JPH04282874A - Avalanche photo diode - Google Patents
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- JPH04282874A JPH04282874A JP3070620A JP7062091A JPH04282874A JP H04282874 A JPH04282874 A JP H04282874A JP 3070620 A JP3070620 A JP 3070620A JP 7062091 A JP7062091 A JP 7062091A JP H04282874 A JPH04282874 A JP H04282874A
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、光通信用光を検出する
のに用い得るアバランシェフォトダイオ―ドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an avalanche photodiode that can be used to detect light for optical communications.
【０００２】0002
【従来の技術】従来、図３を伴って次に述べるアバラン
シェフォトダイオ―ドが提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, an avalanche photodiode has been proposed which will be described below with reference to FIG.
【０００３】すなわち、例えばＩｎＰでなり且つｎ＋
型を有する半導体基板２と、その半導体基板２上に形成
され且つ例えばＩｎＰ系でなるとともにｎ＋ 型を有す
るバリア層としての半導体層３とからなる半導体領域１
を有する。That is, for example, it is made of InP and n+
A semiconductor region 1 consisting of a semiconductor substrate 2 having a type, and a semiconductor layer 3 formed on the semiconductor substrate 2 and made of, for example, InP and serving as a barrier layer having an n+ type.
has.
【０００４】また、半導体領域１上に形成され且つｎ型
不純物及びｐ型不純物のいずれも意図的に導入させてい
ないアバランシェ増倍用層としての半導体領域４を有す
る。この半導体領域４は、バリア層としての半導体層５
ａと井戸層としての半導体層５ｂとが交互順次に積層さ
れている超格子構造５でなり、そして、半導体層５ａ及
び５ｂが、例えばそれぞれＩｎ ０．５２ Ａｌ ０．
４８ Ａｓ及びＩｎ ０．８Ｇａ ０．２Ａｓ ０．６
Ｐ ０．４でなる。The semiconductor region 4 is formed on the semiconductor region 1 and serves as an avalanche multiplication layer in which neither an n-type impurity nor a p-type impurity is intentionally introduced. This semiconductor region 4 has a semiconductor layer 5 as a barrier layer.
The superlattice structure 5 has a superlattice structure 5 in which semiconductor layers 5b as well layers are stacked alternately, and the semiconductor layers 5a and 5b are each made of, for example, In 0.52 Al 0.
48 As and In 0.8Ga 0.2As 0.6
It becomes P 0.4.
【０００５】さらに、Ｉｎ ０．５３ Ｇａ ０．４７
Ａｓでなり且つ８×１０１７ｃｍ−３のような高いｐ
型不純物濃度と１６０Ａのような比較的薄い厚さとを有
するシ―トド―プ層としての半導体層７と、その半導体
層７上に形成され、且つＩｎ ０．５３ Ｇａ ０．４
７ Ａｓでなり且つ２×１０１５ｃｍ−３のような半導
体層７に比し低いｐ型不純物濃度と２μｍのような半導
体層７に比し厚い厚さとを有する光吸収層としての半導
体層８と、その半導体層８上に形成され、且つＩｎ ０
．５３ Ｇａ ０．４７ Ａｓでなり且つ２×１０１７
ｃｍ−３のような半導体層８に比し高いｐ型不純物濃度
と５００Ａのような半導体層８に比し薄い厚さとを有す
る半導体層９と、半導体層９上に形成され、且つＩｎＰ
でなり且つ１×１０１８ｃｍ−３のような高いｐ型不純
物濃度と１０００Ａの厚さとを有する表面再結合防止用
窓層としての半導体層１０と、半導体層１０上に形成さ
れ、且つＩｎ ０．５３ Ｇａ ０．４７ Ａｓでなり
且つ１×１０１８ｃｍ−３のような高い不純物濃度と１
０００Ａの厚さとを有するキャップ層としての半導体層
１１とを有する。この場合、シ―トド―プ層としての半
導体層７が、光吸収層としての半導体層８と等しいエネ
ルギバンドギャップを有し、また、光吸収層としての半
導体層８が、アバランシェ増倍用層としての半導体領域
４を構成している井戸層と等しいかそれに比し狭いエネ
ルギバンドギャップを有する。Furthermore, In 0.53 Ga 0.47
As and high p such as 8 x 1017 cm-3
A semiconductor layer 7 as a sheet-doped layer having a type impurity concentration and a relatively thin thickness such as 160A, and a semiconductor layer 7 formed on the semiconductor layer 7 and having an In 0.53 Ga 0.4
A semiconductor layer 8 as a light absorption layer made of 7 As and having a p-type impurity concentration lower than that of the semiconductor layer 7, such as 2×10 15 cm −3, and a thickness thicker than that of the semiconductor layer 7, such as 2 μm; formed on the semiconductor layer 8, and In 0
．． 53 Ga 0.47 As and 2×1017
A semiconductor layer 9 is formed on the semiconductor layer 9 and has a p-type impurity concentration higher than that of the semiconductor layer 8, such as cm-3, and a thickness that is thinner than that of the semiconductor layer 8, such as 500 A.
