JPH02154479A - フォトコンダクタ - Google Patents
フォトコンダクタInfo
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- JPH02154479A JPH02154479A JP63309324A JP30932488A JPH02154479A JP H02154479 A JPH02154479 A JP H02154479A JP 63309324 A JP63309324 A JP 63309324A JP 30932488 A JP30932488 A JP 30932488A JP H02154479 A JPH02154479 A JP H02154479A
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- 239000003362 semiconductor superlattice Substances 0.000 claims 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 19
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 6
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はフォトコンダクタの構造に係わり、特にその応
答速度を向上することを可能にするフォトコンダクタの
構造に関する。
答速度を向上することを可能にするフォトコンダクタの
構造に関する。
(従来の技術)
第3図に従来技術によるフォトコンダクタの一例を示す
このようなフォトコンダクタは、例えば、ジー(Sze
)によって、フィジクス・オブ、セミコンダクタ・デバ
イス(Physics of Sem1conduct
or Devices)、744頁に報告されている。
このようなフォトコンダクタは、例えば、ジー(Sze
)によって、フィジクス・オブ、セミコンダクタ・デバ
イス(Physics of Sem1conduct
or Devices)、744頁に報告されている。
半絶縁性(S’、 1. )GaAs基板1上にノンド
ープGaAsからなる活性層33が形成され、活性層3
3の両端にはオーム性電極AI、 A2が形成されてい
る。電極A1とA2間に電圧を印加した状態で、活性層
33の上面からGaAsのバンドギャップ以上のエネル
ギーを有する光が入射されると、電子−正孔対が生成さ
れ、光電流が流れる。
ープGaAsからなる活性層33が形成され、活性層3
3の両端にはオーム性電極AI、 A2が形成されてい
る。電極A1とA2間に電圧を印加した状態で、活性層
33の上面からGaAsのバンドギャップ以上のエネル
ギーを有する光が入射されると、電子−正孔対が生成さ
れ、光電流が流れる。
(発明が解決しようとする問題点)
フォトコンダクタにおける利得(Gain)と応答時間
(tr)は下式のように表される Ga1n=pn−t−E/L
(1)tr = L/(pn−E)
(2)ここで、pnはキャリア移動度、
Iはキャリア寿命、Eは電界、Lは電極間隔である。こ
こで、活性層がノンドープの半導体から形成されるフ第
1・コンダクタにおいては、キャリア寿命が長いため、
高Ga1nが得られる反面、Lが長く低電界で使用され
るため、フォトダイオード等と比較して応答時間が長い
という問題があった。本発明は、この問題点を解決し、
高利得を維持しつつ、応答時間の短縮を可能にするフォ
トコンダクタを提供するものである。
(tr)は下式のように表される Ga1n=pn−t−E/L
(1)tr = L/(pn−E)
(2)ここで、pnはキャリア移動度、
Iはキャリア寿命、Eは電界、Lは電極間隔である。こ
こで、活性層がノンドープの半導体から形成されるフ第
1・コンダクタにおいては、キャリア寿命が長いため、
高Ga1nが得られる反面、Lが長く低電界で使用され
るため、フォトダイオード等と比較して応答時間が長い
という問題があった。本発明は、この問題点を解決し、
高利得を維持しつつ、応答時間の短縮を可能にするフォ
トコンダクタを提供するものである。
(問題点を解決するための手段)
本発明によれば、断面方向の長さが電子のド・ブロイ波
長程度である量子細線チャネルからなる活性層を有する
ことを特徴とするフォトコンダクタが得られる。
長程度である量子細線チャネルからなる活性層を有する
ことを特徴とするフォトコンダクタが得られる。
この量子細線はバンドギャップの大きいバルクの半導体
層上に形成されるので、入射光は量子細線のみに吸収さ
れこのバルク層の伝導の影響を無視できる。さらに量子
細線を超格子構造にすることにより電流を増大できる。
層上に形成されるので、入射光は量子細線のみに吸収さ
れこのバルク層の伝導の影響を無視できる。さらに量子
細線を超格子構造にすることにより電流を増大できる。
(作用)
榊によってジャパン・ジャーナル・オフ・アプライド・
フィツクス(Jpn、 J、 App]、、 Phys
、)第19巻L735頁、1980年に報告されている
ように、量子細線では、小角散乱が阻止されるため、イ
オン化不純物散乱が支配的となる低温において、電子の
低電界移動度は106cm2NS以上に達することが期
待される。また、1次元の状態密度はエネルギーと共に
減少するため、高電界において光学フォノンエネルギー
以上に加速された電子は加速されればされるほど散乱を
受けにくくなり、ドリフト速度が急速に大きくなること
が、山田らによって、電子情報通信学会技術報告、第E
D87−99.15頁、18987年に報告されている
。本発明は、このような原理に基づき、従来はバルクの
