(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光でキャリアを発生させるｎ型ゲルマニウムの光吸収層と、
前記光吸収層に隣接し、前記光吸収層で発生したキャリアでアバランシェ増幅するキャリア増幅層と、
を備え、
前記キャリア増幅層は、
真性ゲルマニウムである真性半導体層と、前記光吸収層と前記真性半導体層とに挟まれ、前記光吸収層側から前記真性半導体層側へシリコンの組成比が一様に増加する真性ゲルマニウムである傾斜組成層とがヘテロ接合した構造である
ことを特徴とするアバランシェ受光器。
【請求項２】
前記傾斜組成層は、
前記光吸収層と接する面のシリコンの組成比が０％であり、前記真性半導体層とのヘテロ接合面のシリコンの組成比が１５％より大きく６０％より小さいことを特徴とする請求項１に記載のアバランシェ受光器。
【請求項３】
前記傾斜組成層の膜厚は、前記真性半導体層と格子整合する臨界膜厚以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアバランシェ受光器。
【請求項４】
前記真性半導体層の膜厚は、電子の衝突イオン化係数の逆数以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアバランシェ受光器。
【請求項５】
前記光吸収層の前記キャリア増幅層と反対側にあるシリコン基板と、
前記光吸収層と前記シリコン基板とに挟まれ、前記光吸収層より不純物濃度が高いｎ型ゲルマニウムの接続層と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアバランシェ受光器。
【請求項６】
前記接続層、前記光吸収層、及び前記傾斜組成層は、前記シリコン基板との接合による引っ張りひずみを持つことを特徴とする請求項３を引用する請求項５に記載のアバランシェ受光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を電気信号に変換する際になだれ増幅を利用するアバランシェ受光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
受光器（以下、フォトダイオード又はＰＤと記載することがある。）は光信号を電気信号に変換するデバイスである。ゲルマニウム（以下Ｇｅ）を光吸収層とした光通信波長帯（１．３−１．６ミクロン）のＰＤ（Ｇｅ−ＰＤ）は、Ｇｅがシリコン（以下Ｓｉ）基板上にエピタキシャル成長できるため、Ｓｉ光電子集積回路技術「Ｓｉフォトニクス」におけるＰＤとして応用されている（例えば、非特許文献１を参照。）。通信用途で用いられるＧｅ−ＰＤでは、１０ＧＨｚ程度以上の高速動作に加えて、できる限り小さな強度の光を電流として検出することが要求される。すなわち最小受光感度を向上する必要がある。
【０００３】
最小受光感度を向上する有効な方法として、高電界下でのキャリアの衝突イオン化（大きな運動エネルギーをもったキャリアがエネルギーを失う際に新たな電子−正孔対を発生する現象）を利用する、すなわちアバランシェ（なだれ）増幅を利用する方法がある。アバランシェ増幅によって、微弱な光によって発生した電流を増大でき、受光感度が向上する。このようなアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のキャリア増幅層としてＧｅを利用すると、キャリアのイオン化係数が比較的大きいため、１００−２００ｋＶ／ｃｍ程度の比較的小さな印加電界で動作するＡＰＤを作製できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  （Ｋ  Ｙａｍａｄａ  ｅｔ  ａｌ、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｆｏｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．  １５  （２０１４）  ０２４６０３  （１０ｐｐ））
