JPH02100379A - Photo-detector - Google Patents

Photo-detector

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JPH02100379A
JPH02100379A JP63254200A JP25420088A JPH02100379A JP H02100379 A JPH02100379 A JP H02100379A JP 63254200 A JP63254200 A JP 63254200A JP 25420088 A JP25420088 A JP 25420088A JP H02100379 A JPH02100379 A JP H02100379A
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JP
Japan
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layer
light absorption
light
absorption layer
lattice constant
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Pending
Application number
JP63254200A
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Japanese (ja)
Inventor
Morio Wada
守夫 和田
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Optical Measurement Technology Development Co Ltd
Original Assignee
Optical Measurement Technology Development Co Ltd
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Publication date
Application filed by Optical Measurement Technology Development Co Ltd filed Critical Optical Measurement Technology Development Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To reduce absorption on the short-wave length side by a cap layer, and to extend a spectral responsivity wavelength range by forming the cap layer of AlyIn1-yAs having a composition, a lattice constant of which coincides with a light absorption layer. CONSTITUTION:A cap layer 5 is shaped of AlyIn1-yAs having a composition, a lattice constant of which agrees with a light absorption layer 4. That is, AlyIn1-yAs is used as the cap layer, thus transmitting a comparatively short wavelength through the light absorption layer, then spreading a spectral responsivity wavelength range to the short-wave length side. Minority carriers generated in the absorption layer cannot get over the barrier of a hetero-junction approximately, thus preventing the effect of surface recombination in the cap layer 5.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信、光計測その他に利用する。特に、1μ
mを越える長波長帯に分光感度をもつ受光素子に関する
。さらに詳しくは、I−V族生導体結晶のへテロ接合を
用いた受光素子の分光感度波長帯域の拡大に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is used in optical communication, optical measurement, and other fields. In particular, 1μ
The present invention relates to a light receiving element having spectral sensitivity in a long wavelength band exceeding m. More specifically, the present invention relates to expanding the spectral sensitivity wavelength band of a light receiving element using a heterojunction of an IV group bioconductor crystal.

〔概 要〕〔overview〕

本発明は、Gaxlnt−HAsを光吸収層として用い
た受光素子に右いて、 キャップ層に光吸収層と格子定数が一致する組成のA 
I! 、In、−yAsを用いることにより、キャップ
層による短波長側の吸収を低減して分光感度波長帯域を
拡大するものである。
The present invention provides a light-receiving element using Gaxlnt-HAs as a light absorption layer, in which the cap layer has an A of a composition whose lattice constant matches that of the light absorption layer.
I! , In, and -yAs are used to reduce absorption on the short wavelength side by the cap layer and expand the spectral sensitivity wavelength band.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

1μmを越える長波長帯に分光感度をもつ受光素子の材
料として、従来から、特殊な場合を除き、ゲルマニウム
Geあるいはガリウム・インジウム・ヒ素・リンGa1
nAsPが用いられている。特にGaXIn+−yAs
、P I−y (X 、’lは混晶比を示す)は、ソノ
混晶比を選択することにより、InP結晶と格子定数を
一致させた状態で、バンドギャップエネルギを変化させ
ることができる。これにより、InP結晶基板上に、は
ぼ1−1.7μsの波長帯において分光感度を示す光吸
収層をエピタキシャル成長させることができる。
Conventionally, except in special cases, germanium Ge or gallium, indium, arsenic, and phosphorus Ga1 have been used as materials for light receiving elements with spectral sensitivity in the long wavelength band exceeding 1 μm.
nAsP is used. Especially GaXIn+-yAs
, P I-y (X, 'l indicates the mixed crystal ratio), the band gap energy can be changed with the lattice constant matching that of the InP crystal by selecting the sono mixed crystal ratio. . Thereby, it is possible to epitaxially grow a light absorption layer exhibiting spectral sensitivity in a wavelength band of about 1-1.7 μs on the InP crystal substrate.

さらに、Gaxln+−KAsyP+−y光吸収層上に
InPキャップ層を形成した受光素子も知られている。
Furthermore, a light-receiving element in which an InP cap layer is formed on a Gaxln+-KAsyP+-y light absorption layer is also known.

このキャップ層は、光吸収層で発生した小数キャリアが
表面再結合により消失することを防止し、光電流の減少
を防止するためのものである。このキャップ層は、光吸
収層が分光感度を示す波長帯に対して透明なものが用い
られる。このような構造を用いることにより、最近では
、Ge受光素子よりも暗電流、周波数応答特性、増倍雑
音特性その他の電気的特性に優れ、しかも1.5JJB
より長波長側の分光感度特性に優れたGaxln+−+
1AsyP l−7受光素子が公知となっている。この
ような素子の例は、伊藤良−監修、「化合物半導体デバ
イスハンドブック」、■サイエンスフォーラム刊、昭和
61年9月20日発行 に示されている。
This cap layer is for preventing minority carriers generated in the light absorption layer from disappearing due to surface recombination and for preventing a decrease in photocurrent. This cap layer is transparent to the wavelength band in which the light absorption layer exhibits spectral sensitivity. Recently, by using such a structure, it has been found that it has better dark current, frequency response characteristics, multiplication noise characteristics, and other electrical characteristics than Ge photodetectors, and also has 1.5 JJB.
Gaxln+-+ with excellent spectral sensitivity characteristics on the longer wavelength side
1AsyP l-7 light receiving element is known. An example of such a device is shown in "Compound Semiconductor Device Handbook" edited by Ryo Ito, published by Science Forum, September 20, 1986.

