JPH03160764A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH03160764A JPH03160764A JP1299514A JP29951489A JPH03160764A JP H03160764 A JPH03160764 A JP H03160764A JP 1299514 A JP1299514 A JP 1299514A JP 29951489 A JP29951489 A JP 29951489A JP H03160764 A JPH03160764 A JP H03160764A
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- light
- semiconductor
- semiconductor device
- gate electrode
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- Granted
Links
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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、電界効果ＦＥＴへ直接光照明をした場合に生
じる、ＦＥＴの電流変化現象を利用した，ＣＡＭＥＬゲ
ート構造を有する半導体装置に関するものである． 〔従来の技術〕 Ｇ ａ Ａ ｓのＭＥＳＦＥＴ （シ３７トキーゲート
ＦＥＴ）が高速の光応答を示すことは従来から知られて
いる。しかし，光によってＦＥＴのソースドレイン間電
流１４ｇが変化するメカニズムは単一ではない。最も単
純なものは光伝導であって，ＦＥＴのチャネル内で光吸
収によって生じた電子、正孔が流れることによるＩｄ５
の増加である．しかし、一般にこの効果だけで十分な電
流変化を生じるためには，大きい光入力バワーを必要と
し、光通信用には不適である．第２図（．）には別のメ
カニズムを示した。以下では、この動作原理に基づく光
応答素子を″○Ｐ Ｆ Ｅ Ｔ ”と呼ぶ。上記ＯＦＦ
ＥＴでは、ＦＥＴのチャネル２内でなく、ゲート電極６
の下の空乏層３１で発生した電子一正孔対に注目する．
図に黒丸で示す電子はただちに十にバイアスされたドレ
イン電極７に流れ込むのに対し、白丸で示す正孔は一に
バイアスされたゲート電極６の下に集る．上記正孔の蓄
積によって空乏層３１が縮むことになり、ＦＥＴチャネ
ル３が開きＩａｓが増加する．このような○ＰＦＥＴモ
ードを有効に生じさせるには、一時的にゲート電極６の
直下に十分な量の正孔が蓄積し、かつ、短時間τの内に
はゲート電極６に流れ去って、カットオフ周波数ｆｃ”
ｌ／τを十分大きくできるという、互いに矛盾するトレ
ードオフ条件を満さねばならない。従来のＧ ａ Ａ
ｓ Ｍ Ｅ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔのバンドダイヤグラムを、
参考のため第２図（ｂ）に示した。表面側空乏層３１内
で発生した電子は、直ちにチャネル層３２に落ちてドレ
インへ流れ去る．また，正孔はゲート電極６に向い、金
属電子と再結合して消滅する。
じる、ＦＥＴの電流変化現象を利用した，ＣＡＭＥＬゲ
ート構造を有する半導体装置に関するものである． 〔従来の技術〕 Ｇ ａ Ａ ｓのＭＥＳＦＥＴ （シ３７トキーゲート
ＦＥＴ）が高速の光応答を示すことは従来から知られて
いる。しかし，光によってＦＥＴのソースドレイン間電
流１４ｇが変化するメカニズムは単一ではない。最も単
純なものは光伝導であって，ＦＥＴのチャネル内で光吸
収によって生じた電子、正孔が流れることによるＩｄ５
の増加である．しかし、一般にこの効果だけで十分な電
流変化を生じるためには，大きい光入力バワーを必要と
し、光通信用には不適である．第２図（．）には別のメ
カニズムを示した。以下では、この動作原理に基づく光
応答素子を″○Ｐ Ｆ Ｅ Ｔ ”と呼ぶ。上記ＯＦＦ
ＥＴでは、ＦＥＴのチャネル２内でなく、ゲート電極６
の下の空乏層３１で発生した電子一正孔対に注目する．
