JPH02220478A - Photodetector - Google Patents
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- JPH02220478A JPH02220478A JP1039448A JP3944889A JPH02220478A JP H02220478 A JPH02220478 A JP H02220478A JP 1039448 A JP1039448 A JP 1039448A JP 3944889 A JP3944889 A JP 3944889A JP H02220478 A JPH02220478 A JP H02220478A
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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Abstract
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は光検出器に関し、特に光通信、光情報処理等に
用いられる受光および電力増幅を行なう導波形のへテロ
バイポーラフォトトランジスタとして構成される光検出
器に関するものである。
〔従来の技術]
電力増幅機能を有した半導体光検出器としてホトトラン
ジスタがある。ここではM、 Konagai等、J、
Appl、 Phys、、 Vol、48. NO,
10,PP、4389〜4394、1977に示される
ヘテロ接合を持つホトトランジスタについて説明する。
第7図にヘテロ接合ホトトランジスタの断面構造を示す
a n”−GaAsである基板71上にn−GaAs
であるコレクタ[72、p”−GaAsであるベースN
73、n−Ala、 5Gao、 tAsであるエミツ
タ層74を順次エピタキシャル成長させ、エツチングに
よるエミッタ[74を図示するようにベース層3の上面
の一部に形成させる。この後、エミツタ層74の電極と
してAu+ Ge+ Niであるエミッタ電極75、ベ
ース層73の電極としてAu+Znであるベース電極7
6、n”−GaAs基板71の電極としてAu十釦であ
るコレクタ電極77を取付けている。入射光78はエミ
ッタ[74側より入射される。このため、受光面となる
エミッタN74の上面に無反射コーティングを施した。
入射光78のエネルギーEiがエミツタ層74のエネル
ギーギャップEgと比べて、 1.4 (eV) <
Ei< Egの条件を満たせば、入射光78はエミツタ
層74では吸収されず、ベース層73、コレクタ層72
で吸収される。
第8図は第7図に示したホトトランジスタの電位分布を
示す図である。第8図に示す様に吸収された入射光78
は電子71−正孔72対をつくる。電子71はコレクタ
側に流れ、正孔72はベース側に流れる。正孔72はエ
ミッタ・ベース間の電位障壁によりエミッタ側へは流れ
ることはできず、ベース領域に捕獲される。そのためベ
ース領域にかなりの空間電荷が形成される事となり、こ
の空間電荷がエミッタ・ベース間の順バイアスを強める
結果、エミッタ側からベース領域を越えて電子71がコ
レクタへ流れる。すなわち、光照射により生じた正孔が
ベース領域に捕獲されるのが、ヘテロバイボーラトラン
ジスタで、光照射はベース領域に少数キャリアが注入さ
れる事に相当する。従ってトランジスタ動作の電流増倍
作用により、入射光で生成された電子・正孔対の電子の
量より多くのキャリアの流れが得られる。
〔発明が解決しようとしている課題〕
上記従来例では、受光面をエミッタ電極上面側に設定し
であるために、半導体レーザダイオードや導波路素子と
一体化で作製する事が困難であった。また、受光面に無
反射コート処理が必要であるという欠点があった。さら
に、受光感度を上げるためや大電流を取り出すために受
光面積を大きくすると、応答速度が遅くなるという欠点
があった。
本発明は、他の半導体素子と一体に作製することが容易
であり、かつ大電流を出力することのできる光検出器を
提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の光検出器は、
入射光に応じた電力増幅を行なうヘテロバイポーラフォ
ト“トランジスタとして構成される光検出器であって、
コレクタ層とベース層との間に前記入射光を受光するた
めの光導波路層がコレクタ層の一部として形成されてい
る。
この光導波路層は超格子構造とされてもよく、光導波路
層を構成する超格子構造は、
超格子構造を構成する超格子層が、バンドギャップが各
々異なる複数の積層部分から成り、バンドギャップの小
さいものから順にベース層側からコレクタ層側へ配設さ
れてもよい。
また、ベース層とコレクタ層との間にノンドープ超格子
層を設けてもよく、
さらに、ベース層を超格子構造にて構成してもよい。[Industrial Application Field] The present invention relates to a photodetector, and more particularly to a photodetector configured as a waveguide hetero-bipolar phototransistor for receiving light and amplifying power, which is used in optical communications, optical information processing, etc. be. [Prior Art] A phototransistor is a semiconductor photodetector having a power amplification function. Here M, Konagai et al., J.