半導体で形成されてい゛た活性層を量子細線によって構
成することによって、キA・リア移動度を向上し、フォ
トコンダクタの応答時間を著しく短縮するものである。
フィツクス(Jpn、 J、 App]、、 Phys
、)第19巻L735頁、1980年に報告されている
ように、量子細線では、小角散乱が阻止されるため、イ
オン化不純物散乱が支配的となる低温において、電子の
低電界移動度は106cm2NS以上に達することが期
待される。また、1次元の状態密度はエネルギーと共に
減少するため、高電界において光学フォノンエネルギー
以上に加速された電子は加速されればされるほど散乱を
受けにくくなり、ドリフト速度が急速に大きくなること
が、山田らによって、電子情報通信学会技術報告、第E
D87−99.15頁、18987年に報告されている
。本発明は、このような原理に基づき、従来はバルクの
半導体で形成されてい゛た活性層を量子細線によって構
成することによって、キA・リア移動度を向上し、フォ
トコンダクタの応答時間を著しく短縮するものである。
すなわち、高移動度が得られる量子細線によって、フォ
トコンダクタの活性層を構成すれば、(1)。
トコンダクタの活性層を構成すれば、(1)。
(2)式に従って、応答時間を短縮できると共に、より
高い利得を達成できる。ここで、量子細線による高移動
度の効果を十分に引き出すためには、入射光は量子細線
でのみ吸収され、バルク層の伝導の寄与は無い方が望ま
しい。そこで、量子細線下のバルク層は量子細線を形成
する半導体よりバンドギャップの大きい半導体で構成し
、入射光として、バルク層のバンドギャップより低エネ
ルギーでかつ、活性層のバンドギャップより高エネルギ
ーの光を用いることによって、バルク層の影響を排除で
きる。
高い利得を達成できる。ここで、量子細線による高移動
度の効果を十分に引き出すためには、入射光は量子細線
でのみ吸収され、バルク層の伝導の寄与は無い方が望ま
しい。そこで、量子細線下のバルク層は量子細線を形成
する半導体よりバンドギャップの大きい半導体で構成し
、入射光として、バルク層のバンドギャップより低エネ
ルギーでかつ、活性層のバンドギャップより高エネルギ
ーの光を用いることによって、バルク層の影響を排除で
きる。
また、量子細線は高移動度である反面、単位チャネル幅
当たりの電流量が小さいという問題点も伴っている。こ
れは量子細線のサイズが100人×100人程度に限定
されるためで、量子細線の本数を増やすことによって、
この問題は解決可能である。しかしながら、量子細線の
本数を増やすことは素子寸法の増大につながり、望まし
くない。そこで、各々の量子細線を多層の活性層を有す
る超格子構造とすることによって、電流の増大を画るこ
ともできる。ここで、超格子構造において、各々の量子
井戸層が量子糸III線からなる7耐/IE層を形成し
、また、量子障壁層が量子井戸間の電子のしみ出しを抑
制し、チャネルの一次元性を確保する。
当たりの電流量が小さいという問題点も伴っている。こ
れは量子細線のサイズが100人×100人程度に限定
されるためで、量子細線の本数を増やすことによって、
この問題は解決可能である。しかしながら、量子細線の
本数を増やすことは素子寸法の増大につながり、望まし
くない。そこで、各々の量子細線を多層の活性層を有す
る超格子構造とすることによって、電流の増大を画るこ
ともできる。ここで、超格子構造において、各々の量子
井戸層が量子糸III線からなる7耐/IE層を形成し
、また、量子障壁層が量子井戸間の電子のしみ出しを抑
制し、チャネルの一次元性を確保する。
(実施例)
第1図(a)、(b)に本発明による第一の実施例のフ
第1・コンダクタの素子構造を示す。S、 1. Ga
As基板1上にノンドープAI0,4Ga□、6Asバ
ッファ層が111m形成され、その表面に幅100A、
高さ100八程度のi −GaAsから成る細線チャネ
ル3が複数本形成されている。
第1・コンダクタの素子構造を示す。S、 1. Ga
As基板1上にノンドープAI0,4Ga□、6Asバ
ッファ層が111m形成され、その表面に幅100A、
高さ100八程度のi −GaAsから成る細線チャネ
ル3が複数本形成されている。
細線チャネルの両端には、オーム性電極Al、A2が形
成されている。第1図(b)は第1図(a)に示した実
施例のXl−X2−X3−X4−X1面における素子断
面図である。ここで、0.65pm以上0.85pm以
下の波長の光を素子上面から入射すると、入射光はGa
As中でのみ吸収され、細線チャネル中にギヤリアが励
起される。ここでAlGaAs層2で入射光が吸収され
ることはないので、II]]線チャネル中の光電流だけ
を電極AI、A2間に取りだすことが出来る。細線の断
面は電子のド・ブロイ波長程度のディメンションを有す
るのでギヤリアは1次元的に振る舞い、(作用)で述べ
たような原理に基づいて高移動度、高ドリフト速度が実
現される。このようなフォトコンダクタは以下に述べる
ような製造方法によって、作製される。S、 1. G
aAs基板1」−に例えば、分子線エピタキシャル成長
法(MBE法)を用いてノンドープAlGaAs層2を
1μm、ノンドープGaAs層を10OA順次成長する
。次に、例えば電子線露光法によって、形成したレジス
トパタンをマスクとしてエツチングすることによって細
線チャネル3を形成する。最後に、通常の方法によって
チャネルへのオーム性電極AI。
成されている。第1図(b)は第1図(a)に示した実
施例のXl−X2−X3−X4−X1面における素子断
面図である。ここで、0.65pm以上0.85pm以
下の波長の光を素子上面から入射すると、入射光はGa