特に、混晶比をx =0.47、y=1とした場合、す
なわちGao、 、フlno、 53ASの場合には、
InP結晶と格子定数を一致させたままで、最もバンド
ギャップエネルギを小さくできる。このときのバンドギ
ャップエネルギは室温で0゜75eVであり、約1.7
μmまでの波長に対して分光感度を示す。
In particular, when the mixed crystal ratio is set to x = 0.47 and y = 1, that is, in the case of Gao, , Fullno, 53AS,
The band gap energy can be minimized while keeping the lattice constant consistent with that of the InP crystal. The band gap energy at this time is 0°75 eV at room temperature, which is about 1.7
Shows spectral sensitivity to wavelengths up to μm.

また、Gaa、211rnO,’+2Asを光吸収層に
用いた受光素子が、 マキタ他、エレクトロニクス・レターズ、第24巻第7
号第379頁、1988年(K1M^にITA et 
al、。
In addition, a light-receiving element using Gaa, 211rnO,'+2As as a light absorption layer was published by Makita et al., Electronics Letters, Vol. 24, No. 7.
No. 379, 1988 (ITA et
al.

Blectron、Lett、、  24(7)、  
379  (1988))に提案されている。Gao、
 2elno、 t2Asのバンドギャップエネルギは
約0.55eVであり、この材料を用いることにより、
分光感度をさらに長波長側に広げることができる。
Blectron, Lett,, 24(7),
379 (1988)). Gao,
The bandgap energy of 2elno, t2As is about 0.55 eV, and by using this material,
Spectral sensitivity can be further extended to longer wavelengths.

第6図にマキタ他により提案された受光素子の断面構造
を示す。
FIG. 6 shows a cross-sectional structure of a light receiving element proposed by Makita et al.

基板結晶としては、InP基板1にInP層2を成長さ
せたものが用いられる。この基板結晶のInPと光吸収
層4′のGao、z@lno、 ?2ASとは格子定数
が一致しないので、これらの間には緩衝層3′が設けら
れる。緩衝層3′は、InAS、P+−yの混晶比yを
除々に変化させることにより、InP層2と光吸収層4
′との間の格子定数の不整合を吸収する。
As the substrate crystal, an InP substrate 1 on which an InP layer 2 is grown is used. InP of this substrate crystal and Gao of the light absorption layer 4', z@lno, ? Since the lattice constants do not match that of 2AS, a buffer layer 3' is provided between them. The buffer layer 3' is formed by gradually changing the mixed crystal ratio y of InAS and P+-y to form the InP layer 2 and the light absorption layer 4.
′ is absorbed.

光吸収層4′の上には、格子定数がこの光吸収層4′の
格子定数値と一致するInAso、 z3Po、8フキ
ャップ層5′が設けられる。このキャップ層5′内に亜
鉛拡散領域6′が設けられ、この亜鉛拡散領域6′の表
面にオーミック電極7が設けられる。
On the light absorption layer 4', an InAso, z3Po, 8-fucap layer 5' whose lattice constant matches the lattice constant value of the light absorption layer 4' is provided. A zinc diffusion region 6' is provided within this cap layer 5', and an ohmic electrode 7 is provided on the surface of this zinc diffusion region 6'.

オーミック電極7以外のキャップ層5′の表面は、反射
防止膜8により被覆される。基板結晶の裏側にもオーミ
ック電極9が設けられる。
The surface of the cap layer 5' other than the ohmic electrode 7 is covered with an antireflection film 8. An ohmic electrode 9 is also provided on the back side of the substrate crystal.

第7図は、Ga、M・In、・^Sの混晶比X′と格子
定数およびバンドギャップエネルギとの関係、ならびに
InAs、P+−yの混晶比yと格子定数との関係を示
す。この図では、見易さのため、上述した混晶比Xでは
なく、混晶比x’=l−xを用いた。
Figure 7 shows the relationship between the mixed crystal ratio X', lattice constant, and band gap energy of Ga, M.In, and .^S, and the relationship between the mixed crystal ratio y and lattice constant of InAs and P+-y. . In this figure, for ease of viewing, the mixed crystal ratio x'=l−x is used instead of the above-mentioned mixed crystal ratio X.

図かられかるように、InAsyPl−、の混晶比yを
0から0.33に変化させることにより、その格子定数
をInPの格子定数値からGao、 2alno、 t
□Asの格子定数値に変化させることができる。
As can be seen from the figure, by changing the mixed crystal ratio y of InAsyPl- from 0 to 0.33, its lattice constant can be changed from the lattice constant value of InP to Gao, 2alno, t
□It is possible to change the lattice constant value of As.

