射コート層３１０を形成して実現され
る。
第６図はこのＳＡＭ−ＡＰＤの動作原理を説明するため
のバンド構造図である。図中、実線は逆バイアス電圧を
大きくした高増倍率使用時であり、破線は逆バイアス電
圧の小さい低増倍率使用時である。このＳＡＭ−ＡＰＤ
では、逆バイアス電圧を加えて行くと先ずなだれ増倍層
３０４が空乏化し、空乏層が光吸収層３０２に達した後
光吸収層３０２の空乏化が起こる。そして光吸収層３０
２の空乏層で発生した光励起キャリアのうち電子は電界
によりＩｎＰ基板３０１へ抜け、正孔はなだれ増倍層３
０４ヘトリフトして増倍を受ける。このとき低増倍率使
用の状態では、光吸収層３０２が十分に空乏化せず、空
乏層端から正孔の拡散長以上間れた点で発生した正孔は
電流として外部へ取り出される前に再結合して消滅する
ので、量子効率が低くなってしまう。また光吸収層３０
２が十分空乏化していない状態で空乏層外で発生した正
孔は空乏層端に達するまでは拡散により律速されるから
、この拡散電流が多い低増倍率使用時は応答速度が遅い
ものとなる。また光吸収層３０２となだれ増倍層３０４
の間にはへテロ接合が存在する。ヘテロ接合近傍の電界
が十分轟ければ、正孔は電界から大きい運動エネルギを
得るのでこのヘテロ接合のバンド障壁を越えることがで
きる。
のバンド構造図である。図中、実線は逆バイアス電圧を
大きくした高増倍率使用時であり、破線は逆バイアス電
圧の小さい低増倍率使用時である。このＳＡＭ−ＡＰＤ
では、逆バイアス電圧を加えて行くと先ずなだれ増倍層
３０４が空乏化し、空乏層が光吸収層３０２に達した後
光吸収層３０２の空乏化が起こる。そして光吸収層３０
２の空乏層で発生した光励起キャリアのうち電子は電界
によりＩｎＰ基板３０１へ抜け、正孔はなだれ増倍層３
０４ヘトリフトして増倍を受ける。このとき低増倍率使
用の状態では、光吸収層３０２が十分に空乏化せず、空
乏層端から正孔の拡散長以上間れた点で発生した正孔は
電流として外部へ取り出される前に再結合して消滅する
ので、量子効率が低くなってしまう。また光吸収層３０
２が十分空乏化していない状態で空乏層外で発生した正
孔は空乏層端に達するまでは拡散により律速されるから
、この拡散電流が多い低増倍率使用時は応答速度が遅い
ものとなる。また光吸収層３０２となだれ増倍層３０４
の間にはへテロ接合が存在する。ヘテロ接合近傍の電界
が十分轟ければ、正孔は電界から大きい運動エネルギを
得るのでこのヘテロ接合のバンド障壁を越えることがで
きる。
しかし電界が低いと、正孔はこのバンド障壁部に一度滞
留し、トンネル効果や熱励起によりゆっくりと障壁を越
えて行くことになり、これも低増倍率使用時の応答速度
低下の原因となっている。正孔のバンド障壁部への滞留
を避けるためのへテロ接合部の電界値は、ＩｎＧａＡＳ
／ＩｎＧａＡＳＰ接合で５０〜１４０ｋｖ／３以上、Ｉ
ｎＧａＡＳＰ／ＩｎＰ接合で１００〜２２０ｋＶ／ｃ
ｓ＋以上必要であることが知られている。
留し、トンネル効果や熱励起によりゆっくりと障壁を越
えて行くことになり、これも低増倍率使用時の応答速度
低下の原因となっている。正孔のバンド障壁部への滞留
を避けるためのへテロ接合部の電界値は、ＩｎＧａＡＳ
／ＩｎＧａＡＳＰ接合で５０〜１４０ｋｖ／３以上、Ｉ
ｎＧａＡＳＰ／ＩｎＰ接合で１００〜２２０ｋＶ／ｃ
ｓ＋以上必要であることが知られている。
一方、Ｉ ｎＧａＡｓやＩｎＧａＡＳＰは禁制帯幅が小
さいため、高い逆バイアス電圧を印加した高増倍率使用
時にはトンネル効果による暗電流が増加する。またＩ
ｎＧａＡｓや１ｎＧａＡｓｐＨでの正孔のなだれ増倍は
大きい過剰雑喬を発生することも知られている。そして
Ｉ ｎＧａＡｓ層や１ｎＱａＡｓＰ層でのトンネル電流
の発生やなだれ増倍を起こさないためには、各層の最大
電界即ちヘテロ界面電界をそれぞれ２００〜２５０ｋＶ
／ ｃｔｘ以下、３５０〜４００ｋＶ／ｃａ＋以下に抑
えなければならないことが知られている。このように各
ヘテロ接合の電界値には高速低電流かつ低雑音動作のた
めの許容範囲が存在するが、その範囲は十分広いもので