a semiconductor layer 10 as a window layer for preventing surface recombination, which has a high p-type impurity concentration of 1×10 18 cm −3 and a thickness of 1000 A; It consists of Ga 0.47 As and has a high impurity concentration such as 1 x 1018 cm-3 and 1
The semiconductor layer 11 as a cap layer has a thickness of 000A. In this case, the semiconductor layer 7 as a sheet-doped layer has the same energy band gap as the semiconductor layer 8 as a light absorption layer, and the semiconductor layer 8 as a light absorption layer has an avalanche multiplication layer. It has an energy bandgap that is equal to or narrower than that of the well layer constituting the semiconductor region 4.
【０００６】また、半導体領域１に、その半導体層３側
とは反対側においてオ―ミックに付された電極１３と、
半導体領域６に、半導体領域４側とは反対側においてオ
―ミックに付され且つ窓１５を有する電極１４とを有す
る。[0006] Further, an electrode 13 ohmicly attached to the semiconductor region 1 on the side opposite to the semiconductor layer 3 side,
The semiconductor region 6 has an electrode 14 which is ohmically attached and has a window 15 on the side opposite to the semiconductor region 4 side.
【０００７】以上が、従来提案されているアバランシェ
フォトダイオ―ドの構成である。The above is the structure of the conventionally proposed avalanche photodiode.
【０００８】このような構成を有する従来のアバランシ
ェフォトダイオ―ドによれば、電極１３及び１４間に、
逆バイアス電源（図示せず）を通じて直流負荷（図示せ
ず）を予め接続している状態で、半導体領域６の光吸収
層としての半導体層８のエネルギバンドギャップに対応
している波長を有する検出されるべき光Ｌを、半導体領
域６上の外部から電極１４の窓１５を通じて内部に入射
させれば、その光Ｌが主として半導体領域６の半導体層
８において吸収され、それにもとずき、半導体領域６の
半導体層８において、光Ｌにもとずくキャリア（電子及
び正孔）が生成し、そのキャリア中の電子がアバランシ
ェ増倍用層としての半導体領域４に到達し、そして、そ
の半導体領域４においてアバランシェ増倍が生じ、それ
にもとずく増倍された光電流が直流負荷に出力される、
という機構で、アバランシェフォトダイオ―ドとしての
機能が得られる。According to the conventional avalanche photodiode having such a configuration, between the electrodes 13 and 14,
Detection having a wavelength corresponding to the energy bandgap of the semiconductor layer 8 as a light absorption layer of the semiconductor region 6, with a DC load (not shown) previously connected through a reverse bias power supply (not shown). When light L to be detected is incident on the semiconductor region 6 from outside through the window 15 of the electrode 14, the light L is mainly absorbed in the semiconductor layer 8 of the semiconductor region 6, and based on this, the semiconductor In the semiconductor layer 8 of the region 6, carriers (electrons and holes) are generated based on the light L, and the electrons in the carriers reach the semiconductor region 4 as an avalanche multiplication layer, and then the semiconductor region 4, avalanche multiplication occurs, and the multiplied photocurrent is output to the DC load.
This mechanism allows it to function as an avalanche photodiode.
【０００９】また、この場合、アバランシェ増倍用層と
しての半導体領域４が、超格子構造５でなるので、半導
体領域４における電子のイオン化率（α）と正孔のイオ
ン化率（β）との比（α／β）が、半導体領域４が超格
子構造５を有するのに代え例えばＧｅまたはＩｎＰでな
る半導体層からなる単層構造を有するとした場合に比し
、１より十分大きな値で得られる。このため、半導体領
域４において生ずるアバランシェ増倍に伴う雑音が、半
導体領域４が超格子構造５を有するのに代え例えばＧｅ
またはＩｎＰでなる半導体層からなる単層構造を有する
とした場合に比し、格段的に少なく、光電流に、格段的
に少ない雑音しか伴わない、という特徴を有する。In this case, since the semiconductor region 4 as an avalanche multiplication layer has a superlattice structure 5, the electron ionization rate (α) and the hole ionization rate (β) in the semiconductor region 4 are The ratio (α/β) can be obtained with a value sufficiently larger than 1 compared to the case where the semiconductor region 4 has a single layer structure consisting of a semiconductor layer made of Ge or InP instead of having the superlattice structure 5. It will be done. For this reason, the noise accompanying avalanche multiplication occurring in the semiconductor region 4 is reduced when the semiconductor region 4 has a superlattice structure 5, for example, Ge.