Appl, Phys, Vol. 48. No,
10, PP, 4389-4394, 1977, a phototransistor having a heterojunction will be described. FIG. 7 shows the cross-sectional structure of a heterojunction phototransistor.
collector [72,p”-base N which is GaAs
An emitter layer 74 of 73, n-Ala, 5Gao, and tAs is sequentially grown epitaxially, and an emitter [74] is formed on a part of the upper surface of the base layer 3 by etching as shown. After this, an emitter electrode 75 made of Au+Ge+Ni is used as an electrode for the emitter layer 74, and a base electrode 7 made of Au+Zn is used as an electrode for the base layer 73.
6. A collector electrode 77 made of Au ten-button is attached as an electrode of the n''-GaAs substrate 71. The incident light 78 enters from the emitter [74 side. A reflective coating was applied.The energy Ei of the incident light 78 is 1.4 (eV) < compared to the energy gap Eg of the emitter layer 74.
If the condition of Ei<Eg is satisfied, the incident light 78 is not absorbed by the emitter layer 74 and is absorbed by the base layer 73 and the collector layer 72.
It is absorbed by. FIG. 8 is a diagram showing the potential distribution of the phototransistor shown in FIG. 7. Incident light 78 absorbed as shown in FIG.
creates 71 electron-hole 72 pairs. Electrons 71 flow to the collector side, and holes 72 flow to the base side. The holes 72 cannot flow to the emitter side due to the potential barrier between the emitter and the base, and are captured in the base region. Therefore, a considerable amount of space charge is formed in the base region, and as a result of this space charge strengthening the forward bias between the emitter and the base, electrons 71 flow from the emitter side over the base region to the collector. That is, in a heterobibolar transistor, holes generated by light irradiation are captured in the base region, and light irradiation corresponds to minority carriers being injected into the base region. Therefore, due to the current multiplication effect of the transistor operation, a flow of carriers larger than the amount of electrons in the electron-hole pairs generated by the incident light can be obtained. [Problems to be Solved by the Invention] In the conventional example described above, since the light-receiving surface is set on the upper surface side of the emitter electrode, it is difficult to manufacture the light-receiving surface in an integrated manner with a semiconductor laser diode or a waveguide element. Another drawback is that the light-receiving surface requires anti-reflection coating. Furthermore, if the light-receiving area is increased in order to increase the light-receiving sensitivity or to extract a large current, there is a drawback that the response speed becomes slow. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photodetector that can be easily manufactured integrally with other semiconductor elements and can output a large current. [Means for Solving the Problems] The photodetector of the present invention is a photodetector configured as a hetero-bipolar photo"transistor that performs power amplification according to incident light, and includes An optical waveguide layer for receiving the incident light is formed as a part of the collector layer. This optical waveguide layer may have a superlattice structure, and the superlattice structure constituting the optical waveguide layer is The superlattice layer constituting the lattice structure may be composed of a plurality of laminated parts each having a different band gap, and may be arranged in order from the base layer side to the collector layer side in order of decreasing band gap. A non-doped superlattice layer may be provided between the base layer and the base layer, and the base layer may have a superlattice structure.
【作用J
ヘテロバイポーラフォトトランジスタを構成する半導体
層として入射光を受光する光導波路層が形成されている
ので、他の半導体素子と一体に形成することが容易とな
る。また、光導波路層に入射された光により電子−正孔
対が生成されるが、この正孔はベース領域に捕獲され、
電子はコレクタ領域に流れる。ベース領域で捕獲された
正孔はエミッタ・ベース間の電位障壁のためエミッタ側
には流れず、その結果かなりの空間電荷を形成されるこ
とになり、エミッタ・ベース間に順方向バイアスがかか
る。この結果エミッタ・ベース間の電位障壁が下がる事
によりエミッタ側の電子がベース領域を越えてコレクタ
側へ流れる電子の流れが増大され、大電流が流れる。
〔第1実施例〕
第1図は本発明の第1の実施例の構造を示す断面図であ
る。以下半導体の導波形は、n型の場合は先頭にrn−
J 、 p型はrp−J、ノンドープは「φ−」とし、
rp”−J、rn−Jは不純物濃度の違いを示すものと
して説明する。
半絶縁性GaAs (SI−GaAs)である基板1上
にn−−Alo、 5Gao、 tAsであるコレクタ
層2、n−Alo、 zaGao、 76ASである光
導波路N3を形成する。さらにp”−GaAsであるベ
ースN4、n−Ale、 zaGao、 tsAsであ
るエミツタ層5、n”−GaAsであるキャップ層6を
順次形成する。これらの層は液相成長法(LPε法)、
有機金属気相成長法(MO−CVD法)、分子線エピタ
キシャル法(MBE法)等によって作製される。その後
選択エツチング法によりエミツタ層、ベース層をエツチ
ングし各々に電極を形成する。エミッタ電極7とコレク
タ電極9はAu、 Sn、 Auの3層構造とし、ベー
ス電極8はAu、 Zn、 Auの3層構造とし熱処理
により合金化したものである。
各層の膜厚と不純物の種類、濃度はそれぞれ、コレクタ
層2 : 3 um Si 2 XIO”cm−’
光導波路層3 : 0.5gm St 2XlO”
cm−’ベースrgj4 : 0.5μm Be
I XIO”cm−’エミッタN5 : I Bm
Si 5X10”am−’キャップ46 : D
、5μm Si I XIO”cm−’エミッタ電
極7 Au/Sn/Au = 100人/100
人コレクタ電極9° / 2500人ベース
電極8 : Au/Zn/Au = 100人/1
00人/ 2000人
である。
本実施例は、第1図に示すように光導波路層3に入射さ
れる入射光10により電力増幅を行なうものである。
第2図(a)は、第1図のA−A ’断面においてバイ
アス条件が付加された状態での電位分布図で、第2図(
b)は第2図(a)において光が入射された時の電子・
正孔の動きを模式的に示した電位分布図である。
本実施例の動作について第1図および第2図(a)、(
b)を参照して説明する。
室温状態における先導波路層3のバンドギャップはEg
341.72eVであり、コレクタM2のバンドギャッ
プはEgz41.80eVである。入射光1Gの波長を
850nm (ナノメートル)とすると、入射光のエネ
ルギーはEg” 1.46eVである。すなわちEg<
Eg。
であるので入射光】0に対し光導波路層3は透明となる
。また、Egs<Eggであるので入射光lOはコレク
タ層2に閉じ込められる。その結果、紙面左端から入射
される入射光10は(第1図参照)紙面左端の導波領域
11から右端の吸収領域12に向かって進行する。第2
図(a) 、 (b)においてエミッタ・コレクタ間に
設けられている電源21はベース・コレクタ間に逆バイ
アスを印加している。第2図(b)において入射光lO
は紙面に垂直でかつ表面から裏面に導波している。第1
図導波領域を導波して来た入射光lOは吸収領域I2に
達すると、ベース1’!4のバンドギャップは〜1.4
eVであるため、ベース層4側にエネルギーの大半が移
り、吸収される。吸収された入射光IOは電子205と
正孔206対を生成し、正孔206はベース領域に捕獲
され、電子205はコレクタ領域に流れる。ベース領域
で捕獲された正孔206はエミッタ・ベース間の電位障
壁のためエミッタ側には流れず、その結果かなりの空間
電荷を形成されることになりエミッタ・ベース間に順方
向バイアスがかかる。この結果エミッター・ベース間の
電位障壁が下がる事によりエミッタ側の電子がベース領
域を越えてコレクタ側へ流れる電子の流れを増大させる
。
第3図は本発明の第2の実施例の構造を示す断面図であ
る。ここではエミツタ層をn−Ale、 5GaO,?
