JPS61292973A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS61292973A JPS61292973A JP60135470A JP13547085A JPS61292973A JP S61292973 A JPS61292973 A JP S61292973A JP 60135470 A JP60135470 A JP 60135470A JP 13547085 A JP13547085 A JP 13547085A JP S61292973 A JPS61292973 A JP S61292973A
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- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
- H01L31/035254—Superlattices; Multiple quantum well structures including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table, e.g. Si-SiGe superlattices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［概要コ
ｎｉｐｉ超格子層を光吸収層とし、アバランシ増倍して
光電流を感知するシリコン受光素子である。
光電流を感知するシリコン受光素子である。
［産業上の利用分野］
本発明は新規な半導体受光素子の構造に関する。
最近、光通信が実用化されているが、その通信線として
用いられている石英ダラスファイバは、１μｍ帯の長波
長の光に対して伝送損失が低いために、この長波長領域
での光通信が汎用されつつある。
用いられている石英ダラスファイバは、１μｍ帯の長波
長の光に対して伝送損失が低いために、この長波長領域
での光通信が汎用されつつある。
従って、特に、この領域においての低雑音・高感度な受
光素子が要望されている。
光素子が要望されている。
［従来の技術〕゛
昨今、この１μｍ帯の受光素子として、ＩｎＰ／Ｇａ１
ｎＡｓ −Ａ Ｐ Ｄ （Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏ
ｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、または、Ｇｅ−ＡＰＤが用いられ
ているが、ＩｎＰやＧｅのイオン化率比は清々２程 アバランシホトダイオードの形成には、大きな制約があ
る。
ｎＡｓ −Ａ Ｐ Ｄ （Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏ
ｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、または、Ｇｅ−ＡＰＤが用いられ
ているが、ＩｎＰやＧｅのイオン化率比は清々２程 アバランシホトダイオードの形成には、大きな制約があ
る。
第３図は一例として、メサ形のＩｎ Ｐ ／ Ｇａ１ｎ
Ａｓ −ＡＰＤの断面図を示しており、１はｎ” −１
ｎＰｊＪ板，２はＰ（燐）を含むｎ−ＧａＩｎＡｓ層，
３はｎ−ＩｎＰ層，４はｐ”−ＩｎＰ層，５は電極であ
るが、Ｇａ１ｎＡｓ （ Ｐ ）層２が光吸収層で、こ
こで光吸収により発生した正孔が、ｎ−ＩｎＰ層３とＩ
）” −ＩｎＰ層４との逆バイアスｐｎ接合でに輸送さ
れ、アバランシ（なだれ）効果によって光電流が増倍さ
れる構造である。
Ａｓ −ＡＰＤの断面図を示しており、１はｎ” −１
ｎＰｊＪ板，２はＰ（燐）を含むｎ−ＧａＩｎＡｓ層，
３はｎ−ＩｎＰ層，４はｐ”−ＩｎＰ層，５は電極であ
るが、Ｇａ１ｎＡｓ （ Ｐ ）層２が光吸収層で、こ
こで光吸収により発生した正孔が、ｎ−ＩｎＰ層３とＩ
）” −ＩｎＰ層４との逆バイアスｐｎ接合でに輸送さ
れ、アバランシ（なだれ）効果によって光電流が増倍さ
れる構造である。
ここに、イオン化率は、逆バイアスが印加されたｐｎ接
合の空乏層中のような高電界領域中で、電子、または正
孔が衝突イオン化を起こすために走行する距離の逆数で
あり、イオン化率比とは、その電子と正孔との比率であ
る。電子、または正孔の何れかが他方より著しく大きい
場合には、なだれ増倍によって生ずるノイズは小さく、
低雑音・高感度な素子が得られるもので、イオン化率比
が２程度は余り高くない値である。
合の空乏層中のような高電界領域中で、電子、または正
孔が衝突イオン化を起こすために走行する距離の逆数で
あり、イオン化率比とは、その電子と正孔との比率であ
る。電子、または正孔の何れかが他方より著しく大きい
場合には、なだれ増倍によって生ずるノイズは小さく、
低雑音・高感度な素子が得られるもので、イオン化率比
が２程度は余り高くない値である。
［発明が解決しようとする問題点］
ところで、このような電子対正孔のイオン化率比が非常
に大きいのはシリコン（Ｓｉ）で、その値は約５０であ
ることが知られている。従って、シリコンのＡＰＤを作
成すれば、低雑音・高感度な理想的な受光素子が得られ
ると考えられる。
に大きいのはシリコン（Ｓｉ）で、その値は約５０であ
ることが知られている。従って、シリコンのＡＰＤを作
成すれば、低雑音・高感度な理想的な受光素子が得られ