Alternatively, compared to the case of having a single-layer structure made of a semiconductor layer made of InP, the photocurrent has a feature that it is much smaller and the photocurrent is accompanied by much less noise.
【００１０】さらに、半導体領域６を構成している半導
体層７及び９が、光吸収層としての半導体層８に比し高
いｐ型不純物濃度を有するので、それら半導体層には電
子に対する加速電界を実質的に有していないが、半導体
層７及び９間の光吸収層としての半導体層８が、半導体
層７及び９に比し低いｐ型不純物濃度を有するので、そ
の半導体層８に電子に対する加速電界を有し、また、半
導体層７及び９が薄い厚さしか有していないので、上述
したように半導体領域６の半導体層８に生成するキャリ
ア中の電子が、速やかに半導体領域４に到達する。この
ため、光Ｌが入射してから直流負荷に光電流が出力され
るまでの応答速度が、比較的速い、という特徴を有する
。Furthermore, since the semiconductor layers 7 and 9 constituting the semiconductor region 6 have a higher p-type impurity concentration than the semiconductor layer 8 as a light absorption layer, an accelerating electric field for electrons is applied to these semiconductor layers. However, since the semiconductor layer 8 as a light absorption layer between the semiconductor layers 7 and 9 has a p-type impurity concentration lower than that of the semiconductor layers 7 and 9, the semiconductor layer 8 has no electron absorption. Since there is an accelerating electric field and the semiconductor layers 7 and 9 have only a small thickness, the electrons in the carriers generated in the semiconductor layer 8 of the semiconductor region 6 as described above are quickly transferred to the semiconductor region 4. reach. Therefore, it has a characteristic that the response speed from the time when the light L is incident until the photocurrent is output to the DC load is relatively fast.
【００１１】また、上述したように、アバランシェ増倍
用層としての半導体領域４が、光吸収用層としてほとん
ど作用しないので、半導体領域４に正孔が実効的に存在
していず、従って、アバランシェ増倍に伴う雑音が、無
視し得ない比較的多い量生ずる、ということがない、と
いう特徴も有する。Furthermore, as described above, since the semiconductor region 4 serving as the avalanche multiplication layer hardly functions as a light absorption layer, holes are not effectively present in the semiconductor region 4, and therefore, the avalanche multiplication layer does not act as a light absorption layer. Another feature is that a relatively large amount of noise that cannot be ignored due to multiplication does not occur.
【００１２】0012
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示す従来のアバランシェフォトダイオ―ドの場合、光吸
収層としての半導体層８を有する半導体領域６の、アバ
ランシェ増倍用層としての半導体領域４側に、高いｐ型
不純物濃度を有するシ―トド―プ層としての半導体層７
を有するので、アバランシェ増倍用層としての半導体領
域４に、図４に示すように、高い電界強度を有せしめる
ことができ、従って、半導体領域４においてアバランシ
ェ増倍作用が効果的に得ることができるが、シ―トド―
プ層としての半導体層７の半導体層８側とアバランシェ
増倍用層としての半導体領域４側との間に、図４に示す
ように、高い電位差が生じている。このため、半導体層
７に、トンネル電流が、暗電流として、無視し得ない量
で流れる。従って、光電流に、暗電流が無視し得ない量
伴う、という欠点を有していた。However, in the case of the conventional avalanche photodiode shown in FIG. 3, the semiconductor region 4 as the avalanche multiplication layer of the semiconductor region 6 having the semiconductor layer 8 as the light absorption layer On the side, a semiconductor layer 7 as a sheet doped layer having a high p-type impurity concentration
As shown in FIG. 4, the semiconductor region 4 serving as the avalanche multiplication layer can have a high electric field strength, and therefore the avalanche multiplication effect can be effectively obtained in the semiconductor region 4. I can do it, but I can't do it.
As shown in FIG. 4, a high potential difference is generated between the semiconductor layer 8 side of the semiconductor layer 7 as an avalanche multiplication layer and the semiconductor region 4 side as an avalanche multiplication layer. Therefore, a tunnel current flows in the semiconductor layer 7 in an amount that cannot be ignored as a dark current. Therefore, the photocurrent has the drawback that a non-negligible amount of dark current is involved.
