(57)【要約】【課題】信号光の照射を止めた後も光吸収層に残り高速化を阻害する正孔を瞬時に消滅させることができる光吸収層を備えた超高速応答が可能なＭＳＭ型受光素子を提供する。【解決手段】光を吸収し電子−正孔対を生成する光吸収層と、少なくとも一つのショットキー接触型電極と、を有する金属−半導体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：ＭＳＭ）型受光素子であって、光吸収層がＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を含む。ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層の好ましい厚みは３ｎｍから１０ｎｍである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を吸収し電子−正孔対を生成する光吸収層と、少なくとも一つのショットキー接触型電極と、を有する金属−半導体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：ＭＳＭ）型受光素子であって、
前記光吸収層がＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を含むことを特徴とするＭＳＭ型受光素子。
【請求項２】
前記ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層の厚みが、３ｎｍから１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のＭＳＭ型受光素子。
【請求項３】
入射する信号光の少なくとも一部を透過する半導体基板上に前記光吸収層が形成され、
前記半導体基板側から前記信号光が入射される裏面入射型構造である請求項１又は２に記載のＭＳＭ型受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高速応答が可能な金属−半導体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：ＭＳＭ）型受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代超高速通信実現に向けて様々な技術的アプローチが行われている。次世代超高速通信の実現には、現行の光通信システムの更なるブラッシュアップが必須であり、様々な光デバイスの開発が行われている。これら光デバイスの中で特に注目されている半導体受光素子の一つとして、ＭＳＭ型受光素子が挙げられる。
【０００３】
ＭＳＭ型受光素子は、従来のＰＩＮ型受光素子と比較して素子容量が小さく、ＣＲ時定数制限による帯域抑圧を少なくすることが可能な構造なため、高速応答に適している。図５に、従来型のＭＳＭ型受光素子の構造例を示す。図５に示されたＭＳＭ型受光素子は、ショットキー型陰電極１、ショットキー型陽電極２、半絶縁性ＧａＡｓ基板３、アンドープのＧａＡｓ光吸収層４を有する。また、図５には表面入射光Ｌも示されている。
【０００４】
このＭＳＭ型受光素子の動作原理について説明する。まず、相対するショットキー型電極（ショットキー型陰電極１、ショットキー型陽電極２）にバイアス電圧を印加する。このとき、ショットキー型陰電極１は逆バイアス、ショットキー型陽電極２は順バイアスとする。表面入射光５は、光吸収層４で吸収され、電子−正孔対が生成される。該電子−正孔対は印加電圧によりそれぞれの極性方向、つまり電子はショットキー型陽電極２へ、正孔はショットキー型陰電極１に捕集され光電流として外部回路に取り出される。この素子構造では、半絶縁性ＧａＡｓ基板３の上にアンドープのＧａＡｓ光吸収層４が積層されるため、素子全体を空乏領域と見なすことが可能になり、素子容量を最小化しＣＲ時定数制限を緩和することができる。また、ショットキー型陰電極１とショットキー型陽電極２との間の距離を短くする櫛型構造を取ることによって電子と正孔との走行距離を設計でき、高速応答に優れる（非特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、ＧａＡｓ光吸収層は、およそ６３５ｎｍから８２０ｎｍの可視光付近の波長の光は吸収できるが、赤外光は透過してしまう。したがって、非特許文献１に記載のＭＳＭ型受光素子は、光通信に用いられる波長１μｍから１．７μｍの光を信号光として用いることができない。そこで、光通信に用いられる波長１μｍから１．７μｍの光を吸収することができるＩｎＧａＡｓ層を備えたＭＳＭ型受光素子が開示されている（特許文献１）。
【０００６】
ＩｎＧａＡｓは、ＩｎＰを基板とするとＩｎＰと格子整合が取れるため良好な結晶の育成が可能である。また、ＩｎＧａＡｓは高い電子移動度を持つ材料であるため、ＭＳＭ型受光素子の光吸収層に好適である。
【０００７】