はないため、第５図の従来の構造では増倍率の広い範囲
に渡ってヘテロ接合電界をこの許容範囲に納めることが
できな、かった。
さいため、高い逆バイアス電圧を印加した高増倍率使用
時にはトンネル効果による暗電流が増加する。またＩ
ｎＧａＡｓや１ｎＧａＡｓｐＨでの正孔のなだれ増倍は
大きい過剰雑喬を発生することも知られている。そして
Ｉ ｎＧａＡｓ層や１ｎＱａＡｓＰ層でのトンネル電流
の発生やなだれ増倍を起こさないためには、各層の最大
電界即ちヘテロ界面電界をそれぞれ２００〜２５０ｋＶ
／ ｃｔｘ以下、３５０〜４００ｋＶ／ｃａ＋以下に抑
えなければならないことが知られている。このように各
ヘテロ接合の電界値には高速低電流かつ低雑音動作のた
めの許容範囲が存在するが、その範囲は十分広いもので
はないため、第５図の従来の構造では増倍率の広い範囲
に渡ってヘテロ接合電界をこの許容範囲に納めることが
できな、かった。
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、なだれ増倍
率を大きくして高速、高感度でかつ低暗電流、低雑音の
動作を可能とした半導体受光素子を提供することを目的
とする。
率を大きくして高速、高感度でかつ低暗電流、低雑音の
動作を可能とした半導体受光素子を提供することを目的
とする。
本発明は、光励起キャリアを発生する光吸収領域と発生
したキャリアを増倍するなだれ増倍領域を分離して形成
したＳＡＭ−ＡＰＤにおいて、光吸収領域となだれ増倍
領域の間に、外部電圧を印加するための接続端子を設け
たことを特徴とする。
したキャリアを増倍するなだれ増倍領域を分離して形成
したＳＡＭ−ＡＰＤにおいて、光吸収領域となだれ増倍
領域の間に、外部電圧を印加するための接続端子を設け
たことを特徴とする。
本発明によれば、光吸収領域やヘテロ接合界面にかかる
電界を最適状態に保ったまま、なだれ増倍領域にかかる
電界、即ち増倍率を制御することができる。この結果、
なだれ増倍率の大きさに拘らず、高速・高感度で低暗電
流・低雑音の動作をするＳＡＭ−ＡＰＤが得られる。
電界を最適状態に保ったまま、なだれ増倍領域にかかる
電界、即ち増倍率を制御することができる。この結果、
なだれ増倍率の大きさに拘らず、高速・高感度で低暗電
流・低雑音の動作をするＳＡＭ−ＡＰＤが得られる。
以下本発明の詳細な説明する。
第１図は一実施例の、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡＳを用いたＳ
ＡＭ−ＡＰＤである。この素子は、ｐ＋型ＩｎＰ基板１
にｎ型１ｎＰなだれ増倍層２．ｎ型１ ｎ １−Ｘ Ｇ
ａｘＡ Ｓ ｙ Ｐｉ−ｙバンドギャップ緩和層３．
ｎ＋型Ｉ ｎ＋−ｕ Ｇａｕ ＡＳｖ Ｐｇ−ｖ高キャ
リア濃度層４．ｎ−型Ｉ ｎｌ−ａ Ｇ ａｓ Ａ Ｓ
ｔ Ｐｌ−を対電子バリア層５．ｎ−型１ ｎｏ、ｓ
ｓ Ｇ ａｏ、＋ｔＡｓ光吸収層５．ｎ＋型ＩｎＰキャ
ップ層７を順次エピタキシャル成長させたウェーハを用
いて形成される。ここで、Ｕ≧Ｘ、Ｓである。パッドギ
ャップ緩和層３．高キャリア濃度層４．対電子バリア層
５は積層方向に階段接合を構成するものであっても良い
し、グレーディッドな組成をもつものであってもよい。
ＡＭ−ＡＰＤである。この素子は、ｐ＋型ＩｎＰ基板１
にｎ型１ｎＰなだれ増倍層２．ｎ型１ ｎ １−Ｘ Ｇ
ａｘＡ Ｓ ｙ Ｐｉ−ｙバンドギャップ緩和層３．
ｎ＋型Ｉ ｎ＋−ｕ Ｇａｕ ＡＳｖ Ｐｇ−ｖ高キャ
リア濃度層４．ｎ−型Ｉ ｎｌ−ａ Ｇ ａｓ Ａ Ｓ
ｔ Ｐｌ−を対電子バリア層５．ｎ−型１ ｎｏ、ｓ
ｓ Ｇ ａｏ、＋ｔＡｓ光吸収層５．ｎ＋型ＩｎＰキャ
ップ層７を順次エピタキシャル成長させたウェーハを用
いて形成される。ここで、Ｕ≧Ｘ、Ｓである。パッドギ
ャップ緩和層３．高キャリア濃度層４．対電子バリア層
５は積層方向に階段接合を構成するものであっても良い
し、グレーディッドな組成をもつものであってもよい。
このようなウェーハに、図示のような二段メサエッチン
グを施し、基板１裏面にｎ側オーミック電極８．ｎ＋型
１ｎＰキャップ層７の一部にｎ側オーミック電極９を形
