JPS6398157A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS6398157A JPS6398157A JP61242939A JP24293986A JPS6398157A JP S6398157 A JPS6398157 A JP S6398157A JP 61242939 A JP61242939 A JP 61242939A JP 24293986 A JP24293986 A JP 24293986A JP S6398157 A JPS6398157 A JP S6398157A
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- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
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Landscapes
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は長波長１．５５μｍ帯光通信システムに用いら
れる受光素子に係り、特に１０ Ｇ ｂ ／ ｓの高速
応答を達成するのに好適な半導体受光素子に関する。
れる受光素子に係り、特に１０ Ｇ ｂ ／ ｓの高速
応答を達成するのに好適な半導体受光素子に関する。
変調ドープ量子多重井戸を用いた光伝導形の受光素子と
しては、に、 ＫｅａｄｅらがＧａＡ Ｑ ／Ａ Ｑ
ＧａＡｓ系の材料を用いて試作し、全半値幅３３ｐｓの
高速応答性を実現している（アプライド・フィジックス
・レター第４８巻（１９８６年）第１０９６〜１０９７
頁（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｓｔｔ、。
しては、に、 ＫｅａｄｅらがＧａＡ Ｑ ／Ａ Ｑ
ＧａＡｓ系の材料を用いて試作し、全半値幅３３ｐｓの
高速応答性を実現している（アプライド・フィジックス
・レター第４８巻（１９８６年）第１０９６〜１０９７
頁（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｓｔｔ、。
Ｖｏｌ ４ｇ、 １０９６〜１０９７ （１９８６）
）参照） ａ Ｋ、 Ｋａａｄｅらは光吸収層としてア
ンドープＧ ａ Ａ ｓ 、スペーサ層としてアンドー
プＧａＡ Ｑ Ａｓ１、 ドーピング層としてＰ型Ｇ
ａＡ Ｑ Ａｓの三層を単位周期とする変調ドープ量子
多重井戸を用いた。
）参照） ａ Ｋ、 Ｋａａｄｅらは光吸収層としてア
ンドープＧ ａ Ａ ｓ 、スペーサ層としてアンドー
プＧａＡ Ｑ Ａｓ１、 ドーピング層としてＰ型Ｇ
ａＡ Ｑ Ａｓの三層を単位周期とする変調ドープ量子
多重井戸を用いた。
上記従来技術において、光吸収層であるＧａＡｓの禁止
帯幅は１．４２ｅＶ（０，８７μｍ）であり、禁止帯幅
より長波長側にある１、５５μｍ帯用の受光素子として
は使用できないという問題点があった。
帯幅は１．４２ｅＶ（０，８７μｍ）であり、禁止帯幅
より長波長側にある１、５５μｍ帯用の受光素子として
は使用できないという問題点があった。
本発明の目的は、上記問題点を改善するために１．５５
μｍ帯で受光可能でかっ１０Ｇｄ／ｓ以上の高速動作を
する受光素子の構造を提供することにある。
μｍ帯で受光可能でかっ１０Ｇｄ／ｓ以上の高速動作を
する受光素子の構造を提供することにある。
上記目的は、光吸収層を変調ドープ半導体超格子を用い
た光伝導形の受光素子と実現することにより達成される
。
た光伝導形の受光素子と実現することにより達成される
。
変調ドープした超格子としては、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎ
Ｐ層の単一量子井戸または多重量子井戸でＩｎＰｉをＰ
型にドープする構造またＩｎＧａＡｓ層とＩｎＡ Ｑ
Ａｓ層の単一量子井戸または多重量子井戸でＩｎＧａＡ
ｓ層にＰ型ドープする構造がある。
Ｐ層の単一量子井戸または多重量子井戸でＩｎＰｉをＰ
型にドープする構造またＩｎＧａＡｓ層とＩｎＡ Ｑ
Ａｓ層の単一量子井戸または多重量子井戸でＩｎＧａＡ