上記の通り光吸収層にＩｎＧａＡｓ層を含むＭＳＭ型受光素子は優れているが、ＩｎＧａＡｓは、ＧａＡｓと異なりφＢ値が非常に小さいため、金属電極をＩｎＧａＡｓ層に直接接合させると、ショットキー接合を得ることが難しい。そこで、金属電極とＩｎＧａＡｓ層との間にショットキー接合を得るために、ＩｎＧａＡｓを用いたＭＳＭ型受光素子においては、金属電極とＩｎＧａＡｓ層との間に、バッファー層としてＩｎＡｌＡｓ層を導入する必要性がある。
【０００８】
しかしながら、ＩｎＡｌＡｓ層を設けることで、光吸収時に光吸収層で発生した電子−正孔対のうち正孔のみが光吸収層に留まり蓄積され、光の照射を止めた後に、この蓄積された正孔は、オージェ再結合を発現して消滅することが知られている（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．４５，  Ｎｏ．６Ａ，  ｐｐ．４９６０−４９６７，  （２００６））。この正孔の蓄積とオージェ再結合による消滅過程とが、上記ＭＳＭ型受光素子の応答特性の著しい低下を導き、高速化を阻害している。したがって、ＩｎＧａＡｓ層を光吸収層に用いるＭＳＭ型受光素子の超高速化は、正孔蓄積をいかに処理するかによって決定され、正孔移動度とオージェ再結合時間の短縮化とに大きく依存している。
【０００９】
近年、上記ＩｎＧａＡｓを用いたＭＳＭ型受光素子の更なる高速化のために、ショットキー電極間隔の縮小化や、ＩｎＧａＡｓ中のＩｎ組成比率を結晶成長可能な限界まで変化させる方法が行われている（特許文献２）。しかしながら、上記の通り、超高速化を実現するためには、蓄積した正孔を素早く消滅させることが必要であり、ショットキー電極間隔を縮小する方法、ＩｎＧａＡｓ中のＩｎ組成比率を結晶成長可能な限界まで変化させる方法による高速化手法は、抜本的な高速化への解決策にはならない。更に、ショットキー電極間の縮小化による改善は、微細化技術の限界があり、また、組成比率を変化させることによる改善は、ＩｎＧａＡｓ層中のＩｎ組成変化が最大２０％程度と限界がある。以上より、従来のＭＳＭ型受光素子の高速化は、限界に近づいているといえる。そこで、全く異なる考え方による抜本的な高速化への解決策が求められている。
【００１０】
また、ＭＳＭ型受光素子を製造することで、素子中の光吸収層の上方に高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を形成させることができる。上記のＭＳＭ型受光素子の超高速化を実現することができれば、光吸収層で光信号から変換された電流信号を、上記ＨＥＭＴで増幅するので、高性能且つ小型の光回路が得られることが知られている。このような点からも、ＭＳＭ型受光素子の超高速化は、強く求められている。
【００１１】
しかしながら、上記ＭＳＭ型受光素子の超高速化には、使用材料、素子構造、更には、結晶成長条件等の様々な条件を考慮しなければならず、現在でも、その実現には至っていない。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．２，  Ｎｏ．５，  ｐｐ．１１２−１１４（１９８１）
【特許文献１】特開２００７−１４９８８７号公報
【特許文献２】特開２００７−３１８１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、信号光の照射を止めた後も光吸収層に残り高速化を阻害する正孔を瞬時に消滅させることができる光吸収層を備えた超高速応答が可能なＭＳＭ型受光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、オージェ再結合においては、半導体材料の禁制帯幅が短ければ短いほど、オージェ再結合時間が短縮されることに着目し、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、光吸収層にＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を導入することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【００１４】
（１）  光を吸収し電子−正孔対を生成する光吸収層と、少なくとも一つのショットキー接触型電極と、を有する金属−半導体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：ＭＳＭ）型受光素子であって、前記光吸収層がＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を含むことを特徴とするＭＳＭ型受光素子。
【００１５】
（２）  前記ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層の厚みが、３ｎｍから１０ｎｍであることを特徴とする（１）に記載のＭＳＭ型受光素子。
【００１６】