^Sであるエミツタ層35とし、コレクタ層中の光導波
路の構造を超格子構造の光導波路層31としている。そ
の他の構造は第1の実施例と同様であり、第1図と同じ
番号を付している。超格子構造の構成は、n−Alo、
3Gao、 7A860人とn−GaAs 10人を
それぞれ50層ずつ積層したものである。
この超格子構造のバンドギャップはEg=1.72eV
であるので、n−Ale、 x4Gao、フ龜A3とほ
ぼ同じバンドギャップを持つが、その導波路損失が小さ
い事から導波路中での減衰量が小さくなり、素子を第1
図に示したものよりも小型化する事が可能となった。
次に、第3図に示した先導波路31の超格子構造を、最
初にn−Alo、 3Gao、 tAs 60人とn−
GaAs 15人を25層積層し、次にn−Alo、
5Gao、 tAsの厚みを60人としn−GaAsの
厚みを30人を25N積層した。
この場合には、光導波路層31のバンドギャップ1、7
2eVが1.68eVおよび1.59eVとなり、ベー
ス・コレクタ界面におけるバンドギャップの不連続性が
緩和され、光入射した後、エミッタ側からコレクタ側へ
より電子が流れやすくなった。なお、光導波路層31の
有するバンドギャップをさらに多数のものとし、バンド
ギャップの小なるものから順にベース層からコレクタ層
に配置すれば、上記効果がさらに強くなることは明白で
ある。
第4図は本発明の第3の実施例の構造を示す断面図であ
る0本実施例は、第1図に示した第1の実施例のコレク
タ層2とベース層4の間にφ−GaAsとφ−AIJa
+−1IA8から成る超格子構造のφ−超格子層45を
設けたものである。その他の構造は、第1の実施例と同
様であり、第1図と同じ番号を付しである。
作製手順について説明すると、5l−GaAs基板であ
る1上にn−Ale、 3Gao、tAsであるコレク
タ層2、n−Ale、 14Gao、 ysA3である
光導波路N3を形成した後、6−GaAs層と* −A
10. a4Gao、 tsAs WIとを交互に積層
したφ−超格子層45、p”−GaAsであるベース層
4、n−Alo、 z4Gao、 tsAsであるエミ
ツタ層5、n−GaAsであるキャップ層6を順次エピ
タキシャル成長させる。その後、選択エツチングにより
φ−超格子層45迄をエツチングし第4図の形状を得た
後、エミッタ電極7、ベース電極8、コレクタ電極9を
形成した。
第5図(a)はバイアス条件を付加された時の第4図B
−8’断面における電位分布を示す図、第5図(b)は
第5図(a)に示した状態のものに光が入射された場合
の電位分布を示す図である。
次に、本実施例の動作について第4図および第5図(a
)、(b)を参照して説明する。
第4図において素子の左端から入射した入射光lOは導
波領域11においては、導波路3の中にエネルギーの大
半があり、第4図における右方向へ導波される。ここで
第1の実施例と異なるのは、入射光lOが導波領域11
と吸収領域12の境界面で反射されないため、検出限界
がさらに高くなったことである。また、吸収領域12に
印加されているバイアスを除くと、入射光IOは増幅領
域12で吸収されず、さらに右方向へ伝播される。一方
、第5図(b)に示すように、バイアスが印加された状
態のところへ光が入射した場合について説明すると、ベ
ース・コレクタ間に印加されている逆バイアス電界によ
り$−GaAsと6−Alo、 z4Gao、 tsA
s層で構成されている超格子構造のバンドギャップがシ
ュタルク効果により減少し、屈折率は増加する事になる
。その結果、φ−超格子層45で入射光10は吸収され
、また、それと同時にφ−超格子層45による光の閉じ
込めが悪くなるため、光はベース層4へもエネルギーが
移り吸収が増大する。吸収領域12で吸収された入射光
lOは電子502−正孔501対と電子205−正孔2
06対を形成し、正孔501は電界によりベース層4へ
流れ、電子205はコレクタ側へ流れる0本実施例が第
3の実施例と異なるのは、φ−超格子層45での吸収エ
ネルギーにより生成される電子502−正孔501対が
増加するため、吸収領域長が短くできる事である。また
、正孔501がベース層中の正孔206に加わるため、
ベース層4の価電子帯に捕獲される正孔密度が高くなり
、その結果、空間電荷がより多く形成される事である。
このためエミッタ・ベース間の電位障壁がより下がり、
エミッタからコレクタへ流れる電子が増大する。
第6図は本発明の第4の実施例の構造を示す断面図であ
る。
本実施例は第4図に示した第3の実施例のp”−GaA
sであるベース層4をp−Gao、yAlo、 sAs
とφ−GaAsとが交互に積層された超格子層66とし
たものである。その他の構造は第5の実施例と同様であ
り、第4図と同じ番号を付しである。
第4の実施例においてはベース層4としてp”−GaA
sを用いていた。このベース層4を薄くすると応答速度
は速くなるが、ベース抵抗が高くなりトータルでは応答
速度が遅くなるという欠点があった。また、φ−超超格
子層上ドープ材あるBeが拡散されてしまうという欠点
もあった。これを解消するために本実施例においては、
ベース層4を前述の超格子層66とすることで、ベース
抵抗率の増加を押さえることができた。これは本実施例
の場合、正孔がp”−GaAsよりも高い移動度をもつ
φ−GaAs中を移動することによる。このため、応答
速度の短縮がはかれた。
以上の各実施例では、AlxGa+−mAs系を用いた
例について述べたが化合物半導体、混晶半導体の他の組
合わせ(例えばInt−xGaJsyP+−y系や、(
AIXGal−j yln+−yP系)により本発明の
構造を実現する事もできる。また、n−p−n 、 p
−n−pいずれの組み合わせも実施可能である。また、
吸収を用いているため、エミッタ、ベース間電界をオン
。
オフする事で、吸収電流をとり出さない導波形光スイッ
チとして素子化することも可能である。
また、各実施例により生じる効果は各々独立のものであ
るので、各実施例を組合わせてもよい。
〔発明の効果]
本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載するような効果を奏する。
請求項1に記載のものにおいては、他の半導体素子と一
体に作製することが容易になるとともに、大電流を出力
することができる効果がある。
請求項2に記載のものにおいては、光導波路層での減衰
量が小さくなるので、素子を小型化することができる効
果がある。
請求項3に記載のものにおいては、ベース・コレクタ界
面における不連続性が緩和され、電子がエミッタ側から
コレクタ側へ流れやすくなるので、大電流がさらに出力
されやすくなるという効果がある。
