(57)【要約】【課題】モニター電流の応答速度を大幅に低下させることなく、アバランシ・フォトダイオードの耐入力性を向上させる。【解決手段】基板１０１の上に、ｎ型コンタクト層１０２，ｎ型電界制御層１０４，なだれ増倍層１０５，ｐ型電界制御層１０６，第１光吸収層１０７，第２光吸収層１０９，ｐ型コンタクト層１１０を備える。また、第１光吸収層１０７と第２光吸収層１０９との間にバリア層１０８を備える。バリア層１０８により、第２光吸収層１０９から第１光吸収層１０７にかけて伝導帯側に電子に対する障壁（バリア）が形成される。【選択図】  図１
2015201504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成されたｎ型の化合物半導体からなるｎ型電界制御層と、
前記ｎ型電界制御層の上に形成された化合物半導体からなるなだれ増倍層と、
前記なだれ増倍層の上に形成され、ｐ型とされた化合物半導体からなるｐ型電界制御層と、
前記ｐ型電界制御層の上に形成された化合物半導体からなる第１光吸収層と、
前記第１光吸収層の上に形成され、ｐ型とされた化合物半導体からなる第２光吸収層と、
前記なだれ増倍層より前記基板側に形成され、ｎ型とされた化合物半導体からなるｎ型コンタクト層と、
前記第２光吸収層の上に形成され、ｐ型とされた化合物半導体からなるｐ型コンタクト層と、
前記第２光吸収層から前記第１光吸収層にかけて形成された伝導帯側の障壁と
を備え、
前記第２光吸収層は、動作時に電荷中性条件が保たれる不純物濃度とされていることを特徴とするアバランシ・フォトダイオード。
【請求項２】
請求項１記載のアバランシ・フォトダイオードにおいて、
前記第１光吸収層および前記第２光吸収層よりバンドギャップエネルギーの大きな化合物半導体から構成され、前記第１光吸収層と前記第２光吸収層との間に形成されたバリア層を備え、
前記バリア層により、前記障壁が形成されている
ことを特徴とするアバランシ・フォトダイオード。
【請求項３】
請求項１記載のアバランシ・フォトダイオードにおいて、
前記第１光吸収層の伝導帯のエネルギーが、前記第２光吸収層の伝導帯のエネルギーより大きくされていることで、前記障壁が形成されている
ことを特徴とするアバランシ・フォトダイオード。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアバランシ・フォトダイオードにおいて、
前記ｎ型コンタクト層と前記ｎ型電界制御層との間に形成された化合物半導体からなる電子走行層を備えることを特徴とするアバランシ・フォトダイオード。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアバランシ・フォトダイオードにおいて、
前記第２光吸収層は、前記ｐ型電界制御層に近いほど低い不純物濃度とされていることを特徴とするアバランシ・フォトダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信などで受光素子として用いられるアバランシ・フォトダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アバランシ・フォトダイオード（Avalanche Photodiode；ＰＡＤ）は、素子自体が増幅機能を有していることから、光計測用や光通信用の高感度の受光素子として広く用いられている。また、大容量長距離光通信に用いられる長波長帯のアバランシ・フォトダイオードには、化合物半導体を用いたヘテロ接合型のＳＡＣＭ (Separated Absorption Charge and Multiplication) 構造が採用されている。このＳＡＣＭ構造は、アバランシ層（なだれ増倍領域）と光吸収層（光電変換層）とを機能的に分離独立させるとともに、光吸収層となだれ増倍領域の間に電界制御のための電荷層（電界制御層）を導入して電界の制御性を上げることにより、雑音の原因となる暗電流を低減させている。
【０００３】