As中でのみ吸収され、細線チャネル中にギヤリアが励
起される。ここでAlGaAs層2で入射光が吸収され
ることはないので、II]]線チャネル中の光電流だけ
を電極AI、A2間に取りだすことが出来る。細線の断
面は電子のド・ブロイ波長程度のディメンションを有す
るのでギヤリアは1次元的に振る舞い、(作用)で述べ
たような原理に基づいて高移動度、高ドリフト速度が実
現される。このようなフォトコンダクタは以下に述べる
ような製造方法によって、作製される。S、 1. G
aAs基板1」−に例えば、分子線エピタキシャル成長
法(MBE法)を用いてノンドープAlGaAs層2を
1μm、ノンドープGaAs層を10OA順次成長する
。次に、例えば電子線露光法によって、形成したレジス
トパタンをマスクとしてエツチングすることによって細
線チャネル3を形成する。最後に、通常の方法によって
チャネルへのオーム性電極AI。
A2を形成すれば、本実施例のようなフォトコンダクタ
が作製される。
が作製される。
第2図(a)、 (b)に本発明による第二の実施例の
フォトコンダクタの素子構造を示ず。S、 1. Ga
As基板1上にノンドープAI□、4Ga□、6Asバ
ンファ層2がlpm形成され、その表面にノンドープG
aAsとノンドープAlGaAsの超格子から成る幅1
00A程度の細線チャネル23が複数本形成されている
。細線チャネルの両端には、オーム性電極Al、 A2
が形成されている。
フォトコンダクタの素子構造を示ず。S、 1. Ga
As基板1上にノンドープAI□、4Ga□、6Asバ
ンファ層2がlpm形成され、その表面にノンドープG
aAsとノンドープAlGaAsの超格子から成る幅1
00A程度の細線チャネル23が複数本形成されている
。細線チャネルの両端には、オーム性電極Al、 A2
が形成されている。
第2図(b)は第2図(a)に示した実施例のXl−X
2−X3−X4−X1面における素子断面図である。細
線チャネル23はノンドープGaAs層23Aとノンド
ープAl□、4Ga0.6As層23Bの超格子層から
構成され、各々のノンドープGaAs層の厚さは100
A程度、ノンドープAlGaAs層も100A程度であ
る。ここで、0.65pm以上0.85pm以下の波長
の光を素子」二面から入射すると、入射光はGaAs中
でのみ吸収され、AlGaAs中は無吸収で透過するた
め、各GaAs層23Aにおいてキャリアが励起される
。AlGaAs層23Bはキャリアのしみだしを抑制す
るのに十分な厚さを有するため、各GaAs層23Aは
それぞれ独立した細線チャネルを形成する。
2−X3−X4−X1面における素子断面図である。細
線チャネル23はノンドープGaAs層23Aとノンド
ープAl□、4Ga0.6As層23Bの超格子層から
構成され、各々のノンドープGaAs層の厚さは100
A程度、ノンドープAlGaAs層も100A程度であ
る。ここで、0.65pm以上0.85pm以下の波長
の光を素子」二面から入射すると、入射光はGaAs中
でのみ吸収され、AlGaAs中は無吸収で透過するた
め、各GaAs層23Aにおいてキャリアが励起される
。AlGaAs層23Bはキャリアのしみだしを抑制す
るのに十分な厚さを有するため、各GaAs層23Aは
それぞれ独立した細線チャネルを形成する。
各GaAs層23Aの断面は幅、厚さ共に電子のド・ブ
ロイ波長程度のディメンションを有するのでキャリアは
1次元的に振る舞い、高移動度、高ドリフト速度が実現
される。
ロイ波長程度のディメンションを有するのでキャリアは
1次元的に振る舞い、高移動度、高ドリフト速度が実現
される。
以上の実施例では、GaAs/AlGaAs/GaAs
系のフォトコンダクタを用いて本発明を説明したが、本
発明は勿論、GaInAs/GaInAsP/InP系
やGaInAs/AlInAs/InP系などの他の材
料系にも適用できる。
系のフォトコンダクタを用いて本発明を説明したが、本
発明は勿論、GaInAs/GaInAsP/InP系
やGaInAs/AlInAs/InP系などの他の材
料系にも適用できる。
(発明の効果)
以上の発明の詳細な説明から明らかなように、本発明に
よれば量子細線を活性層とするフォトコンダクタが得ら
れるため利得を向上し、応答速度を著しく改善すること
が可能になる。さらに量子細線を超格子構造とすれば、
電流が増大できる。
よれば量子細線を活性層とするフォトコンダクタが得ら
れるため利得を向上し、応答速度を著しく改善すること
が可能になる。さらに量子細線を超格子構造とすれば、
電流が増大できる。
第1図(a)、 (b)、第2図(a)、(b)は本発
明によるフォトコンダクタの実施例の素子構造図1、第
3図は従来技術によるフォトコンダクタの一例の素子構
造図である。 図において、 1はS、 1. GaAs基板 2はノンドープAlGaAsバッファ層3は1−GaA
s細X泉 Al、 A2はオーム性電極 23は超格子糸田線 23AはノンドープGaAs層 23BはノンドープAlGaAs層 33はノンドープGaAs活性層である。
明によるフォトコンダクタの実施例の素子構造図1、第
3図は従来技術によるフォトコンダクタの一例の素子構
造図である。 図において、 1はS、 1. GaAs基板 2はノンドープAlGaAsバッファ層3は1−GaA
s細X泉 Al、 A2はオーム性電極 23は超格子糸田線 23AはノンドープGaAs層 23BはノンドープAlGaAs層 33はノンドープGaAs活性層である。
Claims (2)
- (1)断面方向の長さが電子のド・ブロイ波長程度の第
1の半導体より構成される量子細線のチャネルからなる
活性層を有し、この活性層は活性層を構成する第1の半