光吸収層としてGao、4tlno、 53ASを用い
た受光素子と、Gao、 2slno、 ?2ASを用
いた受光素子とについて、その相対量子効率を第4図に
示す。前者の素子については化合物半導体デバイスハン
ドブックから引用し、後者の素子については実測した値
を示す。
A light receiving element using Gao, 4tlno, 53AS as a light absorption layer, Gao, 2slno, ? FIG. 4 shows the relative quantum efficiency of the light receiving element using 2AS. The former element is quoted from the Compound Semiconductor Device Handbook, and the latter element is an actually measured value.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、Gao、iフinn、 s*Asを光吸収層と
して用いた受光素子では、例えば光通信で用いられる1
、55μs付近で分光感度が急激に劣化する欠点があっ
た。
However, in a light-receiving element using Gao, i-fin, or s*As as a light absorption layer, for example, 1
, there was a drawback that the spectral sensitivity deteriorated rapidly around 55 μs.

これは、この波長が、Gao、 4tlno、 53A
Sのバンドギャップエネルギに対応する吸収端に近いか
らである。しかも、1.55μm付近の波長では、バン
ドギャップエネルギの温度変化による吸収端の変化のた
めに、分光感度(光吸収係数)の温度依存性が大きくな
る欠点があった。
This means that this wavelength is Gao, 4tlno, 53A
This is because it is close to the absorption edge corresponding to the bandgap energy of S. Furthermore, at a wavelength around 1.55 μm, there is a drawback that the temperature dependence of the spectral sensitivity (light absorption coefficient) increases due to changes in the absorption edge due to temperature changes in the band gap energy.

また、Gao、 2slno、 72ASを光吸収層ト
シテ用イタ受光素子では、分光感度が長波長側に広がる
ものの、Gao、tlno、53ASを用いた場合に得
られる分光感度波長帯域に対して分光感度が低く、光通
信で使用されるもうひとつの波長帯、すなわち1゜3μ
0の波長帯を受光できない欠点があった。また、このよ
うな素子を製造する場合に、エピタキシャル成長時にお
ける組成制御のために、蒸気圧の高いAsとPとの制御
を同時に行う必要があり、製造工程が複雑となる欠点が
あった。
In addition, although the spectral sensitivity of Gao, 2slno, and 72AS in the light-absorbing layer is expanded toward longer wavelengths, the spectral sensitivity is lower than the spectral sensitivity wavelength band obtained when Gao, tlno, and 53AS are used. Another wavelength band used in optical communications is low, i.e. 1°3μ.
There was a drawback that it could not receive light in the 0 wavelength band. Furthermore, when manufacturing such a device, it is necessary to simultaneously control As and P, which have high vapor pressures, in order to control the composition during epitaxial growth, which has the disadvantage of complicating the manufacturing process.

本発明は、以上の問題点を解決し、分光感度波長帯域が
広く、しかも製造が容易な受光素子を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide a light-receiving element that has a wide spectral sensitivity wavelength band and is easy to manufacture.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の受光素子は、光吸収層にGa、In+ llA
sを用い、キャップ層に、光吸収層と格子定数が一致す
る組成のAβylnl−yAsを用いたことを特徴とす
る。
The light receiving element of the present invention includes Ga, In+ llA in the light absorption layer.
The present invention is characterized in that Aβylnl-yAs having a composition whose lattice constant matches that of the light absorption layer is used for the cap layer.

混晶比Xの値は、0.28〜0.47の範囲で選ぶこと
が特に有効である。
It is particularly effective to select the value of the mixed crystal ratio X within the range of 0.28 to 0.47.

〔作 用〕[For production]

A R、In、−yAsは、混晶比yの値によりその格
子定数をGaMIn+−1lAsの格子定数に一致させ
ることができ、しかもバンドギャップエネルギが大きい
The lattice constant of AR, In, -yAs can be made to match the lattice constant of GaMIn+-11As depending on the value of the mixed crystal ratio y, and moreover, the band gap energy is large.

そこで、Gaxln+−)JASの光吸収層にA I!
 yIn、−yAsのキャップ層を組合わせる。
Therefore, AI!
Combine cap layers of yIn and -yAs.

光吸収層としてGaxln+−XASを用いることによ
り、分光感度波長帯を長波長側に広げることができる。
By using Gaxln+-XAS as the light absorption layer, the spectral sensitivity wavelength band can be expanded to the long wavelength side.

また、キャップ層としてA l yIr+、−yAsを
用いることにより、比較的短い波長まで光吸収層に透過
させることができ、分光感度波長帯を短波長側に広げる
ことができる。
Further, by using AlyIr+, -yAs as the cap layer, it is possible to transmit light up to a relatively short wavelength through the light absorption layer, and the spectral sensitivity wavelength band can be expanded to the short wavelength side.