【非特許文献２】Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｇｅｒｍａｎｉｕｍ／ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ３４０ＧＨｚ  ｇａｉｎ−ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｐｒｏｄｕｃｔ  （Ｙ．  Ｋａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎ．  ３  （２００９）  ５９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、キャリア増幅層としてＧｅを利用するＡＰＤは、大きな増幅率を得られる一方、電子及びホールとも衝突イオン化を起こしやすいため（電子及びホールの衝突イオン化係数が同程度）、過剰雑音と呼ばれるノイズが大きくなるという課題があった。
【０００６】
一方、キャリア増幅層にＳｉを利用するＡＰＤは、電子のイオン化係数がホールよりも大きく、主に加速された電子のみが増幅に寄与する結果、過剰雑音を低減できる。しかし、キャリア増幅層にＳｉを利用するＡＰＤは、Ｓｉのイオン化係数がＧｅのイオン化係数より小さく、印加電界（＞３００ｋＶ／ｃｍ）や印加電圧を大きくしなければならないという課題あった（例えば、非特許文献２を参照。）。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するため、低電界・低電圧、かつ低ノイズで動作するＳｉフォトニクス用アバランシェ受光器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るアバランシェ受光器は、ＳｉとＧｅの傾斜組成をもつ層とＧｅの層とがヘテロ接合する構造のキャリア増幅層を備えることとした。
【０００９】
具体的には、本発明に係るアバランシェ受光器は、
入力光でキャリアを発生させるｎ型ゲルマニウムの光吸収層と、
前記光吸収層に隣接し、前記光吸収層で発生したキャリアでアバランシェ増幅するキャリア増幅層と、
を備え、
前記キャリア増幅層は、
真性ゲルマニウムである真性半導体層と、前記光吸収層と前記真性半導体層とに挟まれ、前記光吸収層側から前記真性半導体層側へシリコンの組成比が一様に増加する真性ゲルマニウムである傾斜組成層とがヘテロ接合した構造であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るアバランシェ受光器をエネルギーバンドの点で説明する。まず、価電子帯について説明する。ＳｉＧｅの傾斜組成層とＧｅの光吸収層との接合面における価電子帯のバンドオフセットが小さく、光吸収層から傾斜組成層へホールが移動しやすい。一方、ＳｉＧｅの傾斜組成層とＧｅの真性半導体層とのヘテロ接合面における価電子帯のバンドオフセットが大きい。このため、傾斜組成層から真性半導体層へ移動するホールはヘテロ接合面で大きな運動エネルギーを得、真性半導体層で衝突イオン化するキャリア数が増大する。これにより、低電界・低電圧でも受光感度が高い受光器とすることができる。
【００１１】
続いて、伝導帯について説明する。真性半導体層と傾斜組成層との接合面、傾斜組成層と光吸収層との接合面における伝導帯のバンドオフセットは小さい。つまり伝導帯の電子に運動エネルギーを与えるバンドオフセットが小さく、衝突イオン化を起こすキャリア数が少ない。これは、衝突イオン化を電子ではなくホール主体とすることができる。このため、本アバランシェ受光器は、電子及びホールとも衝突イオン化を起こしやすいアバランシェ受光器よりノイズを低減することができる。
【００１２】
従って、本発明は、低電界・低電圧、かつ低ノイズで動作するＳｉフォトニクス用アバランシェ受光器を提供することができる。
【００１３】
本発明に係るアバランシェ受光器の前記傾斜組成層は、前記光吸収層と接する面のシリコンの組成比が０％であり、前記真性半導体層とのヘテロ接合面のシリコンの組成比が１５％より大きく６０％より小さいことが好ましい。
【００１４】