図に黒丸で示す電子はただちに十にバイアスされたドレ
イン電極７に流れ込むのに対し、白丸で示す正孔は一に
バイアスされたゲート電極６の下に集る．上記正孔の蓄
積によって空乏層３１が縮むことになり、ＦＥＴチャネ
ル３が開きＩａｓが増加する．このような○ＰＦＥＴモ
ードを有効に生じさせるには、一時的にゲート電極６の
直下に十分な量の正孔が蓄積し、かつ、短時間τの内に
はゲート電極６に流れ去って、カットオフ周波数ｆｃ”
ｌ／τを十分大きくできるという、互いに矛盾するトレ
ードオフ条件を満さねばならない。従来のＧ ａ Ａ
ｓ Ｍ Ｅ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔのバンドダイヤグラムを、
参考のため第２図（ｂ）に示した。表面側空乏層３１内
で発生した電子は、直ちにチャネル層３２に落ちてドレ
インへ流れ去る．また，正孔はゲート電極６に向い、金
属電子と再結合して消滅する。
第２図に示した従来の素子では、ＯＦＦＥＴモード動作
に不都合な点が２つある．１つはゲート電極６に集って
くる正孔を蓄積するための障壁がないために、空乏層３
１を縮ませるに十分な正孔がゲート下にたまらないこと
である．さらに，ＧａＡｓのバンドギャップよりも高エ
ネルギーである例えば０．８６μｍの波長の光は、Ｇａ
Ａｓ中の深さｌμｍ位まで光が侵入して電子正孔対を発
生するが、第２図（ｂ）に示したように，ＦＥＴのチャ
ネル３１（通常０．５μｍ以下）よりも基板側で発生し
た正孔は、上記基板の方に拡散してしまい、この正孔が
消滅する寿命時間でＯＰＦＥＴの動作速度が律速されて
しまう。
に不都合な点が２つある．１つはゲート電極６に集って
くる正孔を蓄積するための障壁がないために、空乏層３
１を縮ませるに十分な正孔がゲート下にたまらないこと
である．さらに，ＧａＡｓのバンドギャップよりも高エ
ネルギーである例えば０．８６μｍの波長の光は、Ｇａ
Ａｓ中の深さｌμｍ位まで光が侵入して電子正孔対を発
生するが、第２図（ｂ）に示したように，ＦＥＴのチャ
ネル３１（通常０．５μｍ以下）よりも基板側で発生し
た正孔は、上記基板の方に拡散してしまい、この正孔が
消滅する寿命時間でＯＰＦＥＴの動作速度が律速されて
しまう。
本発明の目的は、上記の問題点を解決した、高感度で高
速動作が可能なＯＦＦＥＴ構造を得ることにある。
速動作が可能なＯＦＦＥＴ構造を得ることにある。
上記目的を達或する本発明のＯＦＦＥＴの基本構造を第
１図（ａ）に示す。上記素子は，半絶縁性の基板１上に
、入射光に対して透明な材料からなるアンドープバッフ
７層２、入射光を吸収し、かつその一部にドナーをドー
プしたｎ型伝導層を有するチャネル層３、入射光に透明
で、中央部４１にアクセプタをドープしたｐｔ層を有す
る（ｉ − ｐ’ − ｉ ）構造のキャップ層４を順
次形成している．このときのバンドダイヤグラムを第１
図（ｂ）に示した。キャップ層４とゲート電極６との間
は、ｐ型ショットキーダイオード構造により持上げられ
て、らくだのこぶのように見えることから『キャメル（
ＣＡＭＥＬ）型ゲート」と呼ばれる。空乏層３１が十分
広がっているように、負のゲートバイアス−■一を印加
しておく。この時，空乏層３工内で発生した正孔は、キ
ャップ層４と空乏層３１との界面の価電子帯バンド不連
続ΔＥｖが十分小さければそれを乗り越え、Ｐ”ＪＩ！
Ｆで形成されたキャップ／［４の中央部のｐ＋ドープ層
４１に蓄積される。上記正孔はゲート電極６からトンネ
ル電流などで流れこむ電子と速やかに再結合して消滅す
る． 〔作 用〕 上記のようにドープＰ１層によって形或されたＣＡＭＥ
Ｌ型ゲート構造は、ゲート電極６の下に正孔を一時的に
蓄積するのに大変適しており、ＯＦＦＥＴモード動作を
行うために重要である．また、チャネル層よりも基板側
にバンドギャップが大きいバッファ層２を設けたことに
より、正孔が基板側に拡散することで生じる問題も解決
される．○ＰＦＥＴの光感度を向上させるには、光電流
Ｉｐにより生じた実効的なゲート電位の変化ΔＶ１に対
する、ドレイン電流Ｉａｓに生じた変化量ΔＩｔｓの比
＝ｇ．＝ΔＩ ｄｓ／ΔＶｇを大きくする必要がある。
１図（ａ）に示す。上記素子は，半絶縁性の基板１上に
、入射光に対して透明な材料からなるアンドープバッフ
７層２、入射光を吸収し、かつその一部にドナーをドー
プしたｎ型伝導層を有するチャネル層３、入射光に透明
で、中央部４１にアクセプタをドープしたｐｔ層を有す
る（ｉ − ｐ’ − ｉ ）構造のキャップ層４を順
次形成している．このときのバンドダイヤグラムを第１
図（ｂ）に示した。キャップ層４とゲート電極６との間
は、ｐ型ショットキーダイオード構造により持上げられ
て、らくだのこぶのように見えることから『キャメル（
ＣＡＭＥＬ）型ゲート」と呼ばれる。空乏層３１が十分
広がっているように、負のゲートバイアス−■一を印加
しておく。この時，空乏層３工内で発生した正孔は、キ
ャップ層４と空乏層３１との界面の価電子帯バンド不連
続ΔＥｖが十分小さければそれを乗り越え、Ｐ”ＪＩ！
Ｆで形成されたキャップ／［４の中央部のｐ＋ドープ層
４１に蓄積される。上記正孔はゲート電極６からトンネ
ル電流などで流れこむ電子と速やかに再結合して消滅す
る． 〔作 用〕 上記のようにドープＰ１層によって形或されたＣＡＭＥ
Ｌ型ゲート構造は、ゲート電極６の下に正孔を一時的に
蓄積するのに大変適しており、ＯＦＦＥＴモード動作を
行うために重要である．また、チャネル層よりも基板側
にバンドギャップが大きいバッファ層２を設けたことに
より、正孔が基板側に拡散することで生じる問題も解決
される．○ＰＦＥＴの光感度を向上させるには、光電流
Ｉｐにより生じた実効的なゲート電位の変化ΔＶ１に対
する、ドレイン電流Ｉａｓに生じた変化量ΔＩｔｓの比
＝ｇ．＝ΔＩ ｄｓ／ΔＶｇを大きくする必要がある。
それには第１図に示すヘテロＭＥＳＦＥＴ構造よりも、
２次元電子ガスをチャネル層に用いた，いわゆるＨＥＭ
Ｔ構造の方がよりすぐれている。これを「○ＰＨＥＭＴ
Ｊと称し第３図（ａ）に断面図を示した．この場合、バ
ツファ層の一部にドナーをドープしたｎ＋層２１を設け
，これとアンドープチャネル層８との界面に溜った２次
元電子ＷＪ８２がＨＥＭＴ動作を行う。第３図（ｂ）の
バンドダイヤグラムに示されるように，基本動作は第２
図（ｂ）のＯＰＦＥＴと同じになる。
２次元電子ガスをチャネル層に用いた，いわゆるＨＥＭ
Ｔ構造の方がよりすぐれている。これを「○ＰＨＥＭＴ
Ｊと称し第３図（ａ）に断面図を示した．この場合、バ
ツファ層の一部にドナーをドープしたｎ＋層２１を設け
，これとアンドープチャネル層８との界面に溜った２次
元電子ＷＪ８２がＨＥＭＴ動作を行う。第３図（ｂ）の
バンドダイヤグラムに示されるように，基本動作は第２
図（ｂ）のＯＰＦＥＴと同じになる。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。
第１図は本発明による半導体装置の一実施例としてＯＦ
ＦＥＴを示す図で、（ａ）は構造断面図，（ｂ）はバン
ドダイヤグラム，第３図は本発明の実施例としてＯＦＦ
ＥＴを示す図で、（ａ）は構造断面図、（ｂ）はバンド
ダイヤグラム．第４図はチャネル層とキャップ層の間に
組成ｇｒａｄｅｄ層を設けたＯＦＦＥＴのバンドダイヤ
グラム、第５図はゲートーソース間の上部を不透明膜で
覆った素子構造を示す図、第６図はメアンダー型ゲート
電極を有するＯＦＦＥＴを示す平面図である．第１実施
例 本発明の第１実施例としてＯＦＦＥＴを示す第１図（ａ
）において，半絶縁性のＩｎＰ基板１の上に、基板と格
子整合したＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓバツファ層（厚さ１
０ ０ ｎ ｍ．以上）２、ＦＥＴのチャネル層とな
るｎ−ＩｎＧａＡｓ層３（Ｓｉドープ、ｎ〜２×１０１
１ａｍ″″１、厚さ１００〜ｌ５０ｎｍ）形成し、アン
ドープＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ層４Ｑｎｍ．ｐ十− Ｉ
ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ層（Ｂｅドープ，Ｐナ〜３×ＩＱ