混晶比Xの値は、所望の分光感度が得られる波長特性か
ら定めることができる。混晶比yの値はこれに応じて格
子定数が一致するように定める。
The value of the mixed crystal ratio X can be determined from the wavelength characteristics that provide the desired spectral sensitivity. The value of the mixed crystal ratio y is determined accordingly so that the lattice constants match.

すなわち、分光感度が得られる長波長側の限界は、光吸
収層のバンドギャップエネルギにより定まる。このバン
ドギャップエネルギは混晶比Xの二次式として表される
ので、所望の波長に対して二次方程式を解くことにより
混晶比Xが定まる。
That is, the limit on the long wavelength side at which spectral sensitivity can be obtained is determined by the bandgap energy of the light absorption layer. Since this band gap energy is expressed as a quadratic equation of the mixed crystal ratio X, the mixed crystal ratio X is determined by solving the quadratic equation for a desired wavelength.

このとき、格子定数は混晶比Xの一次式として定まる。At this time, the lattice constant is determined as a linear expression of the mixed crystal ratio X.

この格子定数に対応するyの値は一次式として定めるこ
とができる。
The value of y corresponding to this lattice constant can be determined as a linear equation.

また、蒸気圧の高い物質はAsだけであり、エピタキシ
ャル成長時の組成制御が容易である。
Furthermore, since As is the only substance with a high vapor pressure, the composition can be easily controlled during epitaxial growth.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明第一実施例受光素子の断面図である。こ
の実施例は、本発明をブ多−す形の受光素子で実施した
ものである。
FIG. 1 is a sectional view of a light receiving element according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is implemented using a multi-blade type light receiving element.

この受光素子は、基板結晶と、入射光を吸収するGa、
 In 、yAs光光吸収層上、基板結晶の格子定数と
光吸収層4の格子定数との間の格子不整合を吸収する緩
衝層3と、光吸収層40表面に形成され、入射光を透過
するとともに光吸収層4で発生した小数キャリアの表面
再結合を防止するキャップ層5とを備える。ここで本実
施例の特徴とするところは、キャップ層5が、光吸収層
4と格子定数が一致する組成の^βyln+−yASに
より形成されたことにある。
This light-receiving element consists of a substrate crystal, Ga that absorbs incident light,
A buffer layer 3 is formed on the In, yAs light absorption layer to absorb the lattice mismatch between the lattice constant of the substrate crystal and the lattice constant of the light absorption layer 4, and a buffer layer 3 is formed on the surface of the light absorption layer 40 to transmit incident light. It also includes a cap layer 5 that prevents surface recombination of minority carriers generated in the light absorption layer 4. The feature of this embodiment is that the cap layer 5 is formed of ^βyln+-yAS having a composition whose lattice constant matches that of the light absorption layer 4.

この実施例では、基板結晶として、n形1nP基板lに
InP層2を1μ山未満の厚さにエピタキシャル成長さ
せたものを用いる。InP層2は、アンドープ、または
イオウS1スズSnその他のn形不純物が添加される。
In this embodiment, the substrate crystal used is an n-type 1nP substrate 1 on which an InP layer 2 is epitaxially grown to a thickness of less than 1 μm. The InP layer 2 is undoped or doped with sulfur, S1, tin, and other n-type impurities.

緩衝層3は、Ga、In+−11Asの混晶比Xが除々
に変化するように形成され、アンドープまたはp形不純
物が添加される。キャップ層5は、アンドープまたはp
形不純物が添加される。
The buffer layer 3 is formed so that the mixed crystal ratio X of Ga and In+-11As gradually changes, and is undoped or doped with p-type impurities. The cap layer 5 is undoped or p
form impurities are added.

また、キャップ層5内には例えば亜鉛を拡散させたp形
不純物拡散領域6が設けられ、このp形不純物拡散領域
6の表面にオーミック電極7が設けられる。オーミック
電極7以外のキャップ層5の表面は、反射防止膜8によ
り被覆される。基板結晶の裏側にもオーミック電極9が
設けられる。
Further, a p-type impurity diffusion region 6 in which, for example, zinc is diffused is provided in the cap layer 5, and an ohmic electrode 7 is provided on the surface of this p-type impurity diffusion region 6. The surface of the cap layer 5 other than the ohmic electrode 7 is coated with an antireflection film 8. An ohmic electrode 9 is also provided on the back side of the substrate crystal.

次にこの素子の動作について説明する。Next, the operation of this element will be explained.

反射防止膜8を透過した入射光は、約1μm以上の波長
の光に対して透明なキャップ層5を透過し、光吸収層4
に達する。光吸収層4のバンドギャップエネルギに対応
する波長2μm以下の短波長の光は、光吸収層4に吸収
される。このとき、接合によって生じた空乏層とこの空
乏層の端から小数キャリアの拡散長以内の領域とで発生
した電子と正孔とが、空乏層内の電界で分離されてドリ
フトし、光電流としてオーミック電極7.9から取り出
される。
The incident light that has passed through the antireflection film 8 passes through the cap layer 5, which is transparent to light with a wavelength of about 1 μm or more, and then passes through the light absorption layer 4.
reach. Light with a short wavelength of 2 μm or less corresponding to the bandgap energy of the light absorption layer 4 is absorbed by the light absorption layer 4 . At this time, electrons and holes generated in the depletion layer created by the junction and the region within the diffusion length of the minority carrier from the edge of this depletion layer are separated by the electric field in the depletion layer and drift, resulting in photocurrent. It is taken out from the ohmic electrode 7.9.