導体よりもバンドギャップの大きい第2の半導体層上に
形成されてあり、量子細線の長手方向に対向した電極が
設けられてあることを特徴とするフォトコンダクタ。 - (2)量子井戸部を有する半導体超格子構造より形成さ
れた量子細線を活性層として有し、この量子井戸部は断
面方向の長さが電子のドブロイ波長程度であり、さらに
この活性層は前記量子井戸部を形成する半導体層よりバ
ンドギャップの大きい半導体層上に形成されてあり、量
子細線の長手方向には対向した電極が設けられた構造を
有することを特徴とするフォトコンダクタ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63309324A JP2666440B2 (ja) | 1988-12-06 | 1988-12-06 | フォトコンダクタ |
US07/446,455 US5130690A (en) | 1988-12-06 | 1989-12-05 | Photoconductor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63309324A JP2666440B2 (ja) | 1988-12-06 | 1988-12-06 | フォトコンダクタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02154479A true JPH02154479A (ja) | 1990-06-13 |
JP2666440B2 JP2666440B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17991648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63309324A Expired - Fee Related JP2666440B2 (ja) | 1988-12-06 | 1988-12-06 | フォトコンダクタ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5130690A (ja) |
JP (1) | JP2666440B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5294807A (en) * | 1991-06-07 | 1994-03-15 | Sony Corporation | Quantum effect device in which conduction between a plurality of quantum dots or wires is achieved by tunnel transition |
JP2012510147A (ja) * | 2008-11-26 | 2012-04-26 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 半導体ナノワイヤ電磁放射センサとその製造方法および動作方法 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5420595A (en) * | 1991-03-05 | 1995-05-30 | Columbia University In The City Of New York | Microwave radiation source |
US5274246A (en) * | 1992-05-04 | 1993-12-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Optical modulation and switching with enhanced third order nonlinearity multiple quantum well effects |
CA2107067C (en) * | 1992-09-30 | 1999-02-16 | Mitra Dutta | Negative absolute conductance device and method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH01129477A (ja) * | 1987-11-16 | 1989-05-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3961998A (en) * | 1975-04-09 | 1976-06-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Vacuum deposition method for fabricating an epitaxial pbsnte rectifying metal semiconductor contact photodetector |
-
1988
- 1988-12-06 JP JP63309324A patent/JP2666440B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-12-05 US US07/446,455 patent/US5130690A/en not_active Expired - Lifetime
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JP2666440B2 (ja) | 1997-10-22 |
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