JP2671562B2 - ガリウム砒素とゲルマニウムとからなるフォトトランジスタ - Google Patents
ガリウム砒素とゲルマニウムとからなるフォトトランジスタInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はヘテロ接合構造フォトトランジスタおよびそ
れらを用いた光電子集積回路に関するものである。
れらを用いた光電子集積回路に関するものである。
石英ファイバを用いた光通信においては、ファイバ中
の伝播損失の少ない長波長帯（λ＝１〜1.6μｍ）が用
いられる。
の伝播損失の少ない長波長帯（λ＝１〜1.6μｍ）が用
いられる。
これに適した受光素子としてゲルマニウム（Ge）やイ
ンジウムガリウム砒素（InGaAs）などのPNダイオード、
PINダイオードやフォトトランジスタなどが用いられて
いる。
ンジウムガリウム砒素（InGaAs）などのPNダイオード、
PINダイオードやフォトトランジスタなどが用いられて
いる。
従来技術によるフォトトランジスタとして、APL（App
lied Physics Letters）vol.48、no.7、pp.484−486の
内容を紹介する。
lied Physics Letters）vol.48、no.7、pp.484−486の
内容を紹介する。
第３図に示すように、Ｐ型Ge基板３の上にＮ型Geベー
ス層7b、Ｐ型GaAsエミッタ層８が形成され、Ｐ型GaAsエ
ミッタ層８の上に金と亜鉛とからなる電極11、基板３の
裏面にインジウムからなる電極10が形成されている。
ス層7b、Ｐ型GaAsエミッタ層８が形成され、Ｐ型GaAsエ
ミッタ層８の上に金と亜鉛とからなる電極11、基板３の
裏面にインジウムからなる電極10が形成されている。
受光部11から入射した長波長帯の光は、Ｎ型Geベース
層7b、Ｎ型Geベース層7bとＰ型Ge基板３との間にできる
空乏層12、およびＰ型Ge基板３の一部で吸収されて電子
−正孔対が生成する。
層7b、Ｎ型Geベース層7bとＰ型Ge基板３との間にできる
空乏層12、およびＰ型Ge基板３の一部で吸収されて電子
−正孔対が生成する。
Ｎ型Geベース層7bに過剰に誘起した電子により、Ｐ型
GaAsエミッタ層８からＮ型Geベース層7bに正孔が注入す
る。
GaAsエミッタ層８からＮ型Geベース層7bに正孔が注入す
る。
電極９、10間にバイアス電圧を印加することにより、
入射光によって誘起した正孔と、Ｐ型GaAsエミッタ層８
から注入した正孔とが、電極10に流れて光の検出が可能
になる。
入射光によって誘起した正孔と、Ｐ型GaAsエミッタ層８
から注入した正孔とが、電極10に流れて光の検出が可能
になる。
Geのような元素半導体（non polar）の上に、GaAsの
ような化合物半導体（polar）をエピタキシャル成長さ
せて、ヘテロ構造を形成すると、「ジャーナル・オブ・
クリスタル・グロース（Journal of Crystal Grout
h）」vol.81、1987、pp.193−204に述べられているよう
に、APDs（antiphase domains）という逆位置原子の結
晶欠陥が界面に発生することが知られている。
ような化合物半導体（polar）をエピタキシャル成長さ
せて、ヘテロ構造を形成すると、「ジャーナル・オブ・
クリスタル・グロース（Journal of Crystal Grout
h）」vol.81、1987、pp.193−204に述べられているよう
に、APDs（antiphase domains）という逆位置原子の結
晶欠陥が界面に発生することが知られている。
GeとAsとが強力な結合を形成するために、最初はGaが
結合することができなくて、Asのみが連続した界面が形
成されるためである。
結合することができなくて、Asのみが連続した界面が形
成されるためである。
第３図において、Ｎ型Geベース層7b中の生成した電子
−正孔対のうち、電子はＰ型GaAsエミッタ層８中の正孔
と、欠陥によって生じた界面準位を介して再結合してし
まい、Ｐ型GaAsエミッタ層８中の正孔をＮ型Geベース層
7b中に注入する機能が低下する。
−正孔対のうち、電子はＰ型GaAsエミッタ層８中の正孔
と、欠陥によって生じた界面準位を介して再結合してし
