JPH01114082A - 光検出器 - 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】 【Ｍ東上の利用分野〕 本発明は光検出器に係り、特に電子素子との集積化に好
適な光検出器に関する。

〔従来の技術〕

高速光検出器として高速電子デバイスを応用する試みは
、近年活性に行なわれている。

その理由としては、応答速度が速いこと、内部利得が大
きいこと、低バイアス電圧の動作が可能で電子デバイス
とモノリシックに集積化しやすいデバイス構造であるこ
と等がある。

これまで、Ｊ、Ｊ、Ａ、Ｐ誌１９８６年Ｖｏ１２５、Ｌ
８０１〜８０３に示されているように。

Ｇ　ａ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系ＨＥ　
Ｍ　Ｔ　（ｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｎｏｂｉｌｉｔ
ｙ　ｔｒａｕｓｉｓｔｏｒ）型光検出器にて全半値幅２
２ＰＳの高速応答性が得られている。

このＨＥＭＴ型光検出器の構造を第２図に示す。

第２図の光検出器が高速応答性を示す理由としては、短
ゲート長効果およびＨＥＭＴとしてのトランジスタ効果
が考えられる。

一方、一般に直接遷移型の半導体の吸収系数は〜１０’
（１１″″ｌのオーダであるため、入射した光を十分に
吸収して光電変換を行なうためには、活性層膜厚として
１μｍ程度が必要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、第２図の例では、２次元電子ガスの膜厚は高
々１００人程度であるため、入射した光の大部分は、１
−ＧａＡｓ層２４または１−ＡｆｉＧａＡｓ層２３で吸
収され、生じたホトキャリアがソース、ドレイン間に水
平方向に印加されている電界によって、オーミック電極
２８〜２９に移動する。この２次元電子ガスの領域以外
で生成したホトキャリアの緩和過程については、２次元
電子ガスの領域に緩和されて、輸送される場合と、２次
元電子ガスの領域に緩和されることなく。

水平電界によって直接電極に輸送される場合がある。

したがって、上記従来技術では、光を吸収して生じたホ
トキャリアがすべて２次元電子ガスの領域を経て輸送さ
れていないという問題点があった。

本発明は、−光を吸収する活性層の体積を変調ドープ多
重量子井戸を用いることにより増大させ、ホトキャリア
の輸送を積極的に２次元電子ガスの領域で行なうように
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、光を吸収する活性層に変調ドープ多重量子
井戸を用い、形成される２次元電子ガスの領域を積層し
た周期の数だけ形成し、２次元電子ガスの領域の全体積
を増大させることにより、達成される。

〔作用〕

変調ドープ多重量子井戸における２次元電子ガスは禁止
帯幅の小さい半導体層と大きい半導体層のへテロ界面付
近で、禁止帯幅の小さい半導体層内に形成される。

したがって、禁止帯幅の小さい半導体層を積層した回数
だけ２次元電子ガスは形成されることになる。ゆえに、
入射した光を十分吸収するのに必要な活性層の膜厚だけ
、多重量子井戸を積層することにより、ホトキャリアの
大部分はこれらの二次元電子ガスの領域で走行すること
になる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本発明をＩ　ｎＡｆｌＡｓ／Ｉ　ｎＧａＡｓ系に適用し
た例を第１図（ａ）、（ｂ）に示す、第１図（ａ）はデ
バイスの断面図、第１図（ｂ）は多重量子井戸の構成を
表わす断面図である。

まず、製造方法について説明する。

分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）または有機金属熱分
解気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて。

半絶縁ＩｎＰ基板１上にｎ′″−ＩｎＡ　Ｑ　Ａｓ層２
、Ｉ　ｎＡｆｉＡｓとＩ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓの変調ド
ープ多重量子井戸３．ｎ−ＩｎＧａＡｓ５、ｎ＋　　Ｉ
ｎＧａＡｓ層６を連続成長ＩｎＡＱＡｓとＩｎＧａＡｓ
の多重量子井戸はｎ−ＩｎＡ　Ｑ　Ａｓ層１０、アンド
ープＩｎＡＱＡｓスペーサ層１１、アンドープＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層１２．アンドープＩ　ｎ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓ
スペーサ層１３を１周期とする量子井戸を１０〜２０周
期積層して形成する。

次に、オーミック接触を得るために、ｎ型不純物をイオ
ン注入法または選択熱拡散法を用いて、ｎ＋　”　Ｉｎ
ＧａＡｓとＩｎＡ　Ｑ　Ａｓの混晶４を形成した後、ゲ
ート部のｎ＋　−ＩｎＧａＡｓ層を選択エツチングによ
って除去する。オーミック電極としてソース電極８゜ド
レイン電極９を公知の蒸着法を用いて形成し。