成し、メサ中段の高キャリア濃度層４になだれ増倍領域
・光吸収領域共通のオーミック電極１０を形成し、更に
ｎ＋型１ｎＰキャップ１１７の光入射部に無反射コート
！！！１１を形成して素子が完成する。
グを施し、基板１裏面にｎ側オーミック電極８．ｎ＋型
１ｎＰキャップ層７の一部にｎ側オーミック電極９を形
成し、メサ中段の高キャリア濃度層４になだれ増倍領域
・光吸収領域共通のオーミック電極１０を形成し、更に
ｎ＋型１ｎＰキャップ１１７の光入射部に無反射コート
！！！１１を形成して素子が完成する。
高キャリア濃度層４は、外部接続端子である電極１０を
介して光吸収層６となだれ増倍１１２にそれぞれ独立に
外部電圧を印加することができるようにするために設け
られている。対電子バリア層５は、高キャリア濃度層４
を設けた結果この高キヤリア層の多数キャリアである電
子が光吸収！Ｉ６へ注入されるのを防ぐための障壁を構
成するものである。上記の例ではｎ−型としたが、ｐ−
型としても支障はない。パッドギャップ緩和層３は、＾
キャリア濃度Ｗ４となだれ増倍層２の間の禁制帯幅の差
により生じるエネルギ障壁を緩和し、光吸収層６からの
光励起キャリアである正孔の滞留を防止するためのもの
である。
介して光吸収層６となだれ増倍１１２にそれぞれ独立に
外部電圧を印加することができるようにするために設け
られている。対電子バリア層５は、高キャリア濃度層４
を設けた結果この高キヤリア層の多数キャリアである電
子が光吸収！Ｉ６へ注入されるのを防ぐための障壁を構
成するものである。上記の例ではｎ−型としたが、ｐ−
型としても支障はない。パッドギャップ緩和層３は、＾
キャリア濃度Ｗ４となだれ増倍層２の間の禁制帯幅の差
により生じるエネルギ障壁を緩和し、光吸収層６からの
光励起キャリアである正孔の滞留を防止するためのもの
である。
第１図には、本実施例の素子を動作させるための外部結
線の一例を示している。光吸収Ｈ６やへテロ接合界面に
かかる電界は電極９と１０の間に挿入された電圧源１２
により制御される。なだれ増倍Ｗ２にかかる電界は電極
８と１０の間に挿入された電圧源１３により制御される
。光信号に比例する出力は電圧源１３に直列に接続され
た抵抗１４の両端電圧として取り出される。
線の一例を示している。光吸収Ｈ６やへテロ接合界面に
かかる電界は電極９と１０の間に挿入された電圧源１２
により制御される。なだれ増倍Ｗ２にかかる電界は電極
８と１０の間に挿入された電圧源１３により制御される
。光信号に比例する出力は電圧源１３に直列に接続され
た抵抗１４の両端電圧として取り出される。
第２図は本実施例の素子の動作を説明するためのバンド
構造図である。実線は高増倍率使用時であり、破線は低
増倍率使用時である。第５図に示した従来例と異なり、
光吸収層６にはいずれの動作時にもほぼ一定の電界がか
かる。高キャリア濃度層４の多数キャリアである電子は
、ｎ”ｎ−接合で生じるバンドの曲りと対電子バリア層
５との間のへテロ・バンド障壁のために光吸収層６へは
流れない。無反射コート１１１１と透明なＩｎＰキャッ
プｌＩ７を通して入射した光゛ｈνは光吸収！！６で吸
収され、光励起キャリアを発生する。このうち電子はキ
ャップ１１７から電極９へと流れ、正孔は対電子バリア
層５を通って高キャリア濃度！４へ注入される。高キャ
リア濃度層４には多数の電子が存在するが、光吸収層６
と対電子バリア層５の電界で加速された正孔の大部分は
電子と再結合することなく、なだれ増倍層２へと注入さ
れる。
構造図である。実線は高増倍率使用時であり、破線は低
増倍率使用時である。第５図に示した従来例と異なり、
光吸収層６にはいずれの動作時にもほぼ一定の電界がか
かる。高キャリア濃度層４の多数キャリアである電子は
、ｎ”ｎ−接合で生じるバンドの曲りと対電子バリア層
５との間のへテロ・バンド障壁のために光吸収層６へは
流れない。無反射コート１１１１と透明なＩｎＰキャッ
プｌＩ７を通して入射した光゛ｈνは光吸収！！６で吸
収され、光励起キャリアを発生する。このうち電子はキ
ャップ１１７から電極９へと流れ、正孔は対電子バリア