（３）  入射する信号光の少なくとも一部を透過する半導体基板上に前記光吸収層が形成され、前記半導体基板側から前記信号光が入射される裏面入射型構造である（１）又は（２）に記載のＭＳＭ型受光素子。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光吸収層に禁制帯幅の小さいＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を導入することによって、光吸収層に蓄積した正孔がオージェ再結合により消滅するために掛かる時間を大幅に短縮することができる。その結果、本発明のＭＳＭ型受光素子は、超高速応答が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００１９】
＜ＭＳＭ型受光素子＞
図１は、本発明のＭＳＭ型受光素子の構造を示す断面図である。
【００２０】
先ず、図１に示すＭＳＭ型受光素子の構成について説明する。図１に示すＭＳＭ型受光素子は、基板１０１上に、バッファー層１０２、光吸収層１０３、Ｎ型不純物を多量にドープした電子供給層１０４、ショットキー接触を作るための層としてキャップ層１０５を備えている。そして、キャップ層１０５上にショットキー陰電極１０６及びショットキー陽電極１０７を備えている。
【００２１】
光吸収層１０３は、ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を有する。ＩｎＡｓ層、ＩｎＳｂ層は、ともに電子移動度、正孔移動度が、化合物半導体では類を見ないほど大きい。このため、ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層中における電子の反応速度は、極めて速くなる。また、本発明のＭＳＭ型受光素子は、禁制帯幅の小さいＩｎＡｓ層、ＩｎＳｂ層を有しているため、光吸収層１０３に蓄積した正孔はオージェ再結合により瞬時に消滅する。本発明では、上記の通り、光吸収層１０３に蓄積した正孔を瞬時に消滅させることができるため、高速応答を実現することができる。
【００２２】
本発明は、上記の通り、光吸収層１０３中に存在する狭い禁制帯幅を持つＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層に、電子及び正孔を蓄積させ、信号光の照射を止めた後、禁制帯幅の狭いこれらの層で、電子−正孔対をオージェ再結合させることによって、高速化を阻害する正孔を瞬時に消滅させる点が特徴である。したがって、本発明では、光吸収層１０３内で生成した電子−正孔対が、これらの層に溜まりやすくなるように調整されていることが好ましい。光吸収層１０３で生成する電子及び正孔が、容易にＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層に溜まるように調整されていれば、より素早く電子−正孔対を消滅させることができるからである。
【００２３】
電子−正孔対は、ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層で生成されてもよいし、光吸収層１０３に含まれる他の層で生成されてもよい。光吸収層１０３がＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層のみであってもよいが、これらの層のみでは、通信波長帯である波長１．０μｍから１．７μｍの波長の信号光を吸収することができない。
【００２４】
波長１．０μｍから１．７μｍの信号光を吸収することが可能な光吸収層１０３にする方法としては、波長１．０μｍから１．７μｍの光を吸収し、且つＩｎＡｓ層等と格子整合する層を光吸収層に導入する方法等が挙げられる。より具体的には、光吸収層１０３にＩｎＧａＡｓ層を導入する方法が挙げられる。
【００２５】
ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層とＩｎＧａＡｓ層とは、格子整合させることが可能である。また、ＩｎＧａＡｓ層は、バッファー層１０２として従来公知のＩｎＡｌＡｓ層、基板１０１として従来公知のＩｎＰ基板との間も格子整合させることが可能である。このように、ＩｎＧａＡｓ層を導入する方法は、波長１．０μｍから１．７μｍの信号光を吸収することが可能な光吸収層１０３にする方法として好ましい。
【００２６】
また、ＩｎＡｓ層とキャップ層１０５との間に存在するＩｎＧａＡｓ層中のＩｎ及びＧａの組成比を段階的に変化させることで、光吸収層１０３は、結晶構造として安定になるため好ましい。
【００２７】
ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層の好ましい厚みは、これらの層の格子定数と、これらの層に接する層の格子定数と、の差等により適宜変更される。上記のような、光吸収層１０３にＩｎＧａＡｓ層を導入し、ＩｎＡｓ層上又はＩｎＳｂ層上にＩｎＧａＡｓ層を積層した場合におけるＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層の好ましい厚みは、３ｎｍから１０ｎｍである。１０ｎｍ以上まで成長させると、ミスフィット転移が過剰に発生し、ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層は安定な結晶ではなくなりやすい（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２７  （１９７４）ｐｐ．１１８−１２５）。また、３ｎｍ以下にすると、電子をＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層中に閉じ込めることができず、受光素子として機能しない場合がある。なお、ＩｎＡｓ層が３ｎｍでも電子デバイスが作製可能であることは、例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ８１  （３）ｐｐ．１５５２−１５６５にも記載されている。