キャップ層5は、吸収端の約1μのより短波長側の光を
吸収してしまうが、約1μm以上の長波長側の光をほと
んど透過するため、窓層となる。1.5μm以下の波長
帯域では、光吸収層4あ吸収係数がほとんどl xlO
’ Cm−’以上と大きくなるため、吸収長が短くなる
。このため、光吸収による小数キャリアの発生が表面近
傍に限られる。
The cap layer 5 absorbs light on the shorter wavelength side of about 1 μm at the absorption edge, but transmits almost all light on the longer wavelength side of about 1 μm or more, so it becomes a window layer. In the wavelength band of 1.5 μm or less, the absorption coefficient of the light absorption layer 4 is almost lxlO
Since it becomes larger than 'Cm-', the absorption length becomes short. Therefore, generation of minority carriers due to light absorption is limited to the vicinity of the surface.

キャップ層5がない場合には、光吸収層4の表面再結合
のために、光吸収により発生した小数キャリアが表面準
位により消滅し、空乏層へ拡散して光電流となる割合が
減る。この現象については、例えば、 米津宏雄著、「光通信素子光学−発光・受光素子−」第
2版第342頁、光学図書■刊(昭和59年12月15
日) に詳しく説明されている。
In the absence of the cap layer 5, minority carriers generated by light absorption are annihilated by surface states due to surface recombination of the light absorption layer 4, and the proportion of them diffusing into the depletion layer and becoming photocurrent is reduced. Regarding this phenomenon, for example, Hiroo Yonezu, "Optical communication device optics - light emitting and light receiving elements -" 2nd edition, p.
(Japanese) is explained in detail.

キャップ層5を設けることにより、吸収層で発生した小
数キャリアがペテロ接合の障壁を乗り越えることがほと
んどできなくなり、キャップ層5における表面再結合の
影響を防ぐことができる。
By providing the cap layer 5, minority carriers generated in the absorption layer are hardly able to overcome the barrier of the Peter junction, and the influence of surface recombination in the cap layer 5 can be prevented.

ここで、約2μmまでの長波長側に分光感度波長帯をも
つ受光素子を実現する場合について説明する。
Here, a case will be described in which a light receiving element having a spectral sensitivity wavelength band on the long wavelength side up to about 2 μm is realized.

波長λ=2μωとすると、これに対応するバンドギャッ
プエネルギE、は、 E9= 1.23981/λ=0.62eV  −−(
1)となる。このバンドギャップエネルギE、に対応す
る光吸収層4 (アンドープ)の混晶比Xは、E 9 
(GaJn+−XAS) =0.36 +0.629 x +0.436 x 2
=0.62              ・ (2)に
より求められる。ただし、これはr点の値である。した
がって、 Xζ0.33 が得られる。このとき格子定数aは、 a  (GaxIn1−、lAs:a=0.33)=6
.0584−0.4051 x =5.924717  C人〕       ・−・−
・・(3)となる。JnPの格子定数をa (InP)
 =5.86875人とすると、InP層2と光吸収層
4との間の格子不整合Δa / aは、 Δa / a = (5,924717−5,8687
5) 15.86875= 9.54 X 10− ’
      −(4)となる。
If the wavelength λ=2μω, the corresponding bandgap energy E is E9=1.23981/λ=0.62eV --(
1). The mixed crystal ratio X of the light absorption layer 4 (undoped) corresponding to this band gap energy E is E 9
(GaJn+-XAS) =0.36 +0.629 x +0.436 x 2
=0.62 ・Calculated by (2). However, this is the value at point r. Therefore, Xζ0.33 is obtained. At this time, the lattice constant a is a (GaxIn1-, lAs: a=0.33)=6
.. 0584-0.4051 x =5.924717 C person] ・−・−
...(3). The lattice constant of JnP is a (InP)
= 5.86875 people, the lattice mismatch Δa/a between the InP layer 2 and the light absorption layer 4 is Δa/a = (5,924717-5,8687
5) 15.86875= 9.54 X 10-'
-(4).

この格子不整合を吸収するために、InP層2と光吸収
層4との間に、Gaxln+−yAsの混晶比7がX=
0.47からX=O133まで除々に変化する緩衝層3
をアンドープで、またはp形不純物を添加してエピタキ
シャル成長させる。
In order to absorb this lattice mismatch, a mixed crystal ratio of 7 of Gaxln+-yAs is set between the InP layer 2 and the light absorption layer 4, where X=
Buffer layer 3 gradually changing from 0.47 to X=O133
is grown undoped or epitaxially with p-type impurities added.