層５を通って高キャリア濃度！４へ注入される。高キャ
リア濃度層４には多数の電子が存在するが、光吸収層６
と対電子バリア層５の電界で加速された正孔の大部分は
電子と再結合することなく、なだれ増倍層２へと注入さ
れる。
バンド障壁緩和！３は、禁制帯幅の大きいなだれ増倍層
２と禁制帯幅の小さい高キャリア濃度層５の間にできる
バンド障壁に正孔が滞留して電子と再結合することによ
る。なだれ増倍！！２への正孔の注入効率の低下を防止
する働きをする。光吸収層６からの正孔の大部分が電子
と再結合せず高キャリア濃度層４を通過するのは、高キ
ャリア濃度層４が正孔の拡散長より薄く、またなだれ増
倍層２の端部が正孔の吸込み口として働くためである。
２と禁制帯幅の小さい高キャリア濃度層５の間にできる
バンド障壁に正孔が滞留して電子と再結合することによ
る。なだれ増倍！！２への正孔の注入効率の低下を防止
する働きをする。光吸収層６からの正孔の大部分が電子
と再結合せず高キャリア濃度層４を通過するのは、高キ
ャリア濃度層４が正孔の拡散長より薄く、またなだれ増
倍層２の端部が正孔の吸込み口として働くためである。
これは、トランジスタでエミッタからベースに注入され
た少数キャリアがベースで殆ど再結合せずコレクタに到
達するのと同じ原理に基づく。なだれ増倍層２に注入さ
れた正孔はここでなだれ増倍を受け、ｐ＋型基板１に達
する。従って抵抗１４の両端には光入力に比例し、かつ
増倍をうけた電圧信号が得られることになる。。
た少数キャリアがベースで殆ど再結合せずコレクタに到
達するのと同じ原理に基づく。なだれ増倍層２に注入さ
れた正孔はここでなだれ増倍を受け、ｐ＋型基板１に達
する。従って抵抗１４の両端には光入力に比例し、かつ
増倍をうけた電圧信号が得られることになる。。
本実施例によれば、高層倍率使用時、低増倍率使用時い
ずれの場合にも高キャリア濃度層４とキャップ層７の間
の光吸収層６の電界分布とバンド構造を一定に保つこと
ができる。従って、増倍率の大きさに拘らず、光吸収層
やヘテロ接合界面の電界分布を最適化して、低雑音・低
暗電流でかつ高速・高感度の動作を行なうことができる
。またへテロ接合界面の電界を素子ごとに最適化できる
ため、製作プロセスの制御性に対する許容度を大きくと
ることができ、高性能の素子を歩留り良く作ることがで
きる。更になだれ増倍層の空乏層が高キャリア濃度層に
達する状態となるため、従来のものより低電圧で高い増
倍率を得ることができる、という利点もある。
ずれの場合にも高キャリア濃度層４とキャップ層７の間
の光吸収層６の電界分布とバンド構造を一定に保つこと
ができる。従って、増倍率の大きさに拘らず、光吸収層
やヘテロ接合界面の電界分布を最適化して、低雑音・低
暗電流でかつ高速・高感度の動作を行なうことができる
。またへテロ接合界面の電界を素子ごとに最適化できる
ため、製作プロセスの制御性に対する許容度を大きくと
ることができ、高性能の素子を歩留り良く作ることがで
きる。更になだれ増倍層の空乏層が高キャリア濃度層に
達する状態となるため、従来のものより低電圧で高い増
倍率を得ることができる、という利点もある。
第３図は、ヘテロ接合を用いないリーチスルー型５ｔ−
ＡＰＤに本発明を適用した実施例である。
ＡＰＤに本発明を適用した実施例である。
Ｓ：やＧｅなどのリーチスルー型ＡＰＤも、光吸収領域
となだれ増倍領域を分離して有しており、低増倍率では
光吸収領域が十分に空乏化せず、特性が劣化する。従っ
てこれに対しても本発明は有効である。第３図の素子は
、先ずｎ＋型Ｓｉ基板２０１にｐ−型層２０２を形成し
、その一部にイオン注入または拡散によりｐ型なだれ増
倍領域２０６を形成する。次にｐ０型高キャリア濃度層
２０３、Ｅ）−型光吸収層２０４． ｐ”型キャップ層
２０５を順次エピタキシャル成長し、その後、高キヤリ
ア濃度層電極取出し用ｐ＋型層２０７゜電１Ｉ２０８，
２０９，２１０．無反射コート層２１１、絶縁弁−離用
ＳｉＯ２埋込み層２１２などを形成して、ブレーナ構造
のＡＰＤが得られる。
となだれ増倍領域を分離して有しており、低増倍率では
光吸収領域が十分に空乏化せず、特性が劣化する。従っ