【００２８】
光吸収層１０３にＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層以外の層が含まれる場合、光吸収層１０３に含まれるＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層以外の層の好ましい厚みも特に限定されない。これらの層の好ましい厚みは、周りに形成される層の種類によって適宜変更される。ＭＳＭ型受光素子においては、信号光の吸収が起こる層は厚い方が好ましい。高い外部量子効率を有するＭＳＭ型受光素子になるからである。しかし、信号光の吸収が起こる層の厚みが厚くなりすぎると、ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層に電子及び正孔が、溜まりにくくなってしまう場合がある。信号光を吸収する層として、上記のようなＩｎＧａＡｓ層を導入する場合には、ＩｎＧａＡｓ層の厚みが１０ｎｍから１００ｎｍであることが好ましい。
【００２９】
本発明の備える光吸収層１０３としては、組成傾斜型光吸収層にする等して、光吸収層に内部電界が発生するように調整したものが好ましい。光吸収層１０３中に内部電界を生じさせることによって、光吸収層１０３中に無電界領域がなくなり、ショットキー陽電極１０６及びショットキー陰電極１０７での正孔及び電子の捕集効率が向上するからである。このように、内部電界を発生する光吸収層１０３を備えたＭＳＭ型受光素子にすることで、非常に高い外部量子効率を実現することができる。
【００３０】
基板１０１としては、上方にＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を積層可能な基板材料からなる基板であればよい。本発明のＭＳＭ型受光素子においては、基板１０１として、信号光を透過させる材料からなるものを用いることが好ましい。ＭＳＭ型受光素子の裏面（基板側）から信号光を入射させることができ、外部量子効率を向上させることができるからである。信号光の波長が１．０μｍから１．７μｍの場合に好ましい基板材料としてはＩｎＰが挙げられる。ＩｎＰ基板であれば、ＩｎＧａＡｓ層を介してＩｎＡｓ層を積層させることができるからである。また、ＩｎＰ基板は、波長１．０μｍから１．７μｍの光を透過させる。したがって、基板１０１としてＩｎＰ基板を用い、光吸収層に波長１．０μｍから１．７μｍの信号光を吸収するための層を導入することで、通信波長帯の信号光に対して利用可能であり、且つ裏面照射することで、非常に高い外部量子効率を実現することができる高速応答可能なＭＳＭ型受光素子になる。
【００３１】
バッファー層１０２は、基板１０１と光吸収層１０３との間の格子定数の不整合による結晶欠陥発生を防止するため、基板１０１上に光吸収層１０３を安定に積層するため等の目的で設けられるものである。したがって、基板と光吸収層とが、格子整合する場合等には必ずしも必要ではない。また、上記の通り、ＭＳＭ型受光素子の裏面から信号光を入射させることができるＭＳＭ型受光素子であることが好ましいため、本発明のＭＳＭ受光素子が有するバッファー層１０２としては、信号光を透過させることができるバッファー層が好ましい。
【００３２】
本発明のＭＳＭ型受光素子においては、Ｎ型不純物を多量にドープした電子供給層１０４を導入することで、ＭＳＭ型受光素子中にＨＥＭＴを形成させることができる。ゲート電極を設けることで、本発明のＭＳＭ型受光素子の光吸収層１０３で光信号から変換された電流信号を、上記ＨＥＭＴで増幅することができる。その結果、本発明のＭＳＭ型受光素子は、極めて小さな光回路になる。また、本発明のＭＳＭ型受光素子は、高速応答が可能であるため、非常に優れた光回路になる。
【００３３】
電子供給層１０４の材料、厚み等は特に限定されず、ＨＥＭＴにおける電子供給層としての役割を果たす材料であり、隣接する層と格子整合するものであれば特に限定されない。
【００３４】
キャップ層１０５は、光吸収層１０３とショットキー陽電極１０６又はショットキー陰電極１０７との間にショットキー障壁を発生させるための層である。光吸収層１０３の中のショットキー陽電極１０６又はショットキー陰電極１０７と接合する層の禁制帯幅が狭い場合には、光吸収層１０３とショットキー陽電極１０６等との間にショットキー接合を形成させることが困難である。キャップ層１０５は、ショットキー接合による障壁ができないことにより大きくなる暗電流を抑えるために必要になる。
