JPH01100979A - 半導体受光装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ヘテロ接合フォト・トランジスタと呼ばれる種類の半導
体受光装置の改良に関し、 極めて簡単な手段を用いてベースに於けるキャリヤ濃度
を低下させ、それに依って、フォト・トランジスタの増
幅率を容易に向上させることを目的とし、 遷移金属からなり且つその禁制帯中に深い準位を生成す
る不純物を導入してバック・グラウンドのキャリヤ濃度
を低下させてなるベースを備えるよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ヘテロ接合フォト・トランジスタと呼ばれる
種類の半導体受光装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

第３図はへテロ接合フォト・トランジスタの従来例を解
説する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを主体とし
た説明図を表している。

図に於いて、■はｎ型エミッタ、■はｐ型ベース、■は
ｎ型コレクタ、Ｅ、は伝導帯の底、Ｅｖは価電子帯の頂
、ＥＦはフェルミ・レベルをそれぞれ示している。

この従来例に於いて、今、図示のように光が入射したと
すると、その光の大部分はベース■に於いて吸収され、
そこで電子と正孔が発生する。その電子はコレクタ■に
拡散してゆくが、正孔はエミッタＩとベース■との界面
に於ける電位障壁及びベース■とコレクタ■との界面に
於ける電位障壁に阻まれてベース■に滞留することにな
り、従って、ベース■は電気的に正の状態となる。その
結果、ベース■に於ける電荷中性条件を満たす為にエミ
ッタＩからコレクタ■に向かって電子電流が流れ、大き
な増幅作用を生ずる。

このようなフォト・トランジスタに於ける増幅率α、は
、近似的に、 α α＝Ｔβ　（く１） γ：電子の注入効率 β：電子の到達率 で表される。従って、大きい増幅率を得る為には、γ及
びβはできる限り大きい方が好ましい。

ここで、ベースの特性について考えると、定性的には、
バック・グラウンドのキャリヤ濃度、即ち、ここではｐ
型キャリヤ濃度が低くなると、（１）　　電子の拡散距
離が長くなるのでベータは大きくなり、 （２）　　エミッタ・コレクタ間に於ける価電子帯の電
位障壁が低くなるのでγは小さくなる。

このβとＴの変化の程度は、βの方が著しく大きく、僅
かなｐ型キャリヤ濃度の低下に応じてβは急激に増大す
る。

従って、この種のフォト・トランジスタの増幅率を向上
するには、ベースに於けるバック・グラウンド・キャリ
ヤ濃度を低減させることが簡単で良い手段である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記説明したような従来のフォト・トランジスタに於い
ては、ベースに於ける例えばｐ型キャリヤ濃度の下限は
約ｌ　ｘ　ｌ　Ｑ１５（ｃｍ−’）程度が精々であって
、それに依ってβの値には制限が加えられている。

本発明は、極めて簡単な手段を用いてベースに於けるキ
ャリヤ濃度を低下させ、それに依って、フォト・トラン
ジスタの増幅率を容易に向上させようとする。

〔問題点を解決するための手段〕

一般に、ｎ型のバンク・グラウンドを有する半導体にア
クセプタ型の深い準位を生成する不純物を導入すると、
その半導体に於ける電子濃度は著しく減少し、また、ｐ
型のバック・グラウンドを有する半導体にドナー型の深
い準位を生成する不純物を導入すると、その半導体に於
ける正孔濃度は著しく減少することが知られている。

従って、ベースに於けるキャリヤ濃度を低下させるには
、禁制釜中に深い準位を生成する不純物を導入すると良
い。

通常、フェルミ・レベルは、深い準位に略一致するので
、例えばｎｐｎ型フォト・トランジスタを形成する為に
は、そのベースに於いて、価電子帯に近いエネルギ準位
を有する不純物を用いると良く、これに依って、ｐ型不
純物濃度は著しく減少し、高い増幅率を有するフォト・
トランジスタを得ることができる。

このようなことから、本発明に依る半導体受光装置に於
いては、遷移金属からなり且つその禁制釜中に深い準位
を生成する不純物（例えばＦｅ）を導入してバック・グ
ラウンドのキャリヤ濃度を低下させてなるベース（例え
ばＱａｙ　Ｉｆｌ＋−ｙ　Ｐベース１３）を備えている
。

〔作用〕

前記手段を採ることに依り、ベースに於けるキャリヤ濃
度を著しく低下させることが可能となり、従って、半導
体受光装置の増幅率を向上することができる。また、こ
れを実現する手段としては、ベースの禁制釜中に適切な
準位を生成させる不純物を選択して導入するのみで達成
することが可能であって、特殊な技術は一切不要である
。

