JPH02154479A - フォトコンダクタ - Google Patents

フォトコンダクタ

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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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裕二 安藤
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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。

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。
(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。
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。
(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。
(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。
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。
(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。
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)。
(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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。
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