まい、Ｐ型GaAsエミッタ層８中の正孔をＮ型Geベース層
7b中に注入する機能が低下する。
そのため光を電流に変換する効率が低下するという問
題があった。
題があった。
また単一半導体基板上で光の信号を受信して、電流に
変換して、電子回路により信号処理する、光電子集積回
路を構成することは、集積化技術の蓄積が乏しいGe基板
では難しかった。
変換して、電子回路により信号処理する、光電子集積回
路を構成することは、集積化技術の蓄積が乏しいGe基板
では難しかった。
本発明のフォトトラジスタは、ガリウム砒素基板の表
面上に第１導電型ガリウム砒素層、逆導電型のゲルマニ
ウム層、第１導電型ゲルマニウム層を順次形成し、前記
ガリウム砒素基板裏面または前記第１導電型ゲルマニウ
ム層表面を受光部としている。
面上に第１導電型ガリウム砒素層、逆導電型のゲルマニ
ウム層、第１導電型ゲルマニウム層を順次形成し、前記
ガリウム砒素基板裏面または前記第１導電型ゲルマニウ
ム層表面を受光部としている。
従来例とは逆にGaAs上のGe成長においては、APDsによ
る結晶欠陥が発生しないことが知られている。
る結晶欠陥が発生しないことが知られている。
しかしながらGaAs上のGe成長においてはGe中へのGaの
拡散、あるいはAsの拡散が進行し、不純物分布の制御が
難しいという問題があった。
拡散、あるいはAsの拡散が進行し、不純物分布の制御が
難しいという問題があった。
本発明者が著者の一人として「ジャーナル・オブ・ク
リスタル・グロース（Journal of Crystal Grouth）」v
ol.95,pp.421−424に記述したように、GaAs基板上のGaA
sやGeの連続的な分子線エピタキシャル成長において、G
e成長前のGaAs表面をGaリッチ（過剰）にするか、Asリ
ッチにするかによって、つづいて成長するGeの導電型
（Ｎ型か、Ｐ型か）を制御することができる。
リスタル・グロース（Journal of Crystal Grouth）」v
ol.95,pp.421−424に記述したように、GaAs基板上のGaA
sやGeの連続的な分子線エピタキシャル成長において、G
e成長前のGaAs表面をGaリッチ（過剰）にするか、Asリ
ッチにするかによって、つづいて成長するGeの導電型
（Ｎ型か、Ｐ型か）を制御することができる。
こうして分子線エピタキシャル成長法により、GaAs基
板上にGaAsとGeとのヘテロ接合を形成したフォトランジ
スタの製作が可能になった。
板上にGaAsとGeとのヘテロ接合を形成したフォトランジ
スタの製作が可能になった。
本発明の第１の実施例について、第１図を参照して説
明する。
明する。
Ｎ型GaAs基板１の上にＮ型GaAsエミッタ層４、Ｐ型Ge
ベース層５、Ｎ型Geコレクタ層7aが設けられている。
ベース層５、Ｎ型Geコレクタ層7aが設けられている。
さらにＮ型GaAs基板１の裏面に金、ゲルマニウム、ニ
ッケルからなる電極９が形成されている。
ッケルからなる電極９が形成されている。
Ｎ型Geコレクタ層7aにはアルミニウムからなる電極10
が形成されている。
が形成されている。
円形の開口である受光部11から入射した長波長帯の光
は、バンドギャップの大きなGaAsでは吸収されず、Ｐ型
Geベース層５およびＰ型Geベース層５とＮ型Ge層コレク
タ7aとの間に生じた空乏層で吸収され、一部はＮ型Geコ
レクタ層7aで吸収され、電子−正孔対を作る。
は、バンドギャップの大きなGaAsでは吸収されず、Ｐ型
Geベース層５およびＰ型Geベース層５とＮ型Ge層コレク
タ7aとの間に生じた空乏層で吸収され、一部はＮ型Geコ
レクタ層7aで吸収され、電子−正孔対を作る。
電極９と電極10との間にバイアス電圧を印加すること
により、正孔はＰ型Geベース層５に向って流れて蓄積す
ることにより、Ｎ型GaAsエミッタ層４からＰ型Geベース
層５への電子の注入を誘起する。
により、正孔はＰ型Geベース層５に向って流れて蓄積す
ることにより、Ｎ型GaAsエミッタ層４からＰ型Geベース
層５への電子の注入を誘起する。
Ｎ型GaAsエミッタ層４から注入した電子と光の吸収に
よって生成した電子とは、Ｎ型Geコレクタ層7aを通って
電極10に流れて光の検出が可能になる。