光吸収層4の上には、この光吸収層4と格子定数が一致
するAj7.In、 yAsキャップ層5を成長させる
。混晶比yは、 a (A l yIn、yAs) =6.0584 0
゜3979 y=5.924717  C人〕 ・ ・  (5) から、 y = 0.336           −− (6
)と選択される。A I! ylr++−yAS: y
 =0.336のr点におけるバンドギャップエネルギ
は、 E 、 (A 12 、Ir+、−yAs: y =0
.336)=0.36+2.016y+0.698y’
=1.116  [eV:]         −−(
7)となる。これに対応する吸収端波長は、(1)式か
らλ=1.11−となる。
Aj7. on the light absorption layer 4 has a lattice constant that matches that of the light absorption layer 4. An In, yAs cap layer 5 is grown. The mixed crystal ratio y is a (A lyIn, yAs) = 6.0584 0
゜3979 y=5.924717 C person] ・ ・ From (5), y = 0.336 -- (6
) is selected. AI! ylr++-yAS: y
The bandgap energy at the r point of =0.336 is E, (A12, Ir+, -yAs: y =0
.. 336)=0.36+2.016y+0.698y'
=1.116 [eV:] --(
7). The absorption edge wavelength corresponding to this becomes λ=1.11− from equation (1).

以上の計算において、バンドギャップエネルギの計算に
ついては、 ナホリイ他、アプライド・フィジクス・レターズ第33
巻第7号第659頁、1978年(RlB、 Naho
ryet at、、 Appl、Phys、Lettl
、 33(7)、 659 (1978))によった。
Regarding the calculation of the bandgap energy in the above calculation, see Nahori et al., Applied Physics Letters No. 33.
Vol. 7, No. 659, 1978 (RlB, Naho
ryet at,, Appl, Phys, Lettl
, 33(7), 659 (1978)).

また、格子定数の計算については、ムーン他、ジャーナ
ル・オブ・エレクトロニクス・マテリアルズ第3巻第6
35頁、1974年(R。
Regarding the calculation of lattice constants, see Moon et al., Journal of Electronic Materials, Vol. 3, No. 6.
35 pages, 1974 (R.

L9Moon et allJ、Electron、M
ater、、 33.535によった。
L9Moon et allJ, Electron, M
ater,, 33.535.

第2図および第3図に、混晶比x、yの変化に対するG
aXIn+−)IAsおよびA l yln+−yAS
のバンドギャップエネルギの変化および格子定数の変化
について、(2)、〔3〕、(5)および(7)式を用
いて得られた計算値を示す。
Figures 2 and 3 show the G
aXIn+-)IAs and Alyln+-yAS
Calculated values obtained using equations (2), [3], (5), and (7) are shown for changes in band gap energy and changes in lattice constant.

また、第2図には、r点だけでなく、X点のバンドギャ
ップエネルギ E、(Gax[n+−XAs)  =1.8+0.1x
         〔8)E、(^j2y(n+−yA
s)=1.8+0.36’/    (9)についても
示した。r点のバンドギャップエネルギがX点のそれよ
り小さいときには、直接遷移の領域であり、直接バンド
間遷移で光の吸収が起きる。
Also, in Fig. 2, the bandgap energy E of not only the r point but also the X point, (Gax[n+-XAs) = 1.8 + 0.1x
[8) E, (^j2y(n+-yA
s)=1.8+0.36'/ (9) is also shown. When the bandgap energy of point r is smaller than that of point X, it is a direct transition region, and light absorption occurs due to direct interband transition.

エピタキシャル成長の方法としては、従来から用いられ
ている液晶成長法、気相成長法その他を使用することが
できる。エピタキシャル成長については、例えば、 河東田隆著、[半導体エピタキシー技術」第3版、産業
図書■刊(昭和60年7月5日)に詳しく説明されてい
る。
As a method for epitaxial growth, conventionally used liquid crystal growth methods, vapor phase growth methods, and other methods can be used. Epitaxial growth is explained in detail in, for example, "Semiconductor Epitaxy Technology", 3rd edition, written by Takashi Kawatoda, published by Sangyo Tosho (July 5, 1985).

光吸収層4にGao、 zalno、 67ASを用い
、キャップ層5にA l O,336In0.684A
Sを用いた受光素子の相対量子効率(分光感度特性)を
第4図に示す。
Gao, Zalno, 67AS was used for the light absorption layer 4, and AlO, 336In0.684A was used for the cap layer 5.
The relative quantum efficiency (spectral sensitivity characteristics) of a light receiving element using S is shown in FIG.

第5図は本発明第二実施例受光素子の断面図である。こ
の実施例は、本発明をメサ形の受光素子で実施したもの
であり、緩衝層3、光吸収層4、およびp形不純物拡散
領域6を含むキャップ層5がメサ形に形成されているこ
とが第一実施例と異なる。
FIG. 5 is a sectional view of a light receiving element according to a second embodiment of the present invention. In this example, the present invention is implemented in a mesa-shaped light receiving element, and a cap layer 5 including a buffer layer 3, a light absorption layer 4, and a p-type impurity diffusion region 6 is formed in a mesa shape. is different from the first embodiment.