アバランシ・フォトダイオードに光が入射すると、入射光は光吸収層内で電子・正孔対を形成し、これらの電子と正孔が層内で分離し、電子はカソード側へと移動し、正孔はアノード側へと移動する。電子注入型のアバランシ・フォトダイオードの場合、光吸収層のカソード側に配置されたアバランシ層に電子が注入され、なだれ増倍を引き起こす。なだれ増倍により発生した電子と正孔は、各々カソード側、アノード側へ移動し、電極を介して外部の電子回路に電流が流れるようになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】M. Nada, Y. Muramoto, H. Yokoyama, T. Ishibashi and S. Kodama, "High-sensitivity 25 Gbit/s avalanche photodiode receiver optical sub-assembly for 40 km transmission",ELECTRONICS LETTERS, vol.48, no.13, pp.777-778, 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、アバランシ・フォトダイオードでは、アバランシ層でのなだれ増倍による増幅機能により非常に高い受光感度を得ることができる。しかしながら一方で、フォトダイオードと比べ強い信号光に対する入力耐性が劣るという問題がある。過入力による受光素子の故障は、一般的、に素子内部での発熱により引き起こされるので、入力耐性は電流×印加電圧で規定されると考えて良い。
【０００６】
フォトダイオードおよびアバランシ・フォトダイオードのいずれにおいても、ダイオードを構成する材料に大きな違いはないが、同じ光入力であってもアバランシ・フォトダイオードの方が、増倍率の分だけ大きな電流が流れる。さらに、アバランシ・フォトダイオードは、なだれ増倍を起こすため、フォトダイオードと比べ一桁程度大きな駆動電圧が素子に印加されている。
【０００７】
これらの理由により、アバランシ・フォトダイオードの入力耐性は、通常の動作条件ではフォトダイオードと比べて大幅に低くなってしまう。このため、従来のアバランシ・フォトダイオードでは、過入力時に外部のバイアス回路中に設けた保護抵抗での電圧降下によってバイアス電圧を下げるような手法がとられている。バイアス電圧が下がれば、アバランシ層での増幅効果が小さくなるので、素子を流れる電流も抑制することができる。
【０００８】
しかし、保護抵抗の値を大きくするとモニター電流の応答速度が遅くなるので、電圧降下によりバイアス電圧を下げるにしても抵抗値に制約が生じる。このように、従来のアバランシ・フォトダイオードでは、モニター電流の応答速度を速く維持したまま、バイアス回路の保護抵抗のみによって耐入力性を向上させることが容易ではないという問題があった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、モニター電流の応答速度を大幅に低下させることなく、アバランシ・フォトダイオードの耐入力性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るアバランシ・フォトダイオードは、基板の上に形成されたｎ型の化合物半導体からなるｎ型電界制御層と、ｎ型電界制御層の上に形成された化合物半導体からなるなだれ増倍層と、なだれ増倍層の上に形成され、ｐ型とされた化合物半導体からなるｐ型電界制御層と、ｐ型電界制御層の上に形成された化合物半導体からなる第１光吸収層と、第１光吸収層の上に形成され、ｐ型とされた化合物半導体からなる第２光吸収層と、なだれ増倍層より基板側に形成され、ｎ型とされた化合物半導体からなるｎ型コンタクト層と、第２光吸収層の上に形成され、ｐ型とされた化合物半導体からなるｐ型コンタクト層と、第２光吸収層から第１光吸収層にかけて形成された伝導帯側の障壁とを備え、第２光吸収層は、動作時に電荷中性条件が保たれる不純物濃度とされている。
【００１１】
上記アバランシ・フォトダイオードにおいて、第１光吸収層および第２光吸収層よりバンドギャップエネルギーの大きな化合物半導体から構成され、第１光吸収層と第２光吸収層との間に形成されたバリア層を備え、バリア層により、障壁が形成されているようにすればよい。
【００１２】
また、上記アバランシ・フォトダイオードにおいて、第１光吸収層の伝導帯のエネルギーが、第２光吸収層の伝導帯のエネルギーより大きくされていることで、障壁が形成されているようにしてもよい。
【００１３】