ｓ層にＰ型ドープする構造がある。
本発明において、入射した１、５５μｍ帯の光は、Ｉｎ
ＧａＡｓ層で吸収され、電子・正孔を発生する光吸収に
より発生した電子は、ＩｎＧａＡｓ層の電位勾配により
Ｉ ｎ Ｐ ／ ＩｎＧａＡｓのへテロ界面のポテンシ
ャルの溝に落ち２次元電子ガスを形成する。一方、正孔
は電位勾配よりＩｎＰ基板方向へ移動し、その電位を高
める。
ＧａＡｓ層で吸収され、電子・正孔を発生する光吸収に
より発生した電子は、ＩｎＧａＡｓ層の電位勾配により
Ｉ ｎ Ｐ ／ ＩｎＧａＡｓのへテロ界面のポテンシ
ャルの溝に落ち２次元電子ガスを形成する。一方、正孔
は電位勾配よりＩｎＰ基板方向へ移動し、その電位を高
める。
以上のように１本発明では、光吸収によって生じた電子
をＩｎＧａＡｓ層内に生じる２次元電子ガスとして走行
させるので、電子の移動度すなわちドリフト速度を増大
させることができ、高速応答を達成することができる。
をＩｎＧａＡｓ層内に生じる２次元電子ガスとして走行
させるので、電子の移動度すなわちドリフト速度を増大
させることができ、高速応答を達成することができる。
以下１本発明の実施例を図により説明する。
実施例１
第１図（ａ）はＩｎＰ系変調ドープ多重量子井戸光伝導
形受光素子の縦断面、（ｂ）は変調ドープ多重量子井戸
の構成図である。
形受光素子の縦断面、（ｂ）は変調ドープ多重量子井戸
の構成図である。
まず１本実施例の構成を説明する。
分子線エピタキシー法（Ｍ Ｂ Ｅ法）、有機金属熱分
解気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により半絶縁性ＩｎＰ基
板１上にアンドープＩｎＰ層２、ＩｎＧａＡｓとＩｎＰ
の変調ドープ多重量子井戸３．アンドープＩ ｎ Ｐ層
４を連続成長させる。 ＩｎＧａＡｓとＩｎＰの多重量
子井戸３の構成は、アンドープＩｎＧａＡｓ層（５００
人）７．アンドープＩｎＰ層（３００人）８．Ｐ型Ｉｎ
Ｐ層（５００人）９からなる単位を２０層積ねている。
解気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により半絶縁性ＩｎＰ基
板１上にアンドープＩｎＰ層２、ＩｎＧａＡｓとＩｎＰ
の変調ドープ多重量子井戸３．アンドープＩ ｎ Ｐ層
４を連続成長させる。 ＩｎＧａＡｓとＩｎＰの多重量
子井戸３の構成は、アンドープＩｎＧａＡｓ層（５００
人）７．アンドープＩｎＰ層（３００人）８．Ｐ型Ｉｎ
Ｐ層（５００人）９からなる単位を２０層積ねている。
Ｐ型コンタクト層５はＺｎの選択熱拡散またはＭｇイオ
ン注入により形成する。Ｐ型オーミック電極６はＡ ｕ
／ Ｆ ｅ ／ Ｔ ｉを用いる。良好なオーミック
特性を得るためコンタクト層５の表面濃度１ｔｌｘｌｏ
”■″″８″８以上！する。
ン注入により形成する。Ｐ型オーミック電極６はＡ ｕ
／ Ｆ ｅ ／ Ｔ ｉを用いる。良好なオーミック
特性を得るためコンタクト層５の表面濃度１ｔｌｘｌｏ
”■″″８″８以上！する。
次に本実施例の動作について説明する。
入射した光はＩｎＧａＡｓ層７で吸収され、電子と正孔
を発生する。発生した電子は電位勾配によりＩｎＧａＡ
ｓ層７とＩｎＰ層８のへテロ界面に存在するポテンシャ
ルの溝に集められる。集められた電子は、結晶成長面に
平行な電界によってオーミック電極に倒達し、光電流と
して外部に取り出す。ポテンシャルの溝に存在する電子
は二次元電子ガスであり、アンドープＩｎＧａＡｓ層内
に形成されるため、イオン化不純物散乱の影響を抑える
ことができ、従来より高い移動度が期待できる。一般に
伝導形量光素子の高速応答性は光を吸収して発生した少
数キャリア（本実施例の場合は電子）のドリフト速度に
よって決まる０本実施例では従来より高い移動度が得ら
れるため、ドリフト速度を速くすることができ、１０Ｇ
ｄ／ｓの高速応答性が可能となる。また、量子効率につ
いても、キャリアの寿命とキャリアの走行時間の比で決
まる利得をもち、１００％以上を期待できる。
を発生する。発生した電子は電位勾配によりＩｎＧａＡ
ｓ層７とＩｎＰ層８のへテロ界面に存在するポテンシャ
ルの溝に集められる。集められた電子は、結晶成長面に
平行な電界によってオーミック電極に倒達し、光電流と
して外部に取り出す。ポテンシャルの溝に存在する電子