以上の実施例では基板結晶としてInPを用いたが、シ
リコンS11ガリウム・ヒ素GaAsその他の結晶を用
いても本発明を同様に実施できる。また、緩衝層3とし
ては、基板結晶の材料に対応して、(1)  GaAs
/GaXIn+−、IP超格子層、(2)AβAs/G
aAs超格子層、 (3)  GaP/GaAsPとGaAsP/GaAs
との超格子層その他の歪超格子や、 (4)A1^s/InPの二層膜、 (5)  InAs、P=、の混晶比Xを除々に変化さ
せた層 などを用いても本発明を同様に実施できる。(1)、(
2)の超格子層については、それぞれ、ラゼギ他、アプ
ライド・フィジクス・レターズ第52巻第3号第209
頁、1988年(M、 Razegh Ietal、、
 Appl、Phys、Lett、、 52(3)、 
209 (1988))、ホドソン他、エレクトロニク
ス・レターズ第23巻第20号第1094頁、1987
年(P、D、 tlodson etal、、81ec
tron、Lett、、  23(20)、   10
94  (1987))に詳しく説明されている。また
、(3〕の超格子層については、 梅野正義他、応用物理、第55巻第791頁、1986
年、または 梅野正義他、電子情報通信学会誌、第70巻第2号第1
69頁、昭和62年 に詳しく説明されている。(4)の二層膜については、
リー他、アプライド・フィジクス・レターズ第52巻第
11号第880頁、1988年(M、に、Lee  e
tal、、  Appl、Phys、Lett、、52
(11)、 880 (1988))ホリカワ他、アプ
ライド・フィジクス・レターズ第53巻第5号第397
頁、1988年(H,Hori−kawa et at
、、  Appl、  Phys、Lett、、  5
3(5)、  397に詳しく説明されている。(5)
の層については、上述したマキタ他の文献に説明されて
いる。
Although InP was used as the substrate crystal in the above embodiments, the present invention can be similarly practiced using silicon S11 gallium arsenide GaAs or other crystals. In addition, as the buffer layer 3, (1) GaAs is used, depending on the material of the substrate crystal.
/GaXIn+-, IP superlattice layer, (2) AβAs/G
aAs superlattice layer, (3) GaP/GaAsP and GaAsP/GaAs
It is also possible to use a superlattice layer with other strained superlattices, (4) a double-layer film of A1^s/InP, (5) a layer in which the mixed crystal ratio X of InAs, P=, is gradually changed, etc. The invention can be practiced similarly. (1), (
Regarding the superlattice layer in 2), see Razeghi et al., Applied Physics Letters, Vol. 52, No. 3, No. 209.
Page, 1988 (M, Razegh Ietal,
Appl, Phys, Lett,, 52(3),
209 (1988)), Hodson et al., Electronics Letters Vol. 23 No. 20 No. 1094, 1987
Year (P, D, tlodson etal, 81ec
tron, Lett, 23(20), 10
94 (1987)). Regarding the superlattice layer in (3), see Masayoshi Umeno et al., Applied Physics, Vol. 55, p. 791, 1986.
or Masayoshi Umeno et al., Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Vol. 70, No. 2, No. 1
It is explained in detail on page 69, 1986. Regarding the two-layer film (4),
Lee et al., Applied Physics Letters Vol. 52, No. 11, p. 880, 1988 (M., Lee et al.
tal,, Appl, Phys, Lett,, 52
(11), 880 (1988)) Horikawa et al., Applied Physics Letters Vol. 53, No. 5, No. 397
Page, 1988 (H, Hori-kawa et at
,, Appl, Phys, Lett,, 5
3(5), 397. (5)
The layers are described in Makita et al., cited above.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の受光素子は、キャップ層
にA l 、In、−yAsを用いることにより、比較
的短い波長を光吸収層に透過させることができ、分光感
度波長帯を短波長側に広げることができる。
As explained above, by using Al, In, and -yAs in the cap layer, the light-receiving element of the present invention can transmit relatively short wavelengths to the light absorption layer, and the spectral sensitivity wavelength band can be adjusted to short wavelengths. It can be spread out to the side.

特に、混晶比XがほぼrO,3」のGaxIn1 yA
sを用いることにより2μmまでの長波長帯の受光素子
を実現でき、この光吸収層と格子定数が一致する^’ 
、In、−yAsをキャップ層として用いることにより
約1〜2μmの波長帯に高い分光感度を示す受光素子が
得られる。
In particular, GaxIn1 yA with a mixed crystal ratio X of approximately rO,3''
By using s, it is possible to realize a light-receiving element with a long wavelength band up to 2 μm, and the lattice constant matches that of this light absorption layer ^'
, In, and -yAs as a cap layer, a light-receiving element exhibiting high spectral sensitivity in a wavelength band of about 1 to 2 μm can be obtained.