【００１３】よって、本発明は、上述した欠点のない、
新規なアバランシェフォトダイオ―ドを提案せんとする
ものである。[0013] Therefore, the present invention is free from the above-mentioned drawbacks.
This paper aims to propose a new avalanche photodiode.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明によるアバランシ
ェフォトダイオ―ドは、図３で上述した従来のアバラン
シェフォトダイオ―ドの場合と同様に、（ｉ）ｎ型を有
する第１の半導体領域と、（ｉｉ）その第１の半導体領
域上に形成され且つｎ型不純物及びｐ型不純物のいずれ
も意図的に導入させていないアバランシェ増倍領域とし
ての第２の半導体領域と、（ｉｉｉ）上記第２の半導体
領域上に形成され且つｐ型を有する第３の半導体領域と
、（ｉｖ）上記第１及び第３の半導体領域にそれぞれ付
された第１及び第２の電極とを有し、（ｖ）そして、上
記第２の半導体領域が、バリア層としての第１の半導体
層と井戸層としての第２の半導体層とが交互順次に積層
されている超格子構造を有し、また、（ｖｉ）上記第３
の半導体領域が、シ―トド―プ層としての第３の半導体
層と、上記第３の半導体層上に形成され且つ上記第３の
半導体層に比し低い不純物濃度と厚い厚さとを有する光
吸収層としての第４の半導体層と、上記第４の半導体層
上に形成され且つ上記第４の半導体層に比し高い不純物
濃度を有する第５の半導体層とを有する。[Means for Solving the Problems] The avalanche photodiode according to the present invention, as in the case of the conventional avalanche photodiode described above with reference to FIG. , (ii) a second semiconductor region as an avalanche multiplication region formed on the first semiconductor region and into which neither an n-type impurity nor a p-type impurity is intentionally introduced; and (iii) the second semiconductor region formed on the first semiconductor region. a third semiconductor region formed on the second semiconductor region and having p-type; (iv) first and second electrodes attached to the first and third semiconductor regions, respectively; v) The second semiconductor region has a superlattice structure in which a first semiconductor layer serving as a barrier layer and a second semiconductor layer serving as a well layer are alternately stacked, and ( vi) 3rd above
The semiconductor region includes a third semiconductor layer as a sheet-doped layer, and a light source formed on the third semiconductor layer and having a lower impurity concentration and a thicker thickness than the third semiconductor layer. The semiconductor device includes a fourth semiconductor layer as an absorption layer, and a fifth semiconductor layer formed on the fourth semiconductor layer and having a higher impurity concentration than the fourth semiconductor layer.
【００１５】しかしながら、本発明によるアバランシェ
フォトダイオ―ドは、このような構成を有するアバラン
シェフォトダイオ―ドにおいて、（ｖｉｉ）上記第３の
半導体層が、上記第４の半導体層に比し広いエネルギバ
ンドギャップを有し且つ上記第１の半導体層と等しいか
それに比し狭いエネルギバンドギャップを有する。However, in the avalanche photodiode according to the present invention having such a configuration, (vii) the third semiconductor layer has a wider energy range than the fourth semiconductor layer. It has a band gap and has an energy band gap that is equal to or narrower than the first semiconductor layer.
【００１６】[0016]
【作用・効果】このような構成を有する本発明によるア
バランシェフォトダイオ―ドによれば、第３の半導体層
が、第４の半導体層に比し広いエネルギバンドギャップ
を有し且つ第１の半導体層と等しいかそれに比し狭いエ
ネルギバンドギャップを有し、また、第４の半導体層が
、第２の半導体層と等しいかそれに比し狭いエネルギバ
ンドギャップを有することを除いて、図３で前述したア
バランシェフォトダイオ―ドの場合と同様の構成を有す
るので、詳細説明は省略するが、図３で前述した従来の
アバランシェフォトダイオ―ドの場合と同様に、アバラ
ンシェフォトダイオ―ドとしての機能が、アバランシェ
増倍された光電流に、少ない雑音しか伴わせずに、しか
も光電流を、光の入射に対する速い応答速度で得ること
ができる、という特徴を有する。[Operations and Effects] According to the avalanche photodiode according to the present invention having such a configuration, the third semiconductor layer has a wider energy band gap than the fourth semiconductor layer and has a larger energy band gap than the fourth semiconductor layer. 3, except that the fourth semiconductor layer has an energy bandgap equal to or narrower than the second semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer has an energy bandgap equal to or narrower than the second semiconductor layer. Since the structure is similar to that of the conventional avalanche photodiode, detailed explanation will be omitted. , the avalanche multiplied photocurrent is accompanied by little noise, and the photocurrent can be obtained at a fast response speed to incident light.