てこれに対しても本発明は有効である。第３図の素子は
、先ずｎ＋型Ｓｉ基板２０１にｐ−型層２０２を形成し
、その一部にイオン注入または拡散によりｐ型なだれ増
倍領域２０６を形成する。次にｐ０型高キャリア濃度層
２０３、Ｅ）−型光吸収層２０４． ｐ”型キャップ層
２０５を順次エピタキシャル成長し、その後、高キヤリ
ア濃度層電極取出し用ｐ＋型層２０７゜電１Ｉ２０８，
２０９，２１０．無反射コート層２１１、絶縁弁−離用
ＳｉＯ２埋込み層２１２などを形成して、ブレーナ構造
のＡＰＤが得られる。
第４図はこの素子の動作を説明するためのバンド構造図
である。動作原理は先の実施例の素子と同じで、高増倍
率で使用した時（実線）も低増倍率で使用した時（破線
）も光吸収層２０４の電界を一定に維持することができ
る。従って先の実施例と同様の効果が得られる。
である。動作原理は先の実施例の素子と同じで、高増倍
率で使用した時（実線）も低増倍率で使用した時（破線
）も光吸収層２０４の電界を一定に維持することができ
る。従って先の実施例と同様の効果が得られる。
本発明は上記実施例に限られるものではなく、その趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形実施することができる。
を逸脱しない範囲で種々変形実施することができる。
第１図は本発明の−実施例のＩｎＰ／ＩｎＧａＡＳを用
いたＳＡＭ−ＡＰＤを示す図、第２図は、その動作を説
明するためのバンド構造図、第３図は他の実施例のＳ
１−ＡＰＤを示す図、第４図はその動作を説明するため
の図、第５図は従来のＳＡＭ−ＡＰＤを示す図、第６図
はその動作を説明するためのバンド構造図である。 ｉ ・ｐ＋型１ｎＰ基板、２−ｎ Ｉ Ｉ ｎ Ｐなだ
れ増倍層、３・・・ｎ型１ｎＧａＡｓＰバンドギャップ
緩和層、４・・・ｎ＋型１ ｎＧａＡｓＰ高キャリア濃
度層、５・・・ｎ型１ｎＧａＡｓＰ対電子バリア層、６
・・・ｎ−型１ ｎＧａＡｓ光吸収層、７・・・ｎ＋型
ＩｎＰキャップ層、８．９．１０・・・オーミック電極
、１１・・・無反射コート層、１２．１３・・・電圧源
、１４・・・抵抗、１５・・・出力端子、２０１・・・
ｎ４″型５ｉ基板、２０２・・・ｐ−型層、２０３・・
・ｐ＋型高キャリア濃度層、２０４・・・ｐ−型光吸収
層、２０５・・・ｐ＋型キャップ層、２０６・・・なだ
れ増倍領域、２０７・・・電極取出し用ｐ＋型層、２０
８゜２０９．２１０・・・オーミック電極、２１１・・
・無反射コート層。 第１ｉ、Ｌ 第３図 第４図 Ｚ（Ｊｌ
いたＳＡＭ−ＡＰＤを示す図、第２図は、その動作を説
明するためのバンド構造図、第３図は他の実施例のＳ
１−ＡＰＤを示す図、第４図はその動作を説明するため
の図、第５図は従来のＳＡＭ−ＡＰＤを示す図、第６図
はその動作を説明するためのバンド構造図である。 ｉ ・ｐ＋型１ｎＰ基板、２−ｎ Ｉ Ｉ ｎ Ｐなだ
れ増倍層、３・・・ｎ型１ｎＧａＡｓＰバンドギャップ
緩和層、４・・・ｎ＋型１ ｎＧａＡｓＰ高キャリア濃
度層、５・・・ｎ型１ｎＧａＡｓＰ対電子バリア層、６
・・・ｎ−型１ ｎＧａＡｓ光吸収層、７・・・ｎ＋型
ＩｎＰキャップ層、８．９．１０・・・オーミック電極
、１１・・・無反射コート層、１２．１３・・・電圧源
、１４・・・抵抗、１５・・・出力端子、２０１・・・
ｎ４″型５ｉ基板、２０２・・・ｐ−型層、２０３・・
・ｐ＋型高キャリア濃度層、２０４・・・ｐ−型光吸収
層、２０５・・・ｐ＋型キャップ層、２０６・・・なだ
れ増倍領域、２０７・・・電極取出し用ｐ＋型層、２０
８゜２０９．２１０・・・オーミック電極、２１１・・
・無反射コート層。 第１ｉ、Ｌ 第３図 第４図 Ｚ（Ｊｌ
Claims (6)
- （１）光吸収領域となだれ増倍領域とが分離して形成さ
れた半導体受光素子において、前記光吸収領域となだれ
増倍領域の中間に外部接続端子を設けたことを特徴とす
る半導体受光素子。 - （２）前記外部接続端子を導出するための層として、前
記光吸収領域となだれ増倍領域の中間にこれら二領域と
同じ導電型の高キャリア濃度層を有する特許請求の範囲