上記アバランシ・フォトダイオードにおいて、ｎ型コンタクト層とｎ型電界制御層との間に形成された化合物半導体からなる電子走行層を備えるようにしてもよい。また、第２光吸収層は、ｐ型電界制御層に近いほど低い不純物濃度とされているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したことにより、本発明によれば、モニター電流の応答速度を大幅に低下させることなく、アバランシ・フォトダイオードの耐入力性を向上させることができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードの構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードの光吸収層におけるバンド状態を示すバンド図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２におけるアバランシ・フォトダイオードの構成を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２におけるアバランシ・フォトダイオードの光吸収層におけるバンド状態を示すバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１７】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードの構成を示す構成図である。図１では、断面を模式的に示している。
【００１８】
このアバランシ・フォトダイオードは、まず、基板１０１の上に、ｎ型コンタクト層１０２，ｎ型電界制御層１０４，なだれ増倍層１０５，ｐ型電界制御層１０６，第１光吸収層１０７，第２光吸収層１０９，ｐ型コンタクト層１１０を備える。また、このアバランシ・フォトダイオードは、ｐ型コンタクト層１１０に接続するアノード電極１１１，ｎ型コンタクト層１０２に接続するカソード電極１１２を備える。
【００１９】
加えて、実施の形態１では、第１光吸収層１０７と第２光吸収層１０９との間にバリア層１０８を備える。バリア層１０８により、第２光吸収層１０９から第１光吸収層１０７にかけて伝導帯側に電子に対する障壁（バリア）が形成されるようにしている。また、実施の形態１では、ｎ型コンタクト層１０２とｎ型電界制御層１０４との間に、電子走行層１０３を備える。
【００２０】
基板１０１は、半絶縁性のＩｎＰから構成されていればよい。また、ｎ型コンタクト層１０２は、例えばｎ形のＩｎＰなど、ｎ型とされた化合物半導体から構成されている。ｎ型コンタクト層１０２は、なだれ増倍層１０５より基板１０１側に形成されている。電子走行層１０３は、例えばノンドープのＩｎＰなどの、化合物半導体から構成されている。ｎ型電界制御層１０４は、例えばｎ型のＩｎＰなどの、ｎ型とされた化合物半導体から構成されている。
【００２１】
なだれ増倍層１０５は、ｎ型電界制御層１０４の上に形成され、例えばノンドープのＩｎＰ，ＩｎＡｌＡｓなどの、化合物半導体から構成されている。ｐ型電界制御層１０６は、なだれ増倍層１０５の上に形成され、例えば、ｐ型のＩｎＰなど、ｐ型とされた化合物半導体から構成されている。
【００２２】
第１光吸収層１０７は、ｐ型電界制御層１０６の上に形成され、ノンドープのＩｎＧａＡｓなど、ノンドープとされた化合物半導体から構成されている。バリア層１０８は、ノンドープのＩｎＡｌＡｓなど、ノンドープとされた化合物半導体から構成されている。第２光吸収層１０９は、ｐ型のＩｎＧａＡｓなど、ｐ型とされた化合物半導体から構成されている。ＩｎＡｌＡｓは、ＩｎＧａＡｓよりバンドギャップエネルギーの大きな化合物半導体であり、伝導帯のポテンシャルエネルギーが、ＩｎＧａＡｓの伝導帯のポテンシャルエネルギーより高い。
【００２３】
ｐ型コンタクト層１１０は、第２光吸収層１０９の上に形成され、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓなど、ｐ型とされた化合物半導体から構成されている。
【００２４】
なお、第１光吸収層１０７と第２光吸収層１０９は、対象とする光を吸収する範囲のバンドギャップエネルギーとされていればよく、他の層は、対象とする光を吸収しない範囲のバンドギャップエネルギーとされていればよい。ただし、第２光吸収層１０９は、層厚方向の少なくとも一部が、動作時に電荷中性条件が保たれる不純物濃度とされていることが重要である。また、第２光吸収層１０９は、第１光吸収層１０９に近いほど低い不純物濃度とされているとよい。
【００２５】
ここで、電子走行層１０３、ｎ型電界制御層１０４、なだれ増倍層１０５、ｐ型電界制御層１０６、第１光吸収層１０７、バリア層１０８、第２光吸収層１０９、ｐ型コンタクト層１１０は、メサ領域１２１においていわゆるメサ形状とされている。また、メサ領域１２１の両脇の電極形成領域１２２において、ｎ型コンタクト層１０２の上にカソード電極１１２が形成されている。また、基板１０１のｎ型コンタクト層１０２と反対側の面（裏面）には、効率的に光を入射するため反射防止膜１１３が形成されている。