本発明に係るアバランシェ受光器の前記傾斜組成層の膜厚は、前記真性半導体層と格子整合する臨界膜厚以下であることを特徴とする。ヘテロ接合面における格子欠陥密度を低減し、光照射のない状態でのリーク電流を低減することができる。
【００１５】
本発明に係るアバランシェ受光器の前記真性半導体層の膜厚は、電子の衝突イオン化係数の逆数以下であることを特徴とする。真性半導体層で発生した電子に衝突イオン化させにくくでき、ノイズの低減に効果がある。
【００１６】
本発明に係るアバランシェ受光器は、
前記光吸収層の前記キャリア増幅層と反対側にあるシリコン基板と、
前記光吸収層と前記シリコン基板とに挟まれ、前記光吸収層より不純物濃度が高いｎ型ゲルマニウムの接続層と、
をさらに備えることを特徴とする。
本アバランシェ受光器は、シリコン基板（光導波路）からのエバネッセント光が接続層を経由して光吸収層へ入射する。本アバランシェ受光器は、光導波路から光をタップする構造が不要なため、Ｓｉフォトニクスの構造を簡易とすることができる。
【００１７】
本発明に係るアバランシェ受光器の前記接続層、前記光吸収層、及び前記傾斜組成層は、前記シリコン基板との接合による引っ張りひずみを持つことが好ましい。引っ張りひずみが存在することで、価電子帯での電流輸送は有効質量の小さな軽いホールが支配的になり、電界による加速が促進されて衝突イオン化を促進できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、低電界・低電圧、かつ低ノイズで動作するＳｉフォトニクス用アバランシェ受光器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に関連するアバランシェ受光器を説明する図である。
【図２】本発明に係るアバランシェ受光器を説明する図である。
【図３】本発明に係るアバランシェ受光器の傾斜組成層のエネルギーバンドを説明する図である。
【図４】本発明に係るアバランシェ受光器のヘテロ接合面における価電子帯のバンドオフセットとノイズとの関係を説明する図である。
【図５】本発明に係るアバランシェ受光器の傾斜組成層の臨界膜厚を説明する図である。
【図６】本発明に係るアバランシェ受光器を説明する図である。
【図７】引っ張り格子ひずみの有無によるＧｅバンド構造を説明する図である。
【図８】電界の逆数に対する衝突イオン化係数の変化を価電子帯のバンドオフセット毎に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施形態であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２１】
（関連する実施形態）
図１は、本発明に関連する実施形態のＡＰＤ３００を説明する図である。図１（Ａ）はＡＰＤ３００の層構成を説明する図であり、図１（Ｂ）はバイアスを印加した時のＡＰＤ３００のバンドギャップを説明する図である。ＡＰＤ３００は、キャリア増幅層に一様なＳｉ含有率をもつＳｉＧｅを利用するＡＰＤである。ＡＰＤ３００は、ｎ型Ｇｅの光吸収層３０と、真性ＳｉＧｅのキャリア増幅層４０と、真性Ｇｅのキャリア増幅層５０と、を備える。
【００２２】
Ｇｅのバンドギャップが約０．６ｅＶに対して、ＳｉＧｅのバンドギャップはＧｅより大きい。Ｓｉ組成に応じて変化し、Ｓｉが１００％のときに最大となり、約１．１ｅＶである。光吸収層３０からキャリア増幅層５０までのバンドギャップは図１（Ｂ）のように、光吸収層３０とキャリア増幅層４０との間及びキャリア増幅層４０とキャリア増幅層５０との間において主に価電子帯Ｅｖにバンドオフセットが存在する。
【００２３】