は二次元電子ガスであり、アンドープＩｎＧａＡｓ層内
に形成されるため、イオン化不純物散乱の影響を抑える
ことができ、従来より高い移動度が期待できる。一般に
伝導形量光素子の高速応答性は光を吸収して発生した少
数キャリア（本実施例の場合は電子）のドリフト速度に
よって決まる０本実施例では従来より高い移動度が得ら
れるため、ドリフト速度を速くすることができ、１０Ｇ
ｄ／ｓの高速応答性が可能となる。また、量子効率につ
いても、キャリアの寿命とキャリアの走行時間の比で決
まる利得をもち、１００％以上を期待できる。
実施例２
第２図は単一量子井戸を用いた変調ドープ光伝導形量光
素子を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１１上にアンドープＩ
ｎＰＪｉ９１２、アンドープＩｎＧａＡｓ層１３、アン
ドープＩｎＰ層１４．Ｐ型工ｎＰ層１５をＭＢＥ法また
はＭＯＣＶＤ法を用いて連続成長させる。Ｐ型コンタク
ト層１６、オーミック電極１７は実施例１の場合と同様
である。本実施例２の場合、入射した光はアンドープＩ
ｎＧａＡｓ層１３で吸収され、電子と正孔を発生し、少
数キャリアの電子がドリフトしてオーミック電極に集め
られる。
素子を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１１上にアンドープＩ
ｎＰＪｉ９１２、アンドープＩｎＧａＡｓ層１３、アン
ドープＩｎＰ層１４．Ｐ型工ｎＰ層１５をＭＢＥ法また
はＭＯＣＶＤ法を用いて連続成長させる。Ｐ型コンタク
ト層１６、オーミック電極１７は実施例１の場合と同様
である。本実施例２の場合、入射した光はアンドープＩ
ｎＧａＡｓ層１３で吸収され、電子と正孔を発生し、少
数キャリアの電子がドリフトしてオーミック電極に集め
られる。
したがって本実施例の場合も実施例１の場合と同様に高
速応答性を示すことが分かる。
速応答性を示すことが分かる。
本実施例によれば、ホトキャリアがＩｎＧａＡｓ層内に
存在する二次元電子ガス中を走行し、少数キャリアの電
子のドリフト速度を増大させることができるため、１０
Ｇ ｄ ／ ｓ以上の高速応答性をもつ受光素子が得
られる。
存在する二次元電子ガス中を走行し、少数キャリアの電
子のドリフト速度を増大させることができるため、１０
Ｇ ｄ ／ ｓ以上の高速応答性をもつ受光素子が得
られる。
また、実発明を丁ｎＧａＡｓ／ ＩｎＡ Ｑ Ａｓ系の
変調ドープ超格子に適応した場合も、同様な効果が得ら
れることは言うまでもない。
変調ドープ超格子に適応した場合も、同様な効果が得ら
れることは言うまでもない。
本発明によれば、１．５５μｍ帯光通信システムに用い
ら九る極めて高速な受光素子を得ることができる。また
、光伝導層受光素子は内部利得を持つため、１００％以
上の量子効率を実現することができる。
ら九る極めて高速な受光素子を得ることができる。また
、光伝導層受光素子は内部利得を持つため、１００％以
上の量子効率を実現することができる。
また、高速電子素子と、モノリシック集積化し易いとい
う効果を持つ。
う効果を持つ。
第１図（ａ）は本発明の一実施例の変調ドープ量子多重
井戸光伝導形量光素子の縦断面図、第１図（ｂ）は第１
図（ａ）変調ドープ超格子層３の一例として示した丁ｎ
ＧａＡｓ／ Ｉ ｎ Ｐ量子多重井戸の具体的構成図、
および第２図は変調ドープホー量子井戸光伝導形受光素
子の縦断面である。 ｌ・・・半絶縁性１ｎＰ基板、２・・・アンドープＩｎ
Ｐ層、３・・・ＩｎＧａＡｓ／ Ｉ ｎ Ｐ変調ドープ
多重量子井戸。 ４・・・アンドープＩｎＰ層、５・・・Ｐ型コンタク１
へ層（ＺｎｏｒＣｄ拡散またはＭｇイオン注入）、６・
・・オーミック電極（Ａ ｕ ／ Ｐ ｔ ／ Ｔ ｉ
） 、 ７・・・アンドープＩｎＧａＡｓ層、８・・
・アンドープエｎＰ層、９・・・Ｐ型ＩｎＰ層、１１・
・・半絶縁性ＩｎＰ基板、１２・・・アンドープＩｎＰ
層、１３・・・アンドープＩｎＧａＡｓ層、１４−・・
アンドープエｎＰ層、ｌ ５−Ｐ型ＩｎＰ層、１６・・
・アンドープＩｎＰＭ、１７・・・Ｐ型コンタク１〜層
（ＺｎまたはＣｄ拡散、Ｍｇイオン注入）、１８・・・
オーミック電極（Ａ ｕ ／ Ｐ ｔ／Ｔ ； ）
− 一＼