請求項4に記載のものにおいては、ベース層とコレクタ
層との間においても電子−正孔対が形成されるので、大
電流が得やすくなるとともに、光検出器を小型化するこ
とができる効果がある。
請求項5に記載のものにおいては、ベース層を薄くする
とともに、ベース層の抵抗率を低いものに抑えることが
できるので、素子の応答速度を短縮することができる効
果がある。[Operation J] Since an optical waveguide layer that receives incident light is formed as a semiconductor layer constituting the hetero-bipolar phototransistor, it is easy to form it integrally with other semiconductor elements. Furthermore, electron-hole pairs are generated by the light incident on the optical waveguide layer, but these holes are captured in the base region.
Electrons flow to the collector region. Holes captured in the base region do not flow to the emitter side due to the potential barrier between the emitter and base, resulting in the formation of a considerable space charge, and a forward bias is applied between the emitter and base. As a result, the potential barrier between the emitter and the base is lowered, so that the flow of electrons on the emitter side beyond the base region toward the collector side is increased, and a large current flows. [First Embodiment] FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a first embodiment of the present invention. In the following semiconductor waveguides, in the case of n-type, rn-
J, p-type is rp-J, non-doped is "φ-",
rp"-J and rn-J are explained as indicating the difference in impurity concentration. Collector layers 2 and n of n--Alo, 5Gao, and tAs are formed on a substrate 1 of semi-insulating GaAs (SI-GaAs). - Form an optical waveguide N3 of Alo, zaGao, 76AS.Furthermore, sequentially form a base N4 of p"-GaAs, an emitter layer 5 of n-Ale, zaGao, tsAs, and a cap layer 6 of n"-GaAs. These layers are grown using liquid phase epitaxy (LPε method),
It is produced by a metal organic chemical vapor deposition method (MO-CVD method), a molecular beam epitaxial method (MBE method), or the like. Thereafter, the emitter layer and base layer are etched using a selective etching method to form electrodes on each. The emitter electrode 7 and collector electrode 9 have a three-layer structure of Au, Sn, and Au, and the base electrode 8 has a three-layer structure of Au, Zn, and Au, which are alloyed by heat treatment. The film thickness, impurity type, and concentration of each layer are as follows: Collector layer 2: 3 um Si 2 XIO"cm-'
Optical waveguide layer 3: 0.5gm St 2XlO”
cm-' base rgj4: 0.5μm Be
I XIO"cm-' Emitter N5: I Bm
Si 5X10"am-' Cap 46: D
, 5μm Si I XIO"cm-' emitter electrode 7 Au/Sn/Au = 100 people/100
Human collector electrode 9° / 2500 people Base electrode 8: Au/Zn/Au = 100 people/1
00 people / 2000 people. In this embodiment, as shown in FIG. 1, power amplification is performed using incident light 10 that enters the optical waveguide layer 3. Figure 2 (a) is a potential distribution diagram with bias conditions added on the A-A' cross section in Figure 1;
b) shows the electrons when light is incident in Fig. 2(a).