〔実施例〕

第１図は本発明一実施例の要部切断側面図を表している
。

図に於いて、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型Ｇａ、　
　Ｉ　ｒｌｌ−ｙ　Ｐコレクタ層、３はＱａｙｌｎｔ−
ｙＰベース層、４はｎ型（Ａｌｘ　Ｇａｒ−ｘ　）　ｙ
　Ｉ　ｎ＋−ｙＰエミッタ層、５は及び６は電極をそれ
ぞれ示している。

図示例に於ける各部分の主要データを例示すると次の通
りである。

（１）基＃Ｅ、１について 不純物濃度：　ｌ　Ｘ　Ｉ　Ｑ　”　（ａｍ−’）（２
）　　コレクタ層２について 厚さ二〜２　〔μｍ〕 不純物濃度：　Ｉ　Ｘ　１０”　〜Ｉ　Ｘ　１０Ｉ８（
ｃｉａ−’）（３）　　ベース層３について ｙ値：＃０．５４ 厚さ：０．５（μｍ〕 その他については別記 （４）　　エミツタ層４について Ｘ値：＃０．３ ｙ値：Ｉ＝Ｉ０．５４ 厚さ：〜３　〔μｍ〕 不純物濃度：ｌＸ１０１７〜ｌＸ１０１８（ロー３〕（
５）　　電極５について 材料：ＡｕＳｎ 厚さ：０．３Ｃμｍ〕 幅：１００（μｍ〕 外径：５００［μｍ〕 （６）電極６について 材料：ＡｕＳｎ 厚さ：０．３Ｃμｍ〕 さて、ベース層３については更に詳細に説明しよう。

ここには、ｎ型のバック・グラウンドに対して深いアク
セプタ準位を生成させる為、Ｆｅを例えば約３×１０１
５　〔ＣＩＩ＋４〕程度にドーピングしである。

第２図はＧａｙ　Ｉｎ＋−ｙ　Ｐベース層３に於けるエ
ネルギ・バンド・ダイヤグラムを表している。

図に於いて、Ｅ、は伝導帯の底、Ｅｖは価電子帯の頂を
それぞれ示している。

図から判るように、Ｆｅをドーピングしたことに依るア
クセプタ準位は価電子帯に近く生成され０．７５　（ｅ
Ｖ）の位置である。従って、ベース層３は極めて低濃度
のｐ型となり、約１×１０６〜ｌ　Ｏ１ｏ（ｃａｌ−３
）程度を達成することができる。

即ち、第３図に見られるＱａ、Ｉ　ｎ＋−ｙ　Ｐベース
層３に於いては、伝導帯の底Ｅｅの近傍に約ｌＸ　Ｉ　
０Ｉ５（Ｇｉｌｌ−’）程度のドナー準位が存在してい
る。これに対し、Ｆｅを約３　Ｘ　１０１５（ｅｌｌ−
’）程度ドーピングすることで、前記ドナー準位を補償
し、電子をトラップすることで伝導帯から電子を排除し
、その結果、ベース層３に於ける導電型を前記したよう
に極めて低いｐ型にすることを可能にしている。

このようにして、本実施例に於いては、ｎｐｎのフォト
・トランジスタ構造を維持したまま、ベース層のキャリ
ヤ濃度を著しく低下させることが可能であり、エミツタ
層４からコレクタ層２に到達する電子の到達率、従って
、βを向上させることができるものである。

〔発明の効果〕

本発明に依る半導体受光装置に於いては、遷移金属の禁
制茶巾に深い準位を生成する不純物を導入してバック・
グラウンドのキャリヤ濃度を低下させたベースを備えて
いる。

前記構成を採ることに依り、ベースに於けるキャリヤ濃
度を著しく低下させることが可能となり、従って、半導
体受光装置の増幅率を向上することができる。また、こ
れを実現する手段としては、ベースの禁制茶巾に適切な
準位を生成させる不純物を選択して導入するのみで達成
することが可能であって、特殊な技術は一切不要である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の要部切断側面図、第２図は第
１図に見られるベース層のエネルギ・バンド・ダイヤグ
ラム、第３図はフォト・トランジスタの動作を解説する
為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを主体とする説明
図をそれぞれ表している。 図に於いて、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型Ｇａ、Ｉ
　ｎｌ−、Ｐコレクタ層、３はＱａ、Ｉｎ、−。 Ｐベース層、４はｎ型（Ａｌｚ　ｃａｌ−Ｘ　）　ｙ　
Ｉ　ｎ＋−ｙＰエミッタ層、５は及び６は電極をそれぞ
れ示している。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　相　谷　昭　司 代理人弁理士　　渡　邊　弘　− 実施例の要部切断側面図 第１図 ａｌｎＰ ベースのエネルギ・パン繭・ダ゛イヤグラム第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　遷移金属からなり且つその禁制帯中に深い準位を生成
   する不純物を導入してバック・グラウンドのキャリヤ濃
   度を低下させてなるベース を備えてなることを特徴とする半導体受光装置。