第１項記載の半導体受光素子。 - （３）前記光吸収領域の主要部の禁制帯幅が前記なだれ
増倍領域のそれより小さい特許請求の範囲第１項記載の
半導体受光素子。 - （４）前記外部接続端子を導出するための層として、前
記光吸収領域となだれ増倍領域の中間にこれら二領域と
同じ導電型の高キャリア濃度層を有し、かつこの高キャ
リア濃度層の前記光吸収領域側の端部にこの高キャリア
濃度層の多数キャリアに対するエネルギ障壁を有する特
許請求の範囲第１項記載の半導体受光素子。 - （５）前記外部接続端子を導出するための層として、前
記光吸収領域となだれ増倍領域の中間にこれら二領域と
同じ導電型でその禁制帯幅がなだれ増倍領域のそれより
小さい高キャリア濃度層を有し、かつこれら高キャリア
濃度層となだれ増倍領域の間に両者の禁制帯幅の差によ
り生じるエネルギ障壁を緩和する領域を有する特許請求
の範囲第１項記載の半導体受光素子。 - （６）前記光吸収領域となだれ増倍領域の禁制帯幅が等
しい特許請求の範囲第１項記載の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60010471A JPH0732264B2 (ja) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60010471A JPH0732264B2 (ja) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61170079A true JPS61170079A (ja) | 1986-07-31 |
| JPH0732264B2 JPH0732264B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=11751055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60010471A Expired - Lifetime JPH0732264B2 (ja) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732264B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002203986A (ja) * | 2000-12-19 | 2002-07-19 | Korea Electronics Telecommun | アバランシェ光検出器 |
| US6534783B1 (en) * | 1989-12-27 | 2003-03-18 | Raytheon Company | Stacked multiple quantum well superlattice infrared detector |
| WO2005078809A1 (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nec Corporation | 半導体受光素子 |
| EP2856505A4 (en) * | 2012-05-29 | 2016-02-24 | Hewlett Packard Development Co | DEVICES WITH INDEPENDENTLY CONTROLLABLE ELECTRIC FIELDS OF AN ABSORPTION REGION AND MULTIPLICATION REGION |
| JP2017054911A (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | リコーイメージング株式会社 | 撮像素子および撮像装置 |
| JP2017168610A (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 日本電信電話株式会社 | 受光素子 |
| JP2018046224A (ja) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | 日本電信電話株式会社 | 受光素子の評価方法および評価用素子 |