したがって、本発明の受光素子の分光感度波長帯域は、
従来の受光素子の帯域をほとんど含み、さらに、2μm
にいたる長波長側まで受光できる効果がある。
Therefore, the spectral sensitivity wavelength band of the light receiving element of the present invention is
Includes most of the band of conventional photodetectors, and also has a width of 2 μm
It has the effect of being able to receive light up to the long wavelength side.

本発明は、光ファイバを用いた光通信や、種々の光測定
機器の受光素子として利用して特に効果がある。
The present invention is particularly effective when used in optical communications using optical fibers and as a light receiving element in various optical measuring instruments.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明第一実施例受光素子の断面図。 第2図は混晶比とバンドギャップエネルギとの関係を示
す図。 第3図は混晶比と格子定数との関係を示す図。 第4図は実施例素子および従来例素子の相対量子効率を
示す図。 第5図は本発明第二実施例受光素子の断面図。 第6図は従来例受光素子の断面図。 第7図は混晶比と格子定数との関係を示す図。 1 ・n形InP基板、2・InP層、3.3’・・・
緩衝層、4.4′・・・光吸収層、5.5′・・・キャ
ップ層、6・・・p形不純物拡散領域、6′・・・亜鉛
拡散領域、7.9・・・オーミック電極、8・・・反射
防止膜。 特許出願人 光計測技術開発株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 兇 シ毘遷りね 、Yl 3 図 第−夷a例 肩 1 図 波長(羅) JilIr14図 尾二夷fLりI M 5 図
FIG. 1 is a sectional view of a light receiving element according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the mixed crystal ratio and band gap energy. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the mixed crystal ratio and the lattice constant. FIG. 4 is a diagram showing the relative quantum efficiency of the example device and the conventional device. FIG. 5 is a sectional view of a light receiving element according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view of a conventional light receiving element. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the mixed crystal ratio and the lattice constant. 1. n-type InP substrate, 2. InP layer, 3.3'...
Buffer layer, 4.4'... Light absorption layer, 5.5'... Cap layer, 6... P-type impurity diffusion region, 6'... Zinc diffusion region, 7.9... Ohmic Electrode, 8...Antireflection film. Patent Applicant Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. Agent Patent Attorney Nao Ide Takayoshi Bitransition, Yl 3 Figure 1 - 夷a Example Shoulder 1 Figure Wavelength (L)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、基板結晶(1、2)と、 入射光を吸収するGa_xIn_1_−_xAsによる
光吸収層(4)と、 上記基板結晶の格子定数と上記光吸収層の格子定数との
間の格子不整合を吸収する緩衝層(3)と、 上記光吸収層の表面に形成され、入射光を透過するとと
もに上記光吸収層で発生した小数キャリアの表面再結合
を防止するキャップ層(5)とを備えた受光素子におい
て、 上記キャップ層は、上記光吸収層と格子定数が一致する
組成のAl_yIn_1_−_yAsにより形成された
ことを特徴とする受光素子。 2、xが0.28〜0.47である請求項1記載の受光
素子。
[Claims] 1. A substrate crystal (1, 2), a light absorption layer (4) made of Ga_xIn_1_-_xAs that absorbs incident light, and a lattice constant of the substrate crystal and a lattice constant of the light absorption layer. a buffer layer (3) that absorbs lattice mismatch between the layers; and a cap layer (3) formed on the surface of the light absorption layer that transmits incident light and prevents surface recombination of minority carriers generated in the light absorption layer. 5) A light-receiving element comprising: The cap layer is formed of Al_yIn_1_-_yAs having a composition whose lattice constant matches that of the light absorption layer. 2. The light receiving element according to claim 1, wherein x is 0.28 to 0.47.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0492479A (en) * 1990-08-07 1992-03-25 Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk Photodetector
JPH077172A (en) * 1992-03-30 1995-01-10 Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk Light receiving element
JPH07202252A (en) * 1993-12-28 1995-08-04 Nec Corp Superlattice avalanche photodiode
JP2007324563A (en) * 2006-06-02 2007-12-13 Emcore Corp Metamorphic layers in multijunction solar cells

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5718373A (en) * 1980-07-08 1982-01-30 Fujitsu Ltd Semiconductor photoreceiving element
JPS62293786A (en) * 1986-06-13 1987-12-21 Fujitsu Ltd Semiconductor photodetector device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5718373A (en) * 1980-07-08 1982-01-30 Fujitsu Ltd Semiconductor photoreceiving element
JPS62293786A (en) * 1986-06-13 1987-12-21 Fujitsu Ltd Semiconductor photodetector device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0492479A (en) * 1990-08-07 1992-03-25 Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk Photodetector
JPH077172A (en) * 1992-03-30 1995-01-10 Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk Light receiving element
JPH07202252A (en) * 1993-12-28 1995-08-04 Nec Corp Superlattice avalanche photodiode
JP2007324563A (en) * 2006-06-02 2007-12-13 Emcore Corp Metamorphic layers in multijunction solar cells

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