よって生成した電子とは、Ｎ型Geコレクタ層7aを通って
電極10に流れて光の検出が可能になる。
つぎに本発明の第２の実施例について、第２図を参照
して説明する。
して説明する。
半絶縁性GaAs基板２の上にＮ型GaAsエミッタ層４、Ｐ
型Geベース層５、アンドープGe層６、Ｎ型Geコレクタ層
7aが設けられている。
型Geベース層５、アンドープGe層６、Ｎ型Geコレクタ層
7aが設けられている。
さらにＮ型GaAs層コレクタ7aの上には金・ゲルマニウ
ム・ニッケルからなる電極９が形成されている。
ム・ニッケルからなる電極９が形成されている。
Ｎ型Ge層コレクタ7aの上にはアルミニウムからなる電
極10が形成されている。
極10が形成されている。
円形の開口である受光部11から入射した長波長帯の光
は、Ｎ型Geコレクタ層7a、アンドープGe層６、Ｐ型Geベ
ース層５で吸収され、電子−正孔対を作る。
は、Ｎ型Geコレクタ層7a、アンドープGe層６、Ｐ型Geベ
ース層５で吸収され、電子−正孔対を作る。
電極10と電極９との間にバイアス電圧を印加すること
により、正孔はＰ型Geベース層５に向って流れて蓄積す
ることにより、Ｎ型GaAsエミッタ層４からＰ型Geベース
層５への電子の注入を誘起する。
により、正孔はＰ型Geベース層５に向って流れて蓄積す
ることにより、Ｎ型GaAsエミッタ層４からＰ型Geベース
層５への電子の注入を誘起する。
Ｎ型GaAsエミッタ層４から注入した電子と光の吸収に
よって生成した電子とはＮ型Geコレクタ層7aを通って電
極10に流れて光の検出が可能になる。
よって生成した電子とはＮ型Geコレクタ層7aを通って電
極10に流れて光の検出が可能になる。
アンドープGe層６を設けることにより、電界が印加さ
れる領域がＰ型Geベース層５とＮ型Geエミッタ層４との
空乏層12だけでなく、アンドーブGe層６にも及んでお
り、生成した電子−正孔対が電界によって高速で掃引さ
れる。
れる領域がＰ型Geベース層５とＮ型Geエミッタ層４との
空乏層12だけでなく、アンドーブGe層６にも及んでお
り、生成した電子−正孔対が電界によって高速で掃引さ
れる。
アンドーブGe層６の膜厚を適切に制御することによ
り、入射光の大部分が電界の印加された領域で吸収さ
れ、しかも生成した電子・正孔対が短かい走行時間で電
極10に到達する。
り、入射光の大部分が電界の印加された領域で吸収さ
れ、しかも生成した電子・正孔対が短かい走行時間で電
極10に到達する。
こうして超高速で、高効率なフォトトランジスタを実
現することができる。
現することができる。
GaAsの上にGeをエピタキシャル成長するので、GaAs−
Geヘテロ接合界面にAPDsに起因する結晶欠陥が生じな
い。
Geヘテロ接合界面にAPDsに起因する結晶欠陥が生じな
い。
界面結晶欠陥を介した電子と正孔との再結合が生じな
いので、光信号を電気信号に変換する効率の低下がな
い。
いので、光信号を電気信号に変換する効率の低下がな
い。
またGaAs基板上にフォトトランジスタが形成されてい
るので、同一基板上に複数のバイポーラトランジスタや
金属ショットキ障壁電界効果トランジスタなどを形成す
ることにより、光電子集積回路を実現することができ
る。
るので、同一基板上に複数のバイポーラトランジスタや
金属ショットキ障壁電界効果トランジスタなどを形成す
ることにより、光電子集積回路を実現することができ
る。
第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第３図は従来技術
によるGaAsとGeとからなるフォトトラジスタの断面図で
ある。 １……Ｎ型GaAs基板、２……半絶縁性GaAs基板、３……
Ｐ型Ge基板、４……Ｎ型GaAsエミッタ層、５……Ｐ型Ge
ベース層、６……アンドープGe層、7a……Ｎ型Geコレク
タ層、7b……Ｎ型Geベース層、８……Ｐ型GaAsエミッタ
層、９……電極、10……電極、11……受光部、12……空
乏層。
本発明の第２の実施例を示す断面図、第３図は従来技術
によるGaAsとGeとからなるフォトトラジスタの断面図で
ある。 １……Ｎ型GaAs基板、２……半絶縁性GaAs基板、３……
Ｐ型Ge基板、４……Ｎ型GaAsエミッタ層、５……Ｐ型Ge