【００１７】しかしながら、本発明によるアバランシェ
フォトダイオ―ドの場合、シ―トド―プ層としての第３
の半導体層が、光吸収層としての第４の半導体層に比し
広いエネルギバンドギャップを有するので、シ―トド―
プ層としての第３の半導体層の光吸収層としての第４の
半導体層側とアバランシェ増倍用層としての第２の半導
体領域側との間に高い電位差が生じていることによって
、第３の半導体層に、トンネル電流が、暗電流として流
れんとしても、それが効果的に抑圧される。このため、
光電流に、暗電流をほとんど伴わないか、伴うとしても
、図３で前述した従来のアバランシェフォトダイオ―ド
の場合に比し格段的に少ない量でしか伴わない。However, in the case of the avalanche photodiode according to the invention, the third layer as a sheet-doped layer is
Since the semiconductor layer has a wider energy band gap than the fourth semiconductor layer serving as a light absorption layer,
A high potential difference is generated between the fourth semiconductor layer side as the light absorption layer of the third semiconductor layer as the optical absorption layer and the second semiconductor region side as the avalanche multiplication layer. Even if a tunnel current does not flow as a dark current in the semiconductor layer, it is effectively suppressed. For this reason,
The photocurrent is accompanied by little dark current, or at least in a much smaller amount than in the case of the conventional avalanche photodiode described above with reference to FIG.
【００１８】また、シ―トド―プ層としての第３の半導
体層が、光吸収層としての第４の半導体層に比し広いエ
ネルギバンドギャップを有しているとしても、アバラン
シェ増倍用層としての第２の半導体領域を構成している
バリア層としての第１の半導体層と等しいかそれに比し
狭いエネルギバンドギャップしか有していないので、ア
バランシェ増倍用層としての第２の半導体領域において
、光吸収層としての第４の半導体層に比し高い加速電界
が得られることに変りがなく、従って、上述した、図３
で前述した従来のアバランシェフォトダイオ―ドの場合
と同様のアバランシェフォトダイオ―ドとしての機能が
、効果的に得られることに変りはない。Furthermore, even if the third semiconductor layer as a sheet-doped layer has a wider energy band gap than the fourth semiconductor layer as a light absorption layer, the avalanche multiplication layer The second semiconductor region as an avalanche multiplication layer has an energy band gap that is equal to or narrower than that of the first semiconductor layer as a barrier layer constituting the second semiconductor region. In this case, a higher accelerating electric field can still be obtained than in the fourth semiconductor layer as a light absorption layer, and therefore, as shown in FIG.
The function as an avalanche photodiode similar to that of the conventional avalanche photodiode described above can still be effectively obtained.
【００１９】[0019]
【実施例】次に、図１を伴って本発明によるアバランシ
ェフォトダイオ―ドの実施例を述べよう。Embodiment Next, an embodiment of an avalanche photodiode according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００２０】図１において、図４との対応部分には同一
符号を付して詳細説明を省略する。図１に示す本発明に
よるアバランシェフォトダイオ―ドは、次の事項を除い
て、図４で上述した従来のアバランシェフォトダイオ―
ドと同様の構成を有する。In FIG. 1, parts corresponding to those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1 is similar to the conventional avalanche photodiode described above in FIG.
It has the same configuration as the .
【００２１】すなわち、光吸収層としての半導体層８と
等しいエネルギバンドギャップを有している図４で上述
した従来のアバランシェフォトダイオ―ドの場合の半導
体領域６を構成しているシ―トド―プ層としての半導体
層７が、光吸収層としての半導体層８に比し広いエネル
ギバンドギャップを有し且つアバランシェ増倍用層とし
ての半導体領域４を構成しているバリア層としての半導
体層５ａと等しいかそれに比し狭いエネルギバンドギャ
ップを有する半導体領域６を構成しているシ―トド―プ
層としての半導体層１７に置換されている。That is, the sheet dot forming the semiconductor region 6 in the conventional avalanche photodiode shown in FIG. A semiconductor layer 5a as a barrier layer in which the semiconductor layer 7 as a drop layer has a wider energy band gap than the semiconductor layer 8 as a light absorption layer and constitutes the semiconductor region 4 as an avalanche multiplication layer. is replaced by a semiconductor layer 17 as a sheet-doped layer constituting a semiconductor region 6 having an energy bandgap equal to or narrower than .