| CN112531067A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-19 | 吉林大学 | 一种锗硅雪崩光电探测器 |
| US10978503B2 (en) | 2018-09-19 | 2021-04-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Light detection apparatus, photoelectric conversion system, and movable body |
-
1985
- 1985-01-23 JP JP60010471A patent/JPH0732264B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6534783B1 (en) * | 1989-12-27 | 2003-03-18 | Raytheon Company | Stacked multiple quantum well superlattice infrared detector |
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| US7560751B2 (en) | 2004-02-13 | 2009-07-14 | Nec Corporation | Semiconductor photo-detecting element |
| EP2856505A4 (en) * | 2012-05-29 | 2016-02-24 | Hewlett Packard Development Co | DEVICES WITH INDEPENDENTLY CONTROLLABLE ELECTRIC FIELDS OF AN ABSORPTION REGION AND MULTIPLICATION REGION |
| US9490385B2 (en) | 2012-05-29 | 2016-11-08 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Devices including independently controllable absorption region and multiplication region electric fields |
| JP2017054911A (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | リコーイメージング株式会社 | 撮像素子および撮像装置 |
| JP2017168610A (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 日本電信電話株式会社 | 受光素子 |
| JP2018046224A (ja) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | 日本電信電話株式会社 | 受光素子の評価方法および評価用素子 |
| US10978503B2 (en) | 2018-09-19 | 2021-04-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Light detection apparatus, photoelectric conversion system, and movable body |
| CN112531067A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-19 | 吉林大学 | 一种锗硅雪崩光电探测器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0732264B2 (ja) | 1995-04-10 |
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