井戸光伝導形量光素子の縦断面図、第１図（ｂ）は第１
図（ａ）変調ドープ超格子層３の一例として示した丁ｎ
ＧａＡｓ／ Ｉ ｎ Ｐ量子多重井戸の具体的構成図、
および第２図は変調ドープホー量子井戸光伝導形受光素
子の縦断面である。 ｌ・・・半絶縁性１ｎＰ基板、２・・・アンドープＩｎ
Ｐ層、３・・・ＩｎＧａＡｓ／ Ｉ ｎ Ｐ変調ドープ
多重量子井戸。 ４・・・アンドープＩｎＰ層、５・・・Ｐ型コンタク１
へ層（ＺｎｏｒＣｄ拡散またはＭｇイオン注入）、６・
・・オーミック電極（Ａ ｕ ／ Ｐ ｔ ／ Ｔ ｉ
） 、 ７・・・アンドープＩｎＧａＡｓ層、８・・
・アンドープエｎＰ層、９・・・Ｐ型ＩｎＰ層、１１・
・・半絶縁性ＩｎＰ基板、１２・・・アンドープＩｎＰ
層、１３・・・アンドープＩｎＧａＡｓ層、１４−・・
アンドープエｎＰ層、ｌ ５−Ｐ型ＩｎＰ層、１６・・
・アンドープＩｎＰＭ、１７・・・Ｐ型コンタク１〜層
（ＺｎまたはＣｄ拡散、Ｍｇイオン注入）、１８・・・
オーミック電極（Ａ ｕ ／ Ｐ ｔ／Ｔ ； ）
− 一＼
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性ＩｎＰ基板上少なくも光を吸収するための
光吸収層を含む複数の半導体層を積層して形成される受
光素子において、光吸収層を変調ドープ半導体超格子と
することを特徴とする半導体受光素子。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の半導体受光素子にお
いて上記変調ドープ半導体超格子を ＩｎＧａＡｓとＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌ
Ａｓから成る変調ドープ多重量子井戸または単一量子井
戸とすることを特徴とする半導体受光素子。 ３、特許請求の範囲第２項に記載の半導体装置において
、上記変調ドープ多重量子井戸がアンドープＩｎＧａＡ
ｓ層（３００〜７００Å）アンドープ）ＩｎＰ層または
ＩｎＧａＡｓ層（２００〜４００Å）Ｐ型ＩｎＰ層また
はＩｎＡｌＡｓ層（４００〜６００Å）で構成されるこ
とを特徴とする光伝導形半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61242939A JPS6398157A (ja) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61242939A JPS6398157A (ja) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6398157A true JPS6398157A (ja) | 1988-04-28 |
Family
ID=17096466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61242939A Pending JPS6398157A (ja) | 1986-10-15 | 1986-10-15 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6398157A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111668327A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-15 | 三明学院 | 一种新型电容式光电探测器 |
-
1986
- 1986-10-15 JP JP61242939A patent/JPS6398157A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111668327A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-15 | 三明学院 | 一种新型电容式光电探测器 |
| CN111668327B (zh) * | 2020-06-22 | 2022-04-22 | 三明学院 | 一种电容式光电探测器 |
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