光入射により光吸収層３０で価電子帯に発生したホールは、電界あるいは拡散によりキャリア増幅層４０へ移動するが、境界にバンドオフセットがあり、円滑にキャリア増幅層４０へ入ることができない。キャリア増幅層４０へ入ることができたホールは、さらにキャリア増幅層５０へ移動すると、キャリア増幅層４０とキャリア増幅層５０との界面にあるバンドオフセットのエネルギーに相当する運動エネルギーを得る。バンドオフセットがない場合に比べてキャリア増幅層５０での衝突イオン化が増大する。図１（Ｃ）のように光吸収層３０をｐ型Ｇｅとし、印加する電界方向を逆向きにすると、光吸収層３０で伝導帯に発生した電子は、電界あるいは拡散によりキャリア増幅層４０へ移動する。境界のバンドオフセットが小さく、円滑にキャリア増幅層４０へ入るが、キャリア増幅層５０へ移動した際に得られる運動エネルギーが小さく、衝突イオン化の増大効果は得られにくい。このため非特許文献２では、キャリア増幅層５０は省略され、キャリア増幅層４０のみをもつ構造となっている。キャリア増幅層４０内での衝突イオン化は利用できるが、キャリア増幅層４０内での衝突イオン化の頻度を増大させるため、高電界・高電圧の動作が必要である。
【００２４】
（実施形態１）
図２は、本実施形態のＡＰＤ３０１を説明する図である。図２（Ａ）はＡＰＤ３０１の層構成を説明する図であり、図２（Ｂ）はバイアスを印加した時のＡＰＤ３０１のバンドギャップを説明する図である。ＡＰＤ３０１は、入力光でキャリアを発生させるｎ型ゲルマニウムの光吸収層３２と、光吸収層３２に隣接し、光吸収層３２で発生したキャリアでアバランシェ増幅するキャリア増幅層４２と、を備える。キャリア増幅層４２は、真性ゲルマニウムである真性半導体層４５と、光吸収層３２と真性半導体層４５とに挟まれ、光吸収層３２側から真性半導体層４５側へシリコン含有率が一様に増加する真性ゲルマニウムである傾斜組成層４３とがヘテロ接合した構造である。本実施形態では光吸収層３２をｎ型のＧｅ層として説明するが、ｎ型Ｇｅ−真性Ｇｅ−ｎ型Ｇｅのように積層した構造（ｎ−ｉ−ｎ）でもよい。
【００２５】
図２（Ｂ）はバイアスを印加した時のＡＰＤ３０１のバンドギャップを説明する図である。ここで、ＳｉＧｅの組成が変化した時の価電子帯の変化を図３を用いて説明する。図３の横軸はＳｉＧｅの組成比率であり、左端はＳｉが１００％であり、右へ進むにつれてＧｅ量が多くなり、右端はＧｅが１００％である。価電子帯のエネルギーは、Ｓｉ比率が増加するにつれて一様に減少する。
【００２６】
傾斜組成層４３は光吸収層３２側がＧｅ１００％であり、真性半導体層４５へ近づくにつれてＳｉ比率が一様に増加する。例えば、傾斜組成層４３の真性半導体層４５側でＳｉ比率を１５％より大きく６０％より小さくしておくとよい。このように組成が傾斜している傾斜組成層４３は、Ｇｅである光吸収層３２と傾斜組成層４３との境界における価電子帯のエネルギーにバンドオフセットはない（図２（Ｂ）のＥｖ参照）。一方、傾斜組成層４３は、真性半導体層４５へ近づくにつれてＳｉ比率が増え、価電子帯のエネルギーが一様に減少するので、Ｇｅである真性半導体層４５と傾斜組成層４３とのヘテロ接合面における価電子帯のエネルギーにバンドオフセットが発生する（図２（Ｂ）のＥｖ参照）。このヘテロ接合面における価電子帯のバンドオフセット量は、傾斜組成層４３の真性半導体層４５側でのＧｅとＳｉの組成比率で決定する。
【００２７】
次に、ＳｉＧｅの組成が変化した時の伝導帯の変化を図３を用いて説明する。伝導帯のエネルギーは、Ｇｅ中のＳｉが増加しても一様に変化しない。具体的には、Ｇｅ１００％からＳｉ比率を増加させていくと、初めは波数空間におけるＬ点において伝導帯のエネルギーが最小となっており、図３のＬｐｏｉｎｔで示す伝導帯に従いエネルギーが増加するが、Ｓｉ比率が約１５％以上（Ｇｅが約８５％以下）では波数空間におけるΔ点において伝導帯のエネルギーが最小となり、図３のΔｐｏｉｎｔで示す伝導帯に従うようになり、Ｓｉ比率を増やしても伝導帯のエネルギーは増加せず、減少するようになる。
【００２８】
傾斜組成層４３は、Ｇｅである光吸収層３２と傾斜組成層４３との境界における伝導帯のエネルギーにバンドオフセットはない（図２（Ｂ）のＥｃ参照）。傾斜組成層４３は、真性半導体層４５へ近づくにつれてＳｉ比率が増える。Ｓｉ比率が１５％までは伝導帯のエネルギーが増加するが、Ｓｉ比率が１５％で変曲点を迎え、Ｓｉ比率が１５％を超えると伝導帯のエネルギーの増加が止まる。このため、Ｇｅである真性半導体層４５と傾斜組成層４３とのヘテロ接合における伝導帯のエネルギーのバンドオフセットは小さい（図２（Ｂ）のＥｃ参照）。
【００２９】