最後にゲート電極７を公知のりフトオフ法またはセルフ
ァライン法によって形成する。

次に実施例１の動作について説明する。

表面から入射した光は、多重量子井戸を構成するアンド
ープＩｎＧａＡｓ層で吸収され、ホトキャリアを発生す
る６多重量子井戸膜厚が十分厚くなっていること及びゲ
ートに十分なバイアス電圧を印加して、垂直方向の電界
を大きくするため。

発生したホトキャリアの大部分は二次元電子ガス内を輸
送され、オーミック電極より外部回路に取り出される。

二次元原子ガス内は不純物散乱が抑えられ、移動度が大
きくなっている。

デバイスの応答速度は、オーミック電極間の走行時間で
制限される。ゲート長が同一の場合、移動度が大きい本
実施例の場合、高速応答が期待できる、また、多重量子
井戸のＨＥＭＴでは相互コンダクタンスが単一量子井戸
の場合と比べて増大するため、光検出器としてのトラン
ジスタ効果も向上し、内部利得も増大する。

第２の実施例を第３図に示す。

第３図は半絶縁性ＩｎＰ基板３１を用いて、活性層にＩ
　ｎ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓ　／　Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓの
多重量子井戸３４を用いている点では実施例１と同様で
ある。

異なる点はオーミックコンタクトをｎ＋　−ＩｎＧａＡ
ｓ３６及びｎ＋　−ＩｎＧａＡｓ３７だけで行ない。多
重量子井戸３４との接触はオーミック電極３８．３９蒸
着時のアロイ反応によって行なっていることである。

高速応答を得るためには、オーミック性が良好であるこ
とが重要である。

デバイスの動作原理及び効果については実施例の１と同
様である。

実施例の１，２では本発明をＩｎＧａＡｓ／Ｉ　ｎ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ系に適応した場合について述べてきたが、
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓ系、Ｉｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓ系、またはＡ　Ｑ　Ａ　ｓ　Ｓ　ｂ　
／　Ｇ　ａ　Ｓ　ｂ系に対しても本発明が有効である。

なお、上記各実施例において、活性層は少くとも約０．
５　　μｍの層厚があることが好ましく、また２μｍ程
度であれば本発明の効果を得るに充分である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光が入射して生じたホトキャリアの大
部分を２次元電子ガスの領域で輸送できるため、高速の
光検出器を実現できる。

また、多重量子井戸を用いているので電子デバイスとし
ても相互コンダクタンスの増加が期待でき、トランジス
タ効果の向上により内部利得が大きくなるという利点が
ある。

さらに、構造が電子デバイスと類似しているため、光電
子集積回路の光検出部にも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の、実施例１であるＩ　ｎ　Ａ　
Ｑ　Ａ　ｓ　／　Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系多重量子井
戸光検出器の縦断面図、（ｂ）は多重量子井戸の摺成の
説明図、第２図は従来例であるＧ　ａ　Ａ　ｓ／ＧａＡ
ＱＡｓ、３・・・多重量子井戸、４−ｎ＋−ＩｎＡ　Ｑ
　Ａｓ、ＩｎＧａＡｓ混晶、５　・＝ｎ　−ＩｎＡ　Ｑ
　Ａｓ、　　６−ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ、７・・・ゲート
電極、８，９・・・オーミック電極、１０・・・ｎ　−
ＩｎＡ　Ｑ　Ａｓ、１１．１３−・・アンドープｒ　ｎ
　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓ　ＪｅＪ、１２　・・・アンドープＩ
　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層、２ｌ−ＧａＡｓ基板、２２・
・・アンドープＧａＡｓ層、２３・・・アンドープＧ　
ａ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓ層、２４−・・アンドープＧａＡｓ
層、２５−　ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓ層、　２６
−ｎ＋−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層、２７・・・ゲート電極、２
８．２９・・・オーミック電極（ソース電極、ドレイン
電極）、３１・・・ＩｎＰ基板、３２・・・アンドープ
ＩｎＧａＡｓ層、３３・・・アンドープＩｎＧａＡｓ層
、３４−　Ｉ　ｎ　Ａ　ＱΔＳ／Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　
ｓ多重量子井戸、　３５　・−ｎ＋　−ＩｎＡ　Ｑ　Ａ
ｓ層、　３６−ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層、３７　・・・ゲ
ート電極、第　１　口 （α） 第２図　　　　　第３目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と、この基板上に形成され少なくとも光を吸収
   するための活性層を有する複数の半導体層とからなり、
   光を吸収して発生するホトキャリアが基板に対して水平
   方向に動作する光検出器であつて、上記活性層は多重量
   子井戸構造であることを特徴とする光検出器。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の光検出器において、
   前記活性層として用いる多重量子井戸構造の組成を、Ｉ
   ｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ま
   たはＡｌＡｓＳｂ／ ＧａＳｂとすることを特徴とする光検出器。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の光検出器において、
   前記活性層は変調ドープ多重量子井戸構造であることを
   特徴とする光検出器。 ４、特許請求の範囲第１項記載の光検出器において、前
   記活性層の膜厚を０．５μｍから２μｍとすることを特
   徴とする光検出器。