【００２６】
次に、実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードの製造方法について簡単に説明する。まず、半絶縁性のＩｎＰからなる基板１０１の上に、ｎ型の不純物が導入されたｎ−ＩｎＰ層（ｎ型コンタクト層１０２）、ノンドープのＩｎＰ層（電子走行層１０３）、ｎ型の不純物が導入されたｎ−ＩｎＰ層（ｎ型電界制御層１０４）、ノンドープのＩｎＰ層（なだれ増倍層１０５）、ｐ型の不純物が導入されたｐ−ＩｎＰ層（ｐ型電界制御層１０６）、ノンドープのＩｎＧａＡｓ層（第１光吸収層１０７）、ノンドープのＩｎＡｌＡｓ層（バリア層１０８）、ｐ型の不純物が導入されたｐ−ＩｎＧａＡｓ層（第２光吸収層１０９）、およびｐ型の不純物がより高濃度に導入されたｐ+−ＩｎＧａＡｓ層（ｐ型コンタクト層１１０）を、これらの順にエピタキシャル成長させて積層する。これらは、よく知られた有機金属気相成長法により形成すればよい。また、ｎ型の層は、例えばＳｉを不純物とし、ｐ型の層は、例えばＺｎを不純物とすればよい。
【００２７】
ここで、第２光吸収層１０９となるｐ−ＩｎＧａＡｓ層においては、素子として形成された状態で動作させた状態で、電荷中性条件が保たれる状態、言い換えると、ｐ型として機能する状態が保たれる不純物濃度が、少なくとも層厚方向に一部に存在するものとする。また、このｐ−ＩｎＧａＡｓ層（第２光吸収１０９）は、バリア層１０８となるノンドープのＩｎＡｌＡｓ層に近いほど低い不純物濃度に形成する。
【００２８】
次に、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術（例えばウエットエッチング）により、図１に示すように、メサ領域１２１に、電子走行層１０３，ｎ型電界制御層１０４，なだれ増倍層１０５，ｐ型電界制御層１０６，第１光吸収層１０７，バリア層１０８，第２光吸収層１０９，ｐ型コンタクト層１１０が積層したメサ構造を形成する。
【００２９】
次に、上述したメサ構造の形成により露出した電極形成領域１２２のｎ型コンタクト層１０２上に、カソード電極１１２を形成し、また、ｐ型コンタクト層１１０の上にアノード電極１１１を形成する。各電極は、チタン層／白金層／チタン層の３層構造とし、各半導体層にオーミック接続していればよい。また、半絶縁性基板１０１のｎ型コンタクト層１０２と反対側の面には、反射防止膜１１３を形成する。
【００３０】
実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードは、アノード電極１１１およびカソード電極１１２の間に適切な逆方向のバイアス電圧を印加すると、電子走行層１０３、ｎ型電界制御層１０４、なだれ増倍層１０５、ｐ型電界制御層１０６、第１光吸収層１０７、バリア層１０８、および第２光吸収層１０９の一部が空乏化するとともに、なだれ増倍層１０５でなだれ増倍が起きる動作状態となる。
【００３１】
上述した動作状態において、図２に示すように、第２光吸収層１０９から見たバリア層１０８の電子障壁１３１が、第２光吸収層１０９のアノード電極１１１側の空乏化していない（電荷中性条件を保った）領域の伝導帯の電子ポテンシャルエネルギーより低くなるよう、全体の層構成やドーピング濃度が調整されている。
【００３２】
上述した動作状態で、反射防止膜１１３が形成されている入射面から強い光が入射されると、バイアス回路中の保護抵抗により電圧降下が生じ、アノード電極１１１およびカソード電極１１２の間に印加される電圧が数ボルト減少する。このわずかな電圧の減少によって、第２光吸収層１０９から見たバリア層１０８の電子障壁が、図２の点線に示すように、第２光吸収層１０９のアノード電極側の空乏化していない（電荷中性条件を保った）領域の伝導帯の電子ポテンシャルエネルギーより高くなる。
【００３３】
これにより、第２光吸収層１０９内で光吸収により発生した電子が、なだれ増倍層１０５側へ注入されなくなる。このスイッチ効果のため、光電流が第１光吸収層１０７での光吸収のみによって決定される量まで減少するので、保護抵抗による電流抑制だけで保護機能を動作させる従来のアバランシ・フォトダイオードより耐入力性を向上させることができる。
【００３４】
以下、実施例を用いてより詳細に説明する。
【００３５】
［実施例］