ベース層、６……アンドープGe層、7a……Ｎ型Geコレク
タ層、7b……Ｎ型Geベース層、８……Ｐ型GaAsエミッタ
層、９……電極、10……電極、11……受光部、12……空
乏層。
Claims (2)
- 【請求項１】ガリウム砒素基板の表面上に第１導電型ガ
リウム砒素層、逆導電型のゲルマニウム層、第１導電型
のゲルマニウム層を順次形成し、前記ガリウム砒素基板
裏面と前記第１導電型ゲルマニウム層表面とのうち１つ
を受光部とすることを特徴とするフォトトランジスタ。 - 【請求項２】ガリウム砒素基板の表面上に第１導電型ガ
リウム砒素層、逆導電型のゲルマニウム層、アンドープ
のゲルマニウム層、第１導電型ゲルマニウム層を順次形
成し、前記ガリウム砒素基板裏面と前記第１導電型ゲル
マニウム層表面とのうち１つを受光部とすることを特徴
とするフォトトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2140695A JP2671562B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | ガリウム砒素とゲルマニウムとからなるフォトトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2140695A JP2671562B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | ガリウム砒素とゲルマニウムとからなるフォトトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0434984A JPH0434984A (ja) | 1992-02-05 |
| JP2671562B2 true JP2671562B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=15274599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2140695A Expired - Fee Related JP2671562B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | ガリウム砒素とゲルマニウムとからなるフォトトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2671562B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109686804A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-26 | 苏州苏纳光电有限公司 | InGaAs探测器芯片及其制备方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2581687Y2 (ja) * | 1991-03-22 | 1998-09-24 | 株式会社資生堂 | 芳香保持部を有するキイホルダ |
| CN115084308B (zh) * | 2021-03-15 | 2023-07-21 | 中国科学院物理研究所 | 锗衬底-砷化镓/锗异质结薄膜复合结构及其制法和应用 |
-
1990
- 1990-05-30 JP JP2140695A patent/JP2671562B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109686804A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-26 | 苏州苏纳光电有限公司 | InGaAs探测器芯片及其制备方法 |
| CN109686804B (zh) * | 2018-12-27 | 2020-07-28 | 苏州苏纳光电有限公司 | InGaAs探测器芯片及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0434984A (ja) | 1992-02-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |