JPH0311670A - 受光素子の電極設計方法およびその受光素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、櫛形電極構造を有する、平面形、かつ対称形
の整流性接合をもつ受光素子、特に、その電極設計方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の受光素子の電極構造は、実験等によって
試行錯誤的に設計されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

そのため、電極構造は必ずしも正しい設計ではなく、こ
の電極構造を有する受光素子の性能は、充分に引き出さ
れていなかった。

本発明の課題は、このような問題点を解消することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の受光素子の電極設計方法は、基板に用いられる
半導体の等価的な厚みの項を含んだ誘電率をε、電極に
用いられる金属膜の等価的な厚みの項を含んだ抵抗率を
ρ、半導体内のキャリアの飽和走行速度をＶ、櫛形電極
の長さをΩとしたときに、櫛形電極の幅ｗ１およびギャ
ップの幅ｄが実質的に ｄｗ＝ερｖ！２ の関係を満足するように電極の寸法を設計するものであ
り、さらに、櫛形電極の幅Ｗ、およびギャップの幅ｄが
実質的にそれぞれ ｗ　＝　−（２ερｖ、２）１／３ ｄ−（２ερｖｒＩ２）１／３ となるように電極を設計するものである。

〔作用〕

左右対称な櫛形電極構造を有する、プレーナ形の整流性
接合をもつ受光素子における理論上の最適寸法が与えら
れるので、ある定められた大きさの上記の受光素子によ
る、高速の光パルスの受光において、最大の感度効率を
保ちつつ、最高の応答速度が得られることが可能になる
。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す平面図である。

同図において、荀号］はＳｉあるいはＧａＡｓ等の半導
体基板、符号２は金属膜による電極、符号３は絶縁膜を
示している。同図に示すように、櫛形電極の長さρが与
えられ、この中で櫛形電極の幅Ｗ、およびギャップの幅
ｄを変化させて、最高の特性か得られるｊ；うに電極構
造を設計することを考える。櫛形のピッチ単位ａは ａ　　＝　ｗ　＋　　ｄ　　＝　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（１）て与えられる。ここで
、ｈは受光部全体の幅、ｎは櫛形構造の分割数で正の整
数である。

まず、キャリアが半導体内を走行する時間ｔｔｒは、 ｔｔｒ＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（２）で表される。ここで、■は半導体内
を走行するキャリアの速度である。一方、電極間容量Ｃ
１および電極の直列抵抗Ｒは、それぞれ次のように表さ
れる。

　ｎ ここて、εおよびρは、それぞれ等価的な厚みの項を含
んだ半導体基板の誘電率、および電極に用いられる金属
膜の抵抗率である。よってＣＲ時定一般に、走行時間と
ＣＲ時定数か等しくなる点を最良妥協点として選ぶこと
にすると、ｔｔｒ−ｔｅｌ？により ｄ２ｗ＝εｐｖＤ　２　　　　　　　　　　　（６）か
１１ｉられる。よって、（６）を満足するようなＷ。

ｄの組合せを選ぶことにより、Ｊ５えられたｇにおける
最高応答速度を有する受光素子が得られることになる。

ここで、櫛形電極構造では、受光部の一部は電極の金属
膜で覆われているので、これらｗｄの組合せの中で最大
感度効率か得られる点を選ぶことが好ましい。この開口
率ｒは、 ｒ　　＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　（７）で表される。（１）より、（７
）は となり、最大の開口率ｒを得るために分割数ｎを大きく
すればよいことかわかる。

ここで、（６）に（１）よりａ　＝　ｗ　十ｄを代入す
ると、 ２ｈ ｄ（−ｄ）＝ερＶΩ２　　　　（９）が得られる。こ
れをｎについて解くと、となり、これの分母を最小にす
るような、ギャップ幅ｄの値を求めればよいことがわか
る。すなわち、 ｄ−（２ερＶρ２）１／３　　　　　　（１１，）と
なる。さらに（１）、（１０）、（１１）より電極幅Ｗ
を求めると、 ｗ＝　　　　（２ερＶρ２）””　　　　（１２）と
なる。よって、櫛形構造を（１１）、（１２）で求めら
れる櫛形電極の幅、およびギャップの幅で構成した場合
に、最大感度効率で最高応答速度を有する受光素子が得
られることになる。

またこのときの開口率ｒは となる。

ここで対象となっている受光素子はプレーナ構造である
ため、集積化に適しており、また通常の縦形のホトダイ
オードに比べて、単位面積当りの容量が小さいため、超
測速応答特性を有していることを特長としている。この
ためには前述のような最適段３−１を行う必要かあり、
これによってこの受光素子のもつ特性を最大限に引き出
すことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の受光素子の電極膜５１方
法によれば、櫛形電極構造の平面的、かつ対称的な整流
性接合を有する受光素子の、最高の特性を引き出すため
の設計が容易になる。したがって、本発明の受光素子に
よれば、高速の光パルスのｍｌ＋定を、より効率的に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である受光素子を示す平面図
である。 １・・・半導体基板、２・・・電極、３・・・絶縁膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、櫛形電極構造を有する、平面形、かつ対称形の整流
   性接合をもつ受光素子の電極設計方法において、 基板に用いられる半導体の等価的な厚みの項を含んだ誘
   電率をε、電極に用いられる金属膜の等価的な厚みの項
   を含んだ抵抗率をρ、半導体内のキャリアの飽和走行速
   度をｖ、櫛形電極の長さをｌとしたときに、櫛形電極の
   幅ｗ、およびギャップの幅ｄが実質的に ｄ＾２ｗ＝ερｖｌ＾２ の関係を満足するように電極の寸法を設計することを特
   徴とする受光素子の電極設計方法。 ２、請求項１において、特に櫛形電極の幅ｗ、およびギ
   ャップの幅ｄが実質的にそれぞれ ｗ＝１／２（２ερｖｌ＾２）＾１＾／＾３ｄ＝（２ε
   ρｖｌ＾２）＾１＾／＾３ となるように電極を設計することを特徴とする受光素子
   の電極設計方法。 ３、請求項１または２の受光素子の電極設計方法を用い
   て設計された電極を有する受光素子。