以下では、第１光吸収層１０７の層厚をＷa1＝０.７５μｍとし、第２光吸収層１０９の層厚をＷa2＝０.２５μｍとする。また、増倍率を１０で動作させた場合を考え、実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードのバンド構造等を計算し、バリア層１０８を持たない従来のアバランシ・フォトダイオードと比較する。
【００３６】
実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードでは、第２光吸収層１０９においては、ｐ型コンタクト層１１０の側からバリア層１０８に向けて、１００倍の濃度勾配で不純物濃度が減少するようドーピングするものとした。また、適当なブレークダウン電圧が得られるよう、なだれ増倍層１０５の層厚を１１０ｎｍ、ｎ型電界制御層１０４の層厚を２０ｎｍ、ｐ型電界制御層１０６の層厚を１００ｎｍと設定した。なお、バリア層１０８の効果を見るため、これらバリア層１０８以外の設計値は、比較対象とする従来型のアバランシ・フォトダイオードでも同じ値を使用して計算した。
【００３７】
まず、実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードのバンド構造および増倍率を計算した結果について説明する。バリア層１０８の層厚を８０ｎｍとすると、増倍率１０となるバイアスは２４．８Ｖで、ここからバイアスを下げて行って第２光吸収層１０９から見たバリア層１０８の電子障壁が、第２光吸収層のアノード電極側の空乏化していない（電荷中性条件を保った）領域の伝導帯の電子ポテンシャルエネルギーより高くなるバイアスは２３．０Ｖとなる。
【００３８】
第１光吸収層１０７の層厚をＷa1＝０.７５μｍ、第２光吸収層１０９の層厚をＷa2＝０.２５μｍとしているので、バイアスが２３．０Ｖ以下となると、光電流源として機能する吸収層厚が３／４に減少すると考えることができる。また、２３．０Ｖでの増倍率は、約６．０である。例えば、５ｍＡの増倍電流が流れているときに、保護抵抗によりこの１．８Ｖ分の電圧降下を得るためには３６０Ωの直列抵抗を用いれば良い。
【００３９】
一方、バリア層１０８を持たない従来型のアバランシ・フォトダイオードでは、増倍率１０となるバイアスは２４．２Ｖで、バリアが存在しないため、バイアスを下げて行っても第１光吸収層および第２光吸収層の両方が、電流源として機能する。ここから実施の形態１のアバランシ・フォトダイオードと同様に１．８Ｖバイアスを下げた２２．４Ｖでの増倍率は約５．７で、わずかに実施の形態１のアバランシ・フォトダイオードの場合より小さくなるが、バリア層によるスイッチ効果で吸収層厚が実効的に３／４に減少する効果にははるかに及ばない。
【００４０】
上述の計算結果から、実施の形態１におけるアバランシ・フォトダイオードでは、増倍率１０での増倍動作時から保護抵抗により１．８Ｖの電圧降下が得られた場合、保護抵抗が機能しない低入力時の３／４×６．０／１０＝０．４５倍の電流値となる。これは、バリア層１０８を持たない従来のアバランシ・フォトダイオードの値５．７／１０＝０．５７倍と比べて２２％小さく、耐入力性の改善効果が得られるのは明らかである。従来のアバランシ・フォトダイオードにおいて、保護抵抗のみで同じ電流値まで下げるためには、より大きな抵抗を用いて２１．３Ｖ程度までバイアスを落とすが必要があり、モニター電流の応答速度が低下するのは必定である。
【００４１】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２におけるアバランシ・フォトダイオードの構成を示す構成図である。図３では、断面を模式的に示している。上述した実施の形態１では、バリア層を用いるようにしたが、実施の形態２では、第１光吸収層２０７の伝導帯のエネルギーを、第２光吸収層１０９の伝導帯のエネルギーより大きくすることで、同様の機能を得るようにしている。
【００４２】
このアバランシ・フォトダイオードは、まず、基板１０１の上に、ｎ型コンタクト層１０２，ｎ型電界制御層１０４，なだれ増倍層１０５，ｐ型電界制御層１０６，第１光吸収層２０７，第２光吸収層１０９，ｐ型コンタクト層１１０を備える。また、このアバランシ・フォトダイオードは、ｐ型コンタクト層１１０に接続するアノード電極１１１，ｎ型コンタクト層１０２に接続するカソード電極１１２を備える。また、実施の形態２でも、ｎ型コンタクト層１０２とｎ型電界制御層１０４との間に電子走行層１０３を備える。
【００４３】