ると考えられる。
しかし、シリコンの光に対する基礎吸収端波長が約１．
１μｍであり、また、シリコンは間接遷移であるから１
μｍの波長以上の光に対しては、光吸収係数が小さい。
１μｍであり、また、シリコンは間接遷移であるから１
μｍの波長以上の光に対しては、光吸収係数が小さい。
更に、現在汎用されている光通信用の１．３μｍ、１．
６μｍの波長帯では光感度がない。
６μｍの波長帯では光感度がない。
本発明はこのような問題点を解消して、１μｍμｍ長波
長光素子として高感度な５ｉ−ＡＰＤの構造を提案する
ものである。
長光素子として高感度な５ｉ−ＡＰＤの構造を提案する
ものである。
［問題点を解決するための手段］
その目的は、シリコン基板上に設けたＨｉｐｉ超格子構
造のシリコン層を光吸収層として、該超ｎｉｐｉ格子層
で生成された電子をシリコンｐｎ接合層に輸送し、アバ
ランシ増倍を起こさせるようにした構造を有する半導体
受光素子によって達成される。
造のシリコン層を光吸収層として、該超ｎｉｐｉ格子層
で生成された電子をシリコンｐｎ接合層に輸送し、アバ
ランシ増倍を起こさせるようにした構造を有する半導体
受光素子によって達成される。
［作用］
即ち、本発明は光吸収層としてｎｉｐｉ形超格子構造の
シリコン層を用いる。
シリコン層を用いる。
シリコン（Ｓｉ）をｎ１ｐｔ超格子層に形成すると、エ
ネルギーギャップが小さくなって、波長１μｍ帯の長波
長の光に感度が良くなるようになる。
ネルギーギャップが小さくなって、波長１μｍ帯の長波
長の光に感度が良くなるようになる。
［実施例］
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第１図は本発明にがかる一実施例のｎｉｐｉ超格子構造
の５ｉ−ＡＰＤの断面図を示しており、１１はｎ−−５
＋基板、１２はｎｉｐｉ超格子Ｓｉ層、１３はｐ −Ｓ
ｉ層、 １４はｎ”−５ｉ層、１５は電極で、ｎｉｐｉ
超格子Ｓｔ層１２の光吸収層で１μｍμｍ長波長が吸収
され、ｎ−Ｓｉ層１３とｐ” −５ｉｊｌ１４との逆バ
イアス°ｐｎ接合でアバランシが起こって、光電流が増
倍される構造である。
の５ｉ−ＡＰＤの断面図を示しており、１１はｎ−−５
＋基板、１２はｎｉｐｉ超格子Ｓｉ層、１３はｐ −Ｓ
ｉ層、 １４はｎ”−５ｉ層、１５は電極で、ｎｉｐｉ
超格子Ｓｔ層１２の光吸収層で１μｍμｍ長波長が吸収
され、ｎ−Ｓｉ層１３とｐ” −５ｉｊｌ１４との逆バ
イアス°ｐｎ接合でアバランシが起こって、光電流が増
倍される構造である。
このようなｎｉｐｉ超格子Ｓｉ層１２が光吸収層となる
理由を、第２図に示すエネルギーギヤツブ図によって説
明する。
理由を、第２図に示すエネルギーギヤツブ図によって説
明する。
第２図はバイアスが印加された状態のポテンシャル（縦
軸）図で、横軸は空間内の距離を示し、上方の部分にｎ
ｉ ｐ、 ｉ超格子層との関連を図示している。図中
の上の曲線は伝導帯Ｅｃ、下の曲線は荷電子帯Ｅνを示
し、伝導帯Ｅｃの四部層と荷電子帯Ｅｖの凸部層とに離
散的な電子又は正孔の準位が生ずる。
軸）図で、横軸は空間内の距離を示し、上方の部分にｎ
ｉ ｐ、 ｉ超格子層との関連を図示している。図中
の上の曲線は伝導帯Ｅｃ、下の曲線は荷電子帯Ｅνを示
し、伝導帯Ｅｃの四部層と荷電子帯Ｅｖの凸部層とに離
散的な電子又は正孔の準位が生ずる。
周知のように、ＳｉのエネルギーギャップＥｇは１．１
ｅνであって、現在では、そのままで波長０．８μｍの
短波長に感度の良い受光素子として使用されているが、
第２図に示すようなエネルギーギャップをもった、ｎｔ
ｐｉ超格子超格子Ｓ設層ると、伝導帯にある電子の準位
と価電子帯の正孔の準位との間で空間的な間接遷移によ
って光吸収が生じる。その最も低い遷移が実効的なエネ
ルギーギャップＥｇｅｆｆとなり、例えば、その値は約
０．８ｅＶと、Ｓｔのエネルギーギャソ７Ｅ８よりも０
．３ｅＶ程度小さくなる。
ｅνであって、現在では、そのままで波長０．８μｍの
短波長に感度の良い受光素子として使用されているが、
第２図に示すようなエネルギーギャップをもった、ｎｔ
ｐｉ超格子超格子Ｓ設層ると、伝導帯にある電子の準位
と価電子帯の正孔の準位との間で空間的な間接遷移によ
って光吸収が生じる。その最も低い遷移が実効的なエネ
ルギーギャップＥｇｅｆｆとなり、例えば、その値は約
０．８ｅＶと、Ｓｔのエネルギーギャソ７Ｅ８よりも０
．３ｅＶ程度小さくなる。
エネルギーギャップが０．８ｅＶ程度に小さくなると、
波長１．３μｍの光に適した感度の受光素子となり、か
くして長波長帯の光に惑じるシリコンの受光素子が得ら
れる。このようなｎｉｐｉ［格子Ｓｉ層の実効的カネル
ギーギャップＥｇｅｆｆは、超格子層の形成方法によっ
て、その格子層の幅を制御すれば変化し、更に長波長の
光に感度の良いＳｉ受光素子の形成も可能になる。
波長１．３μｍの光に適した感度の受光素子となり、か
くして長波長帯の光に惑じるシリコンの受光素子が得ら
れる。このようなｎｉｐｉ［格子Ｓｉ層の実効的カネル
ギーギャップＥｇｅｆｆは、超格子層の形成方法によっ
て、その格子層の幅を制御すれば変化し、更に長波長の
光に感度の良いＳｉ受光素子の形成も可能になる。
超格子層の形成には分子線エピタキシー成長法などが適
用され、層の幅を数１０人程度に制御して成長するもの
である。