FIG. 3 is a potential distribution diagram schematically showing the movement of holes. Regarding the operation of this embodiment, Fig. 1 and Fig. 2 (a), (
This will be explained with reference to b). The bandgap of the guiding waveguide layer 3 at room temperature is Eg
341.72 eV, and the bandgap of the collector M2 is Egz41.80 eV. If the wavelength of 1G of incident light is 850 nm (nanometers), the energy of the incident light is Eg" 1.46 eV. That is, Eg<
Eg. Therefore, the optical waveguide layer 3 becomes transparent for the incident light . Furthermore, since Egs<Egg, the incident light lO is confined in the collector layer 2. As a result, the incident light 10 entering from the left end of the paper (see FIG. 1) travels from the waveguide region 11 at the left end of the paper toward the absorption region 12 at the right end. Second
In Figures (a) and (b), a power supply 21 provided between the emitter and collector applies a reverse bias between the base and collector. In Fig. 2(b), the incident light lO
is perpendicular to the plane of the paper and is guided from the front side to the back side. 1st
When the incident light lO that has been guided through the waveguide region reaches the absorption region I2, base 1'! The bandgap of 4 is ~1.4
Since it is eV, most of the energy is transferred to the base layer 4 side and absorbed. The absorbed incident light IO generates electron 205 and hole 206 pairs, where the hole 206 is captured in the base region and the electron 205 flows to the collector region. The holes 206 captured in the base region do not flow to the emitter side due to the potential barrier between the emitter and the base, and as a result, a considerable space charge is formed and a forward bias is applied between the emitter and the base. As a result, the potential barrier between the emitter and the base is lowered, thereby increasing the flow of electrons from the emitter side over the base region to the collector side. FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a second embodiment of the present invention. Here, the emitter layer is n-Ale, 5GaO, ?
The emitter layer 35 is made of ^S, and the structure of the optical waveguide in the collector layer is an optical waveguide layer 31 having a superlattice structure. The rest of the structure is the same as the first embodiment, and the same numbers as in FIG. 1 are given. The configuration of the superlattice structure is n-Alo,
3Gao, 7A, 860 layers, and n-GaAs, 10 layers each with 50 layers each. The bandgap of this superlattice structure is Eg=1.72eV
Therefore, it has almost the same bandgap as n-Ale, x4Gao, and A3, but because the waveguide loss is small, the amount of attenuation in the waveguide is small, making the element
It has become possible to make it smaller than what is shown in the figure. Next, the superlattice structure of the leading waveguide 31 shown in FIG.
Laminated 25 layers of 15 GaAs layers, then n-Alo,
5Gao, 60 layers of tAs, and 30 layers of n-GaAs were stacked at 25N. In this case, the band gaps 1 and 7 of the optical waveguide layer 31 are
2 eV became 1.68 eV and 1.59 eV, the bandgap discontinuity at the base-collector interface was relaxed, and after light was incident, electrons more easily flowed from the emitter side to the collector side. Note that it is clear that the above effect will be further enhanced if the optical waveguide layer 31 has a larger number of band gaps and is arranged from the base layer to the collector layer in order of increasing band gap. FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a third embodiment of the present invention. In this embodiment, φ- GaAs and φ-AIJa
A φ-superlattice layer 45 having a superlattice structure made of +-1IA8 is provided. The rest of the structure is the same as that of the first embodiment, and the same numbers as in FIG. 1 are given. To explain the manufacturing procedure, a collector layer 2 of n-Ale, 3Gao, and tAs, and an optical waveguide N3 of n-Ale, 14Gao, and ysA3 are formed on a 5l-GaAs substrate 1, and then a 6-GaAs layer and a collector layer 2 of n-Ale, 3Gao, and tAs are formed. *-A
10. A φ-superlattice layer 45 in which a4Gao and tsAs WI are laminated alternately, a base layer 4 made of p''-GaAs, an emitter layer 5 made of n-Alo, z4Gao, and tsAs, and a cap layer 6 made of n-GaAs are sequentially formed. Epitaxial growth was performed. After that, selective etching was performed up to the φ-superlattice layer 45 to obtain the shape shown in FIG. 4, and then an emitter electrode 7, a base electrode 8, and a collector electrode 9 were formed. FIG. 5(a) shows Figure 4B when bias conditions are added
FIG. 5(b) is a diagram showing the potential distribution in the -8′ cross section, and FIG. 5(b) is a diagram showing the potential distribution when light is incident on the state shown in FIG. 5(a). Next, the operation of this embodiment will be explained in FIGS. 4 and 5 (a).
) and (b). In FIG. 4, the incident light lO that enters from the left end of the element has most of its energy in the waveguide 3 in the waveguide region 11, and is guided to the right in FIG. Here, the difference from the first embodiment is that the incident light lO is
Since the light is not reflected at the interface between the absorption region 12 and the absorption region 12, the detection limit has become even higher. Further, when the bias applied to the absorption region 12 is removed, the incident light IO is not absorbed by the amplification region 12 and is further propagated to the right. On the other hand, as shown in FIG. 5(b), when light is incident on a bias-applied state, $-GaAs and 6- Alo, z4Gao, tsA
The band gap of the superlattice structure composed of the s-layer decreases due to the Stark effect, and the refractive index increases. As a result, the incident light 10 is absorbed by the φ-superlattice layer 45, and at the same time, the light confinement by the φ-superlattice layer 45 deteriorates, so that the light also transfers energy to the base layer 4, increasing absorption. . The incident light lO absorbed in the absorption region 12 consists of an electron 502-hole 501 pair and an electron 205-hole 2 pair.
The hole 501 flows to the base layer 4 due to the electric field, and the electron 205 flows to the collector side. This embodiment differs from the third embodiment in that the absorption energy in the φ-superlattice layer 45 is different from the third embodiment. Since the number of electron 502-hole 501 pairs generated increases, the length of the absorption region can be shortened. In addition, since the holes 501 are added to the holes 206 in the base layer,
The density of holes captured in the valence band of the base layer 4 increases, and as a result, more space charges are formed. This lowers the potential barrier between the emitter and base,
The number of electrons flowing from the emitter to the collector increases. FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a fourth embodiment of the present invention. This example is based on p”-GaA of the third example shown in FIG.
The base layer 4 which is p-Gao, yAlo, sAs
A superlattice layer 66 is formed by alternately laminating layers of .phi.-GaAs and .phi.-GaAs. The rest of the structure is the same as that of the fifth embodiment, and the same numbers as in FIG. 4 are given. In the fourth embodiment, p''-GaA is used as the base layer 4.
s was used. If the base layer 4 is made thinner, the response speed becomes faster, but there is a drawback that the base resistance becomes higher and the overall response speed becomes slower. Furthermore, there is also a drawback that Be, which is a dopant on the φ-supersuperlattice layer, is diffused. In order to solve this problem, in this embodiment,
By forming the base layer 4 as the above-mentioned superlattice layer 66, it was possible to suppress an increase in base resistivity. This is because, in the case of this example, the holes move in φ-GaAs, which has a higher mobility than p''-GaAs. Therefore, the response speed was shortened. In each of the above examples, , AlxGa+-mAs system has been described, but other combinations of compound semiconductors and mixed crystal semiconductors (for example, Int-xGaJsyP+-y system, (
The structure of the present invention can also be realized by AIXGal-jyln+-yP system). Also, n-p-n, p
-n-p Any combination can be implemented. Also,
Since absorption is used, the electric field between the emitter and base is turned on. By turning it off, it is also possible to create a device as a waveguide optical switch that does not take out the absorbed current. Furthermore, since the effects produced by each embodiment are independent, the embodiments may be combined. [Effects of the Invention] Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. The device according to claim 1 has the advantage that it can be easily manufactured integrally with other semiconductor devices and can output a large current. According to the second aspect, since the amount of attenuation in the optical waveguide layer is reduced, there is an effect that the device can be miniaturized. In the third aspect of the present invention, the discontinuity at the base-collector interface is relaxed, and electrons can more easily flow from the emitter side to the collector side, so that a large current can be output more easily. In the fourth aspect, since electron-hole pairs are also formed between the base layer and the collector layer, a large current can be easily obtained and the photodetector can be made smaller. There is. According to the fifth aspect of the present invention, the base layer can be made thinner and the resistivity of the base layer can be kept low, so that the response speed of the element can be reduced.
第1図は本発明の第1の実施例の構造を示す断面図、第
2図(a)は、第1図のA−A’断面においてバイアス
条件が付加された状態での電位分布図、第2図(b)は
、第2図(a)の状態のものに光が入射されたときの電
位分布図、第3図、第4図はそれぞれ本発明の第2およ
び第3の実施例の構造を示す断面図、第5図(a)は、
第4図B−B’断面においてバイアス条件が付加された
状態での電位分布図、第5図(b)は、第5図(a)の
状態のものに光が入射されたときの電位分布図、第6図
は本発明の第4の実施例の構造を示す断面図、第7図は
従来例の構造を示す断面図、第8図は第7図に示したも
のの動作を示す電位分布図である。
1・・・・・・・・基板、
2・・・・・・・・コレクタ層、
3.31・・・・・光導波路層、
4・・・・・・・・ベース層、
5.35・・・・・エミツタ層、
6・・・・・・・・キャップ層、
7・・・・・・・・エミッタ電極、
8・・・・・・・・ベース電極、
9・・・・・・・・コレクタtm、
10・・・・・・・・入射光、
11・・・・・・・・導波領域、
12・・・・・・・・吸収領域、
21・・・・・・・・電源、
45・・・・・・・・φ−−格子層、
66・・・・・・・・超格子層、
205、502・・・電子、
206、501・・・正孔。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the first embodiment of the present invention, FIG. 2(a) is a potential distribution diagram in a state where a bias condition is applied in the AA' cross section of FIG. 1, FIG. 2(b) is a potential distribution diagram when light is incident on the state shown in FIG. 2(a), and FIGS. 3 and 4 are respectively the second and third embodiments of the present invention. A cross-sectional view showing the structure of FIG. 5(a) is
Figure 4 is a potential distribution diagram when a bias condition is applied in the B-B' cross section. Figure 5 (b) is a potential distribution diagram when light is incident on the object in the state shown in Figure 5 (a). 6 is a sectional view showing the structure of the fourth embodiment of the present invention, FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the conventional example, and FIG. 8 is a potential distribution showing the operation of the one shown in FIG. 7. It is a diagram. 1...Substrate, 2...Collector layer, 3.31...Optical waveguide layer, 4...Base layer, 5.35 ...Emitter layer, 6...Cap layer, 7...Emitter electrode, 8...Base electrode, 9... ...Collector tm, 10...Incoming light, 11... Waveguide region, 12... Absorption region, 21... ...power supply, 45.......phi-lattice layer, 66... superlattice layer, 205, 502... electron, 206, 501... hole.