【００３５】
上記の通り、キャップ層１０５を備えるＭＳＭ型受光素子では、正孔が光吸収層に溜り、高速応答を阻害することが知られているが、本発明のＭＳＭ型受光素子は、光吸収層が禁制帯幅の狭いＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を有するため、蓄積した正孔をオージェ再結合により瞬時に消滅させることができる。その結果、本発明によれば、キャップ層を備え正孔が蓄積するタイプのＭＳＭ型受光素子の高速応答を実現できる。
【００３６】
キャップ層１０５の材料、厚み等は、特に限定されず、ショットキー陽電極１０６等と光吸収層１０３との間にショットキー接合を形成することによって、暗電流が大きくなることを防ぐことができ、隣接する層と格子整合するものであればよい。
【００３７】
本発明のＭＳＭ型受光素子において、ショットキー陽電極１０６、ショットキー陰電極１０７としては、従来公知のものを用いることができる。電極幅、電極間隔についても特に限定されるものではなく、使用する電極材料や接合する層に合わせて適宜変更することができる。従来のＭＳＭ型受光素子においては、電極幅が少し長くなると電子及び正孔の走行距離が長くなり高速応答を阻害することが問題となっていた。しかし、本発明のＭＳＭ型受光素子は、光吸収層１０３が禁制帯幅の狭いＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を有するので、オージェ再結合によって電子−正孔対を瞬時に消滅させることができる。その結果、本発明のＭＳＭ型受光素子であれば、比較的長い電極間隔であっても高速応答を実現することができる。
【００３８】
＜ＭＳＭ型受光素子の製造方法＞
基板１０１上にバッファー層１０２、光吸収層１０３、電子供給層１０４、キャップ層１０５を積層する方法としては、従来公知の方法を用いることができる。従来公知の方法としては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー成長法（ＭＢＥ）等の結晶成長方法が挙げられる。
【００３９】
ＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を有する光吸収層１０３が、複数の種類の層を有する場合にも上記のような結晶成長法により積層することができる。ＩｎＡｓ層を積層する方法としては、例えば、「Ｌｏｇｉｃ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ４０ｎｍ  ＩｎＡｓ  ＨＥＭＴｓ」．，ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈ．，Ｄｉｇ（２００７）ｐｐ．６２９−６３２に記載の方法や、「Ｓｕｂ  ５０ｎｍ  ＩｎＰ  ＨＥＭＴ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｆｍａｘ  Ｇｒｅａｔｅｒ  ｔｈａｎ  １ＴＨｚ」．，ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈ．，Ｄｉｇ（２００７）ｐｐ．６０９−６１１に記載の方法が挙げられる。
【００４０】
ショットキー陽電極１０６、ショットキー陰電極１０７を積層する方法も特に限定されず、従来公知の方法を利用することができる。従来公知の方法としては、例えば、真空蒸着法等が挙げられる。
【００４１】
＜ＭＳＭ型受光素子の性能＞
本発明のＭＳＭ型受光素子は、光吸収層１０３が禁制帯幅の狭いＩｎＡｓ層又はＩｎＳｂ層を有することによって、高速応答可能が可能になる。具体的には、本発明のＭＳＭ型受光素子であれば、後述する方法で測定した応答時間が４０ｐｓ以下を実現することができる。
【００４２】
上記の通り、本発明のＭＳＭ型受光素子によれば、非常に高い量子効率を実現することができる。具体的には、本発明のＭＳＭ型受光素子は、６５％以上の外部量子効率を実現することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
＜実施例のＭＳＭ型受光素子の作製＞
半絶縁性ＩｎＰ基板上に、バッファー層としてノンドープのＩｎＡｌＡｓ層、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ−ＩｎＡｓ−Ｉｎ０．７Ｇａ０．３Ａｓ−Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ（８ｎｍ／３ｎｍ／５ｎｍ／５ｎｍ）の多層構造を持つ組成傾斜型光吸収層（以下、単に「光吸収層」とする）、Ｎ型不純物を多量にドープしたＩｎＡｌＡｓ層、最後にショットキー接触を目的としたショットキーコンタクト層としてノンドープのＩｎＡｌＡｓ層、以上の４層を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって半絶縁性ＩｎＰ基板順次積層した。ＭＯＣＶＤ法による成長は、各結晶層へのミスフィット転位の発生を抑制するため４００℃の低温にて行った。ＩｎＡｌＡｓ層に導入したＮ型不純物はＳｉである。また、ＩｎＡｌＡｓ層に対するドーピング濃度は１×１０１９ｃｍ−３とした。ノンドープのＩｎＡｌＡｓ層上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（１００ｎｍ／１００ｎｍ／１００００ｎｍ）からなるショットキー陰電極及びショットキー陽電極を真空蒸着法にて電極幅１．０μｍになるように積層させた。