加えて、実施の形態２では、第１光吸収層２０７の伝導帯のエネルギーが、第２光吸収層１０９の伝導帯のエネルギーより大きくされていることで、第２光吸収層１０９から第１光吸収層２０７にかけて伝導帯側に電子に対する障壁（バリア）が形成されるようにしている。ただし、当然ではあるが、第１光吸収層２０７を構成する化合物半導体のバンドギャップエネルギーは、対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーより小さい範囲とする。よく知られているように、対象とする光に対応するバンドギャップエネルギーより小さい半導体であれば、対象とする光を吸収する。
【００４４】
実施の形態２のアバランシ・フォトダイオードは、実施の形態１の第１光吸収層１０７とは異なる第１光吸収層２０７を用い、また、バリア層１０８を用いない点以外は、実施の形態１と同じであり、共通する説明は省略する。
【００４５】
実施の形態２におけるアバランシ・フォトダイオードは、アノード電極１１１およびカソード電極１１２の間に適切な逆方向のバイアス電圧を印加すると、電子走行層１０３、ｎ型電界制御層１０４、なだれ増倍層１０５、ｐ型電界制御層１０６、第１光吸収層２０７、および第２光吸収層１０９の一部が空乏化するとともに、なだれ増倍層１０５でなだれ増倍が起きる動作状態となる。
【００４６】
上述した動作状態において、図３に示すように、第２光吸収層１０９から見た第１光吸収層２０７の電子障壁２３１が、第２光吸収層１０９のアノード電極１１１側の空乏化していない（電荷中性条件を保った）領域の伝導帯の電子ポテンシャルエネルギーより低くなるよう、全体の層構成やドーピング濃度が調整されている。
【００４７】
上述した動作状態で、反射防止膜１１３が形成されている入射面から強い光が入射されると、バイアス回路中の保護抵抗により電圧降下が生じ、アノード電極１１１およびカソード電極１１２の間に印加される電圧が数ボルト減少する。このわずかな電圧の減少によって、第２光吸収層１０９から見た第１光吸収層２０７の電子障壁が、図４の点線に示すように、第２光吸収層１０９のアノード電極側の空乏化していない（電荷中性条件を保った）領域の伝導帯の電子ポテンシャルエネルギーより高くなる。
【００４８】
これにより、第２光吸収層１０９内で光吸収により発生した電子が、なだれ増倍層１０５側へ注入されなくなる。このスイッチ効果のため、光電流が第１光吸収層２０７での光吸収のみによって決定される量まで減少するので、保護抵抗による電流抑制だけで保護機能を動作させる従来のアバランシ・フォトダイオードより耐入力性を向上させることができる。
【００４９】
以上に説明したように、本発明によれば、第２光吸収層から第１光吸収層にかけて伝導帯側の障壁が形成されるようにしたので、モニター電流の応答速度を大幅に低下させることなく、アバランシ・フォトダイオードの耐入力性を向上させることができる。
【００５０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【００５１】
例えば、上述では、高速動作が可能になるよう第２光吸収層１０９において、ｐ型コンタクト層１１０の側からバリア層１０８に向けて、１００倍の濃度勾配で不純物濃度が減少するようドーピングするものとしたが、これに限るものではない。素子の動作速度が重要でない場合には、傾斜ドーピングを使わず、一様にｐ型ドーピングした第２光吸収層を用いても良い。さらに、電子走行層も、主に空乏層幅を広げて動作速度を速くすることを目的とするものであるので、低速の用途ではこれを用いなくても良い。
【００５２】
また、上述では、ＩｎＰ系などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を各層の材料として用いた例について説明したが、これに限るものではなく、他の半導体材料を組み合わせるようにしてもよい。例えば、窒化物半導体を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１…基板、１０２…ｎ型コンタクト層、１０３…電子走行層、１０４…ｎ型電界制御層、１０５…なだれ増倍層、１０６…ｐ型電界制御層、１０７…第１光吸収層、１０８…バリア層、１０９…第２光吸収層、１１０…ｐ型コンタクト層、１１１…アノード電極、１１２…カソード電極、１２１…メサ領域、１２２…電極形成領域。
【図１】
2015201504.tif 000003
【図２】
2015201504.tif 000004
【図３】
2015201504.tif 000005
【図４】
2015201504.tif 000006