【００２２】この場合、シ―トド―プ層としての半導体
層１７は、図４で前述した従来のアバランシェフォトダ
イオ―ドの場合の半導体層７と同様に８×１０１７ｃｍ
−３のような高いｐ型不純物濃度を有するのはもちろん
であるが、例えばＩｎ ０．５２ Ａｌ ０．４８ Ａ
ｓでなるものとし得る。In this case, the semiconductor layer 17 as a sheet-doped layer is 8×10 17 cm similar to the semiconductor layer 7 in the conventional avalanche photodiode described above with reference to FIG.
Of course, it has a high p-type impurity concentration such as -3, but for example, In 0.52 Al 0.48 A
It may consist of s.
【００２３】以上が、本発明によるアバランシェフォト
ダイオ―ドの実施例の構成である。このような構成を有
する本発明によるアバランシェフォトダイオ―ドによれ
ば、上述した事項を除いて、図３で前述した従来のアバ
ランシェフォトダイオ―ドと同様の構成を有するので、
詳細説明は省略するが、図４で前述した従来のアバラン
シェフォトダイオ―ドの場合と同様に、アバランシェフ
ォトダイオ―ドとしての機能が、アバランシェ増倍され
た光電流に、少ない雑音しか伴わせずに、しかも、光電
流を、光Ｌの入射に対する速い応答速度で得ることがで
きる。The above is the configuration of the embodiment of the avalanche photodiode according to the present invention. The avalanche photodiode according to the present invention having such a configuration has the same configuration as the conventional avalanche photodiode described above with reference to FIG. 3, except for the above-mentioned matters.
Although a detailed explanation will be omitted, as in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG. Furthermore, photocurrent can be obtained with a fast response speed to the incident light L.
【００２４】しかしながら、図１に示す本発明によるア
バランシェフォトダイオ―ドの場合、図４で前述した従
来のアバランシェフォトダイオ―ドの場合の半導体層７
に対応しているシ―トド―プ層としての半導体層１７が
、光吸収層としての半導体層８に比し広いエネルギバン
ドギャップを有し且つアバランシェ増倍用層としての半
導体領域４を構成しているバリア層としての半導体層５
ａと等しいかそれに比し狭いエネルギバンドギャップを
有することを除いて、図３で前述したアバランシェフォ
トダイオ―ドの場合と同様の構成を有するので、詳細説
明は省略するが、図３で前述した従来のアバランシェフ
ォトダイオ―ドの場合と同様に、アバランシェフォトダ
イオ―ドとしての機能が、アバランシェ増倍された光電
流に、少ない雑音しか伴わせずに、しかも光電流を、光
の入射に対する速い応答速度で得ることができる、とい
う特徴を有する。However, in the case of the avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1, the semiconductor layer 7 in the case of the conventional avalanche photodiode described above in FIG.
The semiconductor layer 17 as a sheet-doped layer corresponding to Semiconductor layer 5 as a barrier layer
Except for having an energy bandgap equal to or narrower than a, it has the same configuration as the avalanche photodiode described above in FIG. As in the case of conventional avalanche photodiodes, the avalanche photodiode function allows the avalanche multiplied photocurrent to be transmitted with little noise, yet to be able to transmit the photocurrent at a high speed relative to the incident light. It has the characteristic of being able to obtain high response speed.
【００２５】しかしながら、図１に示す本発明によるア
バランシェフォトダイオ―ドの場合、シ―トド―プ層と
しての半導体層１７が、光吸収層としての半導体層８に
比し広いエネルギバンドギャップを有するので、シ―ト
ド―プ層としての半導体層１７の光吸収層としての半導
体層８側とアバランシェ増倍用層としての半導体領域４
側との間に、図４で上述したと同様に、高い電位差が生
じていることによって、半導体層１７に、トンネル電流
が、暗電流として流れんとしても、それが効果的に抑圧
される。このため、光電流に、暗電流をほとんど伴わな
いか、伴うとしても、図３で前述した従来のアバランシ
ェフォトダイオ―ドの場合に比し格段的に少ない量でし
か伴わない。However, in the case of the avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1, the semiconductor layer 17 as a sheet-doped layer has a wider energy band gap than the semiconductor layer 8 as a light absorption layer. Therefore, the semiconductor layer 8 side as a light absorption layer of the semiconductor layer 17 as a sheet-doped layer and the semiconductor region 4 as an avalanche multiplication layer
As described above with reference to FIG. 4, a high potential difference is generated between the semiconductor layer 17 and the semiconductor layer 17, so that even if a tunnel current does not flow as a dark current in the semiconductor layer 17, it is effectively suppressed. Therefore, the photocurrent is hardly accompanied by dark current, or if it is accompanied by it, it is only in a much smaller amount than in the case of the conventional avalanche photodiode described above with reference to FIG.