続いて、図２（Ｂ）を用いてＡＰＤ３０１の具体的動作を説明する。光の入射で光吸収層３２で発生したホールは、電界あるいは拡散によりキャリア増幅層４２へ進む。前述のように光吸収層３２と傾斜組成層４３との境界における価電子帯にバンドオフセットはないので、ホールは円滑に傾斜組成層４３に入る。そして、ホールは、真性半導体層４５と傾斜組成層４３とのヘテロ接合における価電子帯のバンドオフセットから運動エネルギーを得て、真性半導体層４５で衝突イオン化を発生する。一方、衝突イオン化で発生した電子は伝導帯を光吸収層３２へ進む。Ｇｅである真性半導体層４５の厚さを真性半導体層４５における電子の衝突イオン化係数の逆数よりも小さくしておくと、真性半導体層４５中で電子による衝突イオン化が発生しない。真性半導体層４５と傾斜組成層４３との境界における伝導帯のバンドオフセットは小さいため、円滑に傾斜組成層４３に入る。傾斜組成層４３から光吸収層３２までバンドオフセットがなく、ＳｉＧｅであるためＧｅに比べて衝突イオン化をおこしにくい。
【００３０】
図２（Ｂ）のように、バンドオフセットは価電子帯にあるのでホールによる衝突イオン化を増大できるが、真性半導体層４５の厚さを適切に設定することで電子による衝突イオン化を抑制できる。このため、Ｇｅのみで構成され、電子及びホールとも衝突イオン化を起こしやすい従来のＡＰＤと比較して、ＡＰＤ３０１は主にホールのみで衝突イオン化を発生させるのでノイズを低減することができる。
【００３１】
次に、真性半導体層４５との界面における傾斜組成層４３のＳｉ含有量と衝突イオン化によるノイズとの関係を図４を用いて説明する。図４のグラフは、横軸が電界の逆数、縦軸がｋ値の逆数である。ｋ値とは電子の衝突イオン化係数αに対するホールの衝突イオン化係数βの比であり、ｋ値の逆数（あるいはｋ値）が１より十分に大きいあるいは十分に小さく０に近いほどノイズが少ないことを意味する。
【００３２】
ここで、衝突イオン化係数について説明する。衝突イオン化の頻度はキャリアの進行速度に対して増大する。衝突イオン化係数とは、１個のキャリアが高電界でドリフト速度で移動しているときに、衝突イオン化を起こすの単位時間当たりの回数である。図８は、電界の逆数に対する衝突イオン化係数の変化を示した図である。伝導帯にはバンドオフセットが発生しないため、電子の衝突イオン化係数αは破線のみで示しているが、ホールの衝突イオン化係数βは価電子帯のバンドオフセットΔＥに応じて変化するためΔＥ毎に実線で示している。
【００３３】
図４のグラフ中のΔＥは、真性半導体層４５と傾斜組成層４３とのヘテロ接合における価電子帯のバンドオフセット量、つまり、図３におけるＧｅ１００％の価電子帯の電子エネルギーに対するＳｉＧｅの価電子帯の電子エネルギーの差に相当する。ΔＥ＝０（ｅＶ）は傾斜組成層４３にＳｉが含まれていない状態である。また、ΔＥ＝０．３０（ｅＶ）はＳｉ比率が６０％の状態である。
【００３４】
図８のように、ΔＥに対して一定である電子の衝突イオン化係数αに対してΔＥの増大でホールの衝突イオン化係数βも増大するので、図４のようにΔＥが増加するとｋ値の逆数が小さくなり、０に近づく。つまり、真性半導体層４５との界面における傾斜組成層４３のＳｉ含有量が多いほどノイズが小さくなる。Ｓｉの比率をさらに高めると、傾斜組成層４３中に結晶欠陥が発生しやすくなり、光照射のない状態でのリーク電流が増大し、最小受光感度が悪化する。
【００３５】
傾斜組成層４３の膜厚は、真性半導体層４５と格子整合する臨界膜厚以下が好ましい。臨界膜厚とは、ヘテロ接合で格子整合可能な最大膜厚をいう。結晶欠陥を低減するため、傾斜組成層４３の膜厚は臨界膜厚以下とし、Ｇｅである光吸収層３２および真性半導体層４５に格子整合することが望ましい。臨界膜厚は、真性半導体層４５との界面における傾斜組成層４３の組成によって変わる。図５は、真性半導体層４５とのヘテロ接合面における傾斜組成層４３の組成に対する臨界膜厚の関係を例示した図である。例えば、Ｓｉの組成比が１０％であれば、臨界膜厚はＳｉＧｅのエピタキシャル成長時の温度に依存するが、少なくとも３０ｎｍ、大きい場合は約５００ｎｍである。一方、Ｓｉの組成比が６０％であれば、臨界膜厚は約１０ｎｍ以下となる。