【００４５】
実施例のＭＳＭ型受光素子の構造の断面図を図２に示した。また、実施例のＭＳＭ型受光素子のバンド構造を図３に示した。
【００４６】
＜比較例１のＭＳＭ型受光素子の作製＞
半絶縁性ＩｎＰ基板上にバッファー層としてノンドープのＩｎＡｌＡｓ層、光吸収層としてＩｎＰ基板に格子整合するＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層を１５ｎｍ、Ｎ型不純物を多量にドープしたＩｎＡｌＡｓ層、ショットキーコンタクト層であるノンドープのＩｎＡｌＡｓ層、以上４層をＭＯＣＶＤ法によって半絶縁性ＩｎＰ基板に順次積層した。ＩｎＧａＡｓ−ＭＳＭ用のエピタキシャルウエハは格子整合型であるため結晶成長中にミスフィット転位は発生しない。そのため結晶成長温度は４９０℃とした。またＩｎＡｌＡｓ層に導入したＮ型不純物はＳｉであり、ドーピング濃度は１×１０１９ｃｍ−３とした。ノンドープのＩｎＡｌＡｓ層上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（１００ｎｍ／１００ｎｍ／１００００ｎｍ）からなるショットキー陰電極及びショットキー陽電極を真空蒸着法にて電極幅０．１μｍになるように積層させた。
【００４７】
＜比較例２のＭＳＭ型受光素子＞
市販のＭＳＭ型受光素子（浜松ホトニクス社製ＭＳＭフォトディテクタ、商品名「Ｇ７０９６‐０３」）
【００４８】
＜評価＞
図４に実施例のＭＳＭ型受光素子の光応答特性を示す。測定はＭＳＭ型受光素子にバイアス１．０Ｖを与え、その後、光カップラーでフェムト秒レーザ（Ｆｉａｎｉｕｍｓ社製、４００ｆｓ、１．５５μｍ、７５ＭＨｚ）とＣＷレーザとをカップリングし、ＭＳＭ型受光素子裏面に照射し、光応答信号をバイアスティー（ＨＰ１１６６７Ｂ）にて分岐してサンプリングオシロスコープ（ＨＰ５４１２０Ｂ）で観測した。
【００４９】
実施例のＭＳＭ型受光素子の光応答特性は図４中では太線で示されている。図４中の細線は、上記比較例１のＭＳＭ型受光素子の光応答特性を示している。図４から明らかなように、実施例のＭＳＭ型受光素子の半値幅（以下ＦＷＦＭ）は８０ｐｓであり、光応答特性として極めて急峻であり、且つ応答特性が長く尾を引くことなく零電位に帰還していることが分かる。図４の応答特性から算出される実施例のＭＳＭ型受光素子の応答時間は４０ｐｓであり、電極幅１．０μｍのＭＳＭ型受光素子としては、類を見ない超高速応答である。
【００５０】
上記の通り、比較例１のＭＳＭ型受光素子の応答特性は、明らかに実施例のＭＳＭ型受光素子の応答特性と比較して低速動作である。比較例１のＭＳＭ型受光素子のＦＷＨＭは１．３２ｎｓと、本実施例のＭＳＭ型受光素子と比較して１６．５倍である。比較例１のＭＳＭ型受光素子の電極幅は、実施例のＭＳＭ型受光素子と比較して１／１０であるにもかかわらず、極めて明確な速度差が確認出来る。標準市販品であるＩｎＧａＡｓを光吸収層に用いた比較例２のＭＳＭ型受光素子のＦＷＨＭも、実施例と同様の測定方法で、表面照射にて測定を行った。実施例のＭＳＭ型受光素子、比較例１のＭＳＭ型受光素子、比較例２のＭＳＭ型受光素子、以上３つのＭＳＭ型受光素子のＦＷＨＭの比較表を表１に示す。比較表より明らかなように、本実施例のＭＳＭ型受光素子は他の二つの性能を遥かに上回っている。
【００５１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のＭＳＭ型受光素子の構造を示す断面図である。
【図２】実施例のＭＳＭ型受光素子の構造の断面図である。
【図３】実施例のＭＳＭ型受光素子のバンド構造を示す図である。
【図４】ＭＳＭ型受光素子の光応答特性を示す図である。
【図５】従来のＭＳＭ型受光素子の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ショットキー型陰電極
２  ショットキー型陽電極
３  半絶縁性ＧａＡｓ基板
４  ＧａＡｓ光吸収層
５  表面入射光
１０１  基板
１０２  バッファー層
１０３  光吸収層
１０４  電子供給層
１０５  キャップ層
１０６  ショットキー陰電極
１０７  ショットキー陽電極
【図１】
2010027938.tif 000004
【図２】
2010027938.tif 000005
【図３】
2010027938.tif 000006
【図４】
2010027938.tif 000007
【図５】
2010027938.tif 000008