【００２６】ちなみに、図３で前述した従来のアバラン
シェフォトダイオ―ドの場合、電極１３及び１４間の電
圧（Ｖ）に対する暗電流が、図２の「従来」で示すよう
に得られるとき、図２の「本発明」で示すように、電圧
の２０Ｖ以上の高い値で、従来のアバランシェフォトダ
イオ―ドの場合に比し格段的に低い値で得られた。Incidentally, in the case of the conventional avalanche photodiode described above with reference to FIG. As shown in Section 2, "The present invention," a high voltage value of 20 V or more was obtained, which was significantly lower than that of the conventional avalanche photodiode.
【００２７】また、シ―トド―プ層としての半導体層１
７が、光吸収層としての半導体層８に比し広いエネルギ
バンドギャップを有しているとしても、アバランシェ増
倍用層としての半導体領域４を構成しているバリア層と
しての半導体層５ａと等しいかそれに比し狭いエネルギ
バンドギャップしか有していないので、アバランシェ増
倍用層としての半導体領域４において、光吸収層として
の半導体層８に比し高い加速電界が得られることに変り
がなく、従って、上述した、図３で前述した従来のアバ
ランシェフォトダイオ―ドの場合と同様のアバランシェ
フォトダイオ―ドとしての機能が、効果的に得られるこ
とに変りはない。Furthermore, the semiconductor layer 1 as a sheet-doped layer
Even if 7 has a wider energy band gap than the semiconductor layer 8 as a light absorption layer, it is equivalent to the semiconductor layer 5a as a barrier layer that constitutes the semiconductor region 4 as an avalanche multiplication layer. Since it has only a narrow energy bandgap compared to that, a higher accelerating electric field can still be obtained in the semiconductor region 4 as the avalanche multiplication layer than in the semiconductor layer 8 as the light absorption layer, Therefore, the function as an avalanche photodiode similar to that of the conventional avalanche photodiode described above with reference to FIG. 3 can still be effectively obtained.
【００２８】なお、上述においては、本発明によるアバ
ランシェフォトダイオ―ドの１つの実施例を示したに過
ぎず、半導体領域１においてバッファ用層としての半導
体層３を省略した構成とすることもできる。Note that the above description merely shows one embodiment of the avalanche photodiode according to the present invention, and the semiconductor layer 3 as a buffer layer may be omitted in the semiconductor region 1. .
【００２９】また、半導体領域６において、半導体層９
及び１０、または半導体層６及び７を省略した構成とす
ることもできる。Furthermore, in the semiconductor region 6, the semiconductor layer 9
and 10, or a configuration in which the semiconductor layers 6 and 7 are omitted.
【００３０】さらに、半導体領域４において、バリア層
としての半導体層５ａがＩｎ ０．５２Ａｌ ０．４８
Ａｓでなるとき、井戸層としての半導体層５ｂをＩｎ
０．５３ Ｇａ ０．４７ Ａｓでなるものとするこ
ともでき、さらに、半導体領域６において、光吸収層と
しての半導体層８がＩｎ ０．５３ Ｇａ ０．４７
Ａｓでなるとき、シ―トド―プ層としての半導体層１７
をＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （０＜ｘ≦
１、０≦ｙ＜１）でなるものとすることもでき、もちろ
ん、半導体領域１の半導体基板２及び半導体層３、半導
体領域４の超格子構造５の半導体領域５ａ及び５ｂ、及
び半導体領域６の半導体層１７、８及び１１の材料を、
上例の場合とは変更して、上例の場合と同様の作用効果
を得るようにすることもでき、その他、本発明のその他
、本発明の精神を脱することなしに、種々の変型、変更
をなし得るであろう。Furthermore, in the semiconductor region 4, the semiconductor layer 5a as a barrier layer is made of In 0.52Al 0.48
When made of As, the semiconductor layer 5b as a well layer is made of In.