【００３６】
真性半導体層４５の膜厚は、電子の衝突イオン化係数の逆数（衝突イオン化の発生する特性長）以下が好ましい。このように真性半導体層４５の膜厚を設定することで、真性半導体層４５においてホールによる衝突イオン化で発生した電子が加速され、衝突イオン化を起こすことを防ぎ、ノイズ発生を低減することができる。
【００３７】
（実施形態２）
図６は、本実施形態のＡＰＤ３０２の構成を説明する図である。ＡＰＤ３０２は、図２で説明したＡＰＤ３０１に、
光吸収層３２のキャリア増幅層４２と反対側にあるシリコン基板１０と、
光吸収層３２とシリコン基板１０とに挟まれ、光吸収層３２より不純物濃度が高いｎ型ゲルマニウムの接続層２１と、
キャリア増幅層４２の光吸収層３２と反対側にあるｐ型ゲルマニウムの電極層５２と、
をさらに備える。
【００３８】
シリコン基板１０は、光導波路であってもよい。
接続層２１は、リン（Ｐ）等の不純物が添加されたｎ型Ｇｅ層である。不純物の濃度は光吸収層３２のＧｅに添加される不純物の濃度より高くする。例えば、光吸収層３２のＧｅに添加されるリンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８（ｃｍ−３）であれば、接続層２１のＧｅに添加されるリンの濃度は１×１０１９（ｃｍ−３）である。
電極層５２は、ホウ素（Ｂ）の不純物が添加されたｐ型Ｇｅ層である。電極層５２と真性半導体層４５とはホモ接合である。電極層５２のＧｅに添加されるホウ素の濃度は１×１０１９（ｃｍ−３）である。
【００３９】
図６のような構造のＡＰＤ３０２はＣＶＤを用いて各層を連続して形成することができる。
【００４０】
接続層２１、光吸収層３２、及び傾斜組成層４３は、シリコン基板１０との接合による引っ張りひずみを持つことが好ましい。シリコン基板１０上にＧｅを成長させると、成長温度ではＧｅは格子緩和して格子ひずみは存在しないが、室温への冷却時にシリコンとの熱膨張係数差等に起因して発生する引っ張り格子ひずみがＧｅ膜に残ることがある。本実施形態では、この引っ張り格子ひずみを積極的に利用する。
【００４１】
図７は、引っ張り格子ひずみの有無によるＧｅのエネルギーバンド構造を説明する図である。図７（Ａ）は、引っ張り格子ひずみの無いＧｅのエネルギーバンド構造である。図７（Ｂ）は、引っ張り格子ひずみが有るＧｅのエネルギーバンド構造である。引っ張り格子ひずみが存在すると、有効質量の小さい軽いホール（ＬＨ）と有効質量が大きい重いホール（ＨＨ）の２つのエネルギーバンドが分裂する。このため、引っ張り格子ひずみが存在すると、価電子帯での電流輸送は軽いホールが支配的になる。
【００４２】
さらに、実施形態１で説明したように傾斜組成層４３のＳｉＧｅの膜厚を臨界膜厚以下とすると、熱膨張係数差による引っ張り格子ひずみだけでなく、ＧｅとＳｉＧｅの格子定数差に起因した引っ張り格子ひずみも加わり、傾斜組成層４３も引っ張り格子ひずみを有する。この場合、傾斜組成層４３でも価電子帯での電流輸送は軽い正孔が支配的になる。
【００４３】
結果として、軽いホールによる電流輸送が支配的になることで、高電界下でのホールの加速が促進され、衝突イオン化を促進でき、ＡＰＤの最小受光感度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０：シリコン基板
２１：接続層
３０：電極接続層
３２：光吸収層
４０：キャリア増幅層
４２：キャリア増幅層
４３：傾斜組成層
４５：真性半導体層
５０：キャリア増幅層
５２：電極層
３００、３０１、３０２：ＡＰＤ
【図１】
0006437284.tif 000002
【図２】
0006437284.tif 000003
【図３】
0006437284.tif 000004
【図４】
0006437284.tif 000005
【図５】
0006437284.tif 000006
【図６】
0006437284.tif 000007
【図７】
0006437284.tif 000008
【図８】
0006437284.tif 000009