Claims (1)
フォトトランジスタとして構成される光検出器において
、 コレクタ層とベース層との間に前記入射光を受光するた
めの光導波路層がコレクタ層の一部として形成されてい
ることを特徴とする光検出器。 2、請求項1記載の光検出器において、 光導波路層が超格子構造とされていることを特徴とする
光検出器。 3、請求項2に記載の光検出器において、 超格子構造を構成する超格子層が、バンド ギャップが各々異なる複数の積層部分から成り、バンド
ギャップの小さいものから順にベース層側からコレクタ
層側へ配設されていることを特徴とする光検出器。 4、請求項1、2または3記載の光検出器において、 ベース層とコレクタ層との間にノンドープ超格子層が設
けられていることを特徴とする光検出器。 5、請求項1、2、3または4記載の光検出器において
、 ベース層が超格子構造とされていることを特徴とするこ
とを特徴とする光検出器。[Claims] 1. In a photodetector configured as a hetero-bipolar phototransistor that performs power amplification according to incident light, an optical waveguide layer for receiving the incident light is provided between the collector layer and the base layer. A photodetector characterized in that a collector layer is formed as a part of a collector layer. 2. The photodetector according to claim 1, wherein the optical waveguide layer has a superlattice structure. 3. In the photodetector according to claim 2, the superlattice layer constituting the superlattice structure is composed of a plurality of laminated parts each having a different band gap, from the base layer side to the collector layer side in descending order of band gap. A photodetector characterized in that the photodetector is disposed in a. 4. The photodetector according to claim 1, 2 or 3, wherein a non-doped superlattice layer is provided between the base layer and the collector layer. 5. The photodetector according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the base layer has a superlattice structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1039448A JPH02220478A (en) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1039448A JPH02220478A (en) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Photodetector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02220478A true JPH02220478A (en) | 1990-09-03 |
Family
ID=12553310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP1039448A Pending JPH02220478A (en) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Photodetector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02220478A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005243917A (en) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Seiko Epson Corp | Photoelectron integrated element and its manufacturing method |
WO2016059998A1 (en) * | 2014-10-15 | 2016-04-21 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Optical interconnection device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6317570A (en) * | 1986-07-09 | 1988-01-25 | Nec Corp | Phototransistor |
JPS63124584A (en) * | 1986-11-14 | 1988-05-28 | Nec Corp | Photo transistor |
JPS63193573A (en) * | 1987-02-05 | 1988-08-10 | Nec Corp | Waveguide type phototransistor |
-
1989
- 1989-02-21 JP JP1039448A patent/JPH02220478A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6317570A (en) * | 1986-07-09 | 1988-01-25 | Nec Corp | Phototransistor |
JPS63124584A (en) * | 1986-11-14 | 1988-05-28 | Nec Corp | Photo transistor |
JPS63193573A (en) * | 1987-02-05 | 1988-08-10 | Nec Corp | Waveguide type phototransistor |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005243917A (en) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Seiko Epson Corp | Photoelectron integrated element and its manufacturing method |
JP4492154B2 (en) * | 2004-02-26 | 2010-06-30 | セイコーエプソン株式会社 | Optoelectronic integrated device and manufacturing method thereof |
WO2016059998A1 (en) * | 2014-10-15 | 2016-04-21 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Optical interconnection device |
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