用され、層の幅を数１０人程度に制御して成長するもの
である。
且つ、ｎｉｐｉ超格子Ｓｔ層１２で光吸収した後、ｐ−
３ｉ層１３とｎ” −５ｉ層１４との接合部での逆バイ
アスｐｎ接合でアバランシを起こさせて、光電流を増倍
させて受光するが、これは従来と同様である。
３ｉ層１３とｎ” −５ｉ層１４との接合部での逆バイ
アスｐｎ接合でアバランシを起こさせて、光電流を増倍
させて受光するが、これは従来と同様である。
［発明の効果コ
以上の説明から明らかなように、本発明によればイオン
化率比の大きいシリコンからなる長波長帯（１μｍ帯）
の受光素子が得られ、低雑音で、且つ、高感度の高性能
の良い受光素子となるものである。
化率比の大きいシリコンからなる長波長帯（１μｍ帯）
の受光素子が得られ、低雑音で、且つ、高感度の高性能
の良い受光素子となるものである。
第１図は本発明にかかる受光素子の断面図、第２図はｎ
１ｐｔ超格子層のエネルギーギャップ部、 第３図は従来の受光素子の断面図である。 図において、 １１はｎ−−３ｉ基板、 １２はｎｉｐｉ超格子層、
１３はｐ −５ｔ層、 １４はｎ” −５ｉ層、
１５は電極 を示している。 ＩＩＩ 図 ηｉＰｉ ８苓４与層のエチルイーヤ吟７７・２第 ２
ＦＩ！Ｉ
１ｐｔ超格子層のエネルギーギャップ部、 第３図は従来の受光素子の断面図である。 図において、 １１はｎ−−３ｉ基板、 １２はｎｉｐｉ超格子層、
１３はｐ −５ｔ層、 １４はｎ” −５ｉ層、
１５は電極 を示している。 ＩＩＩ 図 ηｉＰｉ ８苓４与層のエチルイーヤ吟７７・２第 ２
ＦＩ！Ｉ
Claims (1)
- シリコン基板上に設けたｎｉｐｉ超格子構造のシリコ
ン層を光吸収層として、該ｎｉｐｉ超格子層で生成され
た電子をシリコンｐｎ接合層に輸送し、アバランシ増倍
を起こさせるようにした構造を有することを特徴とする
半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60135470A JPS61292973A (ja) | 1985-06-20 | 1985-06-20 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60135470A JPS61292973A (ja) | 1985-06-20 | 1985-06-20 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61292973A true JPS61292973A (ja) | 1986-12-23 |
Family
ID=15152463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60135470A Pending JPS61292973A (ja) | 1985-06-20 | 1985-06-20 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61292973A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285476A (ja) * | 1985-08-30 | 1987-04-18 | サントル・ナシヨナル・ド・ラ・ルシエルシエ・シヤンテイフイク | 超格子による高速光検出方法および装置 |
| WO1991002381A1 (en) * | 1989-08-04 | 1991-02-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Photo-electric converter |
| US5132763A (en) * | 1991-02-07 | 1992-07-21 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | InAs hole-immobilized doping superlattice long-wave-infrared detector |
-
1985
- 1985-06-20 JP JP60135470A patent/JPS61292973A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285476A (ja) * | 1985-08-30 | 1987-04-18 | サントル・ナシヨナル・ド・ラ・ルシエルシエ・シヤンテイフイク | 超格子による高速光検出方法および装置 |
| WO1991002381A1 (en) * | 1989-08-04 | 1991-02-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Photo-electric converter |
| US5132763A (en) * | 1991-02-07 | 1992-07-21 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | InAs hole-immobilized doping superlattice long-wave-infrared detector |
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