0.53 Ga 0.47 As, and furthermore, in the semiconductor region 6, the semiconductor layer 8 as a light absorption layer may be made of In 0.53 Ga 0.47
When made of As, the semiconductor layer 17 as a sheet-doped layer
Inx Ga1-x Asy P1-y (0<x≦
1, 0≦y<1), and of course, the semiconductor substrate 2 and semiconductor layer 3 of the semiconductor region 1, the semiconductor regions 5a and 5b of the superlattice structure 5 of the semiconductor region 4, and the semiconductor region 6 The materials of the semiconductor layers 17, 8 and 11 are
The above example can be changed to obtain the same effect as the above example, and various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the spirit of the present invention. changes could be made.
【図１】本発明によるアバランシェフォトダイオ―ドの
実施例を示す略線的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an avalanche photodiode according to the present invention.
【図２】図１に示す本発明によるアバランシェフォトダ
イオ―ドの暗電流特性を図４に示す従来のアバランシェ
フォトダイオ―ドの場合と対比して示す図である。2 is a diagram showing dark current characteristics of the avalanche photodiode according to the present invention shown in FIG. 1 in comparison with that of the conventional avalanche photodiode shown in FIG. 4;
【図３】従来のアバランシェフォトダイオ―ドを示す略
線的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a conventional avalanche photodiode.
【図４】図１及び図３に示す本発明によるアバランシェ
フォトダイオ―ドの説明に供する内部の各位置における
電界強度分布図である。FIG. 4 is an electric field strength distribution diagram at various positions inside the avalanche photodiode according to the present invention shown in FIGS. 1 and 3 for explanation.
１ 半導体領域２
半導体基板３
半導体層４ 半
導体領域５ａ、５ｂ 半導体層
６ 半導体領域７、８、９
、１０、１１半導体層
１３、１５ 電極
１４ 窓1 Semiconductor area 2
Semiconductor substrate 3
Semiconductor layer 4 Semiconductor regions 5a, 5b Semiconductor layer 6 Semiconductor regions 7, 8, 9
, 10, 11 semiconductor layer 13, 15 electrode 14 window
Claims (1)
記第１の半導体領域上に形成され且つｎ型不純物及びｐ
型不純物のいずれも意図的に導入させていないアバラン
シェ増倍領域としての第２の半導体領域と、上記第２の
半導体領域上に形成され且つｐ型を有する第３の半導体
領域と、上記第１及び第３の半導体領域にそれぞれ付さ
れた第１及び第２の電極とを有し、上記第２の半導体領
域が、バリア層としての第１の半導体層と井戸層として
の第２の半導体層とが交互順次に積層されている超格子
構造を有し、上記第３の半導体領域が、シ―トド―プ層
としての第３の半導体層と、上記第３の半導体層上に形
成され且つ上記第３の半導体層に比し低い不純物濃度と
厚い厚さとを有する光吸収層としての第４の半導体層と
、上記第４の半導体層上に形成され且つ上記第４の半導
体層に比し高い不純物濃度を有する第５の半導体層とを
有するアバランシェフォトダイオ―ドにおいて、上記第
３の半導体層が、上記第４の半導体層に比し広いエネル
ギバンドギャップを有し且つ上記第１の半導体層と等し
いかそれに比し狭いエネルギバンドギャップを有するこ
とを特徴とするアバランシェフォトダイオ―ド。1. A first semiconductor region having an n-type, and a first semiconductor region formed on the first semiconductor region and containing an n-type impurity and a p-type impurity.
a second semiconductor region as an avalanche multiplication region into which no type impurity is intentionally introduced; a third semiconductor region formed on the second semiconductor region and having p-type; and a first and second electrode attached to a third semiconductor region, respectively, and the second semiconductor region includes a first semiconductor layer as a barrier layer and a second semiconductor layer as a well layer. and has a superlattice structure in which layers are alternately stacked, and the third semiconductor region is formed on a third semiconductor layer as a sheet-doped layer and on the third semiconductor layer, and a fourth semiconductor layer as a light absorption layer having a lower impurity concentration and a thicker thickness than the third semiconductor layer; and a fourth semiconductor layer formed on the fourth semiconductor layer and having a larger thickness than the fourth semiconductor layer. and a fifth semiconductor layer having a high impurity concentration, wherein the third semiconductor layer has a wider energy band gap than the fourth semiconductor layer and has a higher energy bandgap than the first semiconductor layer. 1. An avalanche photodiode characterized in that it has an energy band gap equal to or narrower than that of the layer.
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| JP3070620A JP2877215B2 (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Avalanche Photo Diode |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH06244451A (en) * | 1992-12-22 | 1994-09-02 | Korea Electron Telecommun | Avalanche photodiode provided with amplification layer of superlattice structure |
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1991
- 1991-03-11 JP JP3070620A patent/JP2877215B2/en not_active Expired - Lifetime
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