”ａｍ−’、厚さ１０ｎｍ）４１．アンドープＩ ｎ
Ａ Ｑ Ａ ｓ層ＬＱｎｍの３層からなるキャップ層４
を分子線エビタキシー法で順次成長する．ＦＥＴとなる
部分を残して半絶縁性基板１までエビタキシャル層をエ
ッチング除去したのち，通常のホトリソグラフィ技術に
より，ＡＱゲート電極６（厚さ５００ｎｍ）と、ソース
・，ドレイン電極５、７ （ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ＝２
０ｎｍ／１０ｎｍ／ ３ ０ ０ ｎ ｍ ）をリフト
オフ法で形成する。全体を水素中３５０℃で５分アニー
ルして、オーミック電極５および７を完或した。
ＦＥＴを示す図で、（ａ）は構造断面図，（ｂ）はバン
ドダイヤグラム，第３図は本発明の実施例としてＯＦＦ
ＥＴを示す図で、（ａ）は構造断面図、（ｂ）はバンド
ダイヤグラム．第４図はチャネル層とキャップ層の間に
組成ｇｒａｄｅｄ層を設けたＯＦＦＥＴのバンドダイヤ
グラム、第５図はゲートーソース間の上部を不透明膜で
覆った素子構造を示す図、第６図はメアンダー型ゲート
電極を有するＯＦＦＥＴを示す平面図である．第１実施
例 本発明の第１実施例としてＯＦＦＥＴを示す第１図（ａ
）において，半絶縁性のＩｎＰ基板１の上に、基板と格
子整合したＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓバツファ層（厚さ１
０ ０ ｎ ｍ．以上）２、ＦＥＴのチャネル層とな
るｎ−ＩｎＧａＡｓ層３（Ｓｉドープ、ｎ〜２×１０１
１ａｍ″″１、厚さ１００〜ｌ５０ｎｍ）形成し、アン
ドープＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ層４Ｑｎｍ．ｐ十− Ｉ
ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ層（Ｂｅドープ，Ｐナ〜３×ＩＱ
”ａｍ−’、厚さ１０ｎｍ）４１．アンドープＩ ｎ
Ａ Ｑ Ａ ｓ層ＬＱｎｍの３層からなるキャップ層４
を分子線エビタキシー法で順次成長する．ＦＥＴとなる
部分を残して半絶縁性基板１までエビタキシャル層をエ
ッチング除去したのち，通常のホトリソグラフィ技術に
より，ＡＱゲート電極６（厚さ５００ｎｍ）と、ソース
・，ドレイン電極５、７ （ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ＝２
０ｎｍ／１０ｎｍ／ ３ ０ ０ ｎ ｍ ）をリフト
オフ法で形成する。全体を水素中３５０℃で５分アニー
ルして、オーミック電極５および７を完或した。
ＯＦＦＥＴ動作においても高速動作を行うには、ゲート
電極の長さＬｇを１μｍ以下にすることが必要である．
また，低雑音化するためには、ソース電極５とゲート電
極６との間隔Ｌｓｔを１μｍ以下にして、ソース抵抗Ｒ
ｓを５Ω以下にする必要がある。ＦＥＴのシートキャリ
ア密度ｎｓ＝１〜２ Ｘ １ ０”（！ｍ−”．ゲート
長Ｌｇ＝０．５μｍ．ＦＥＴのしきい電圧Ｖｔｂ”
２Ｖのとき、相互コンダクタンスｇｍは１５０ｍｓ／ｍ
＊〜３００ｍｓ／閣であった。高周波特性はカットオフ
周波数ｆｃ〜２０ＧＨｚ，最大発振周波数ｆ−ａｘ〜６
０ＧＨｚが得られた。一方、上記ＦＥＴの上面から光
球ファイバで集光した波長１．５５μｍのレーザ光を照
射して、ソース−ドレイン電流Ｉａｓの光応答を測定し
たところ、レーザ光の変調周波数ｆが５ ０ ０ Ｍ
Ｈ ｚ以下では、光吸収層厚さ１．５μｍ、５０μｍφ
のｐｉｎホトダイオードと比較して約１０ｄＢ大きい出
力が得られた。ｐｉｎホトダイオードと○ＰＦＥＴの光
吸収領域の体積比が１０３倍異なるにもかかわらず、Ｏ
ＦＦＥＴの方が１０ｄＢ感度がよいことから、ｆ ＜
５ ０ ０Ｍ Ｈ ｚ ＠での光通信用受光装置として
、極めて有効であることが判った， 第２実施例 本発明の第２実施例としてＯＰ｝ＩＥＭＴを示す第３図
（ａ）において、半絶縁性１ｎＰ基板１の上に、基板ｌ
と格子整合したＩ ｎＡＱＡｓバッファ層２（厚さ１０
０ｎｍ以上）．ｎ’−ＩｎＡｎＡｓｆｆｉ２１（Ｓｉド
ープ、厚さ２０ｎｍ．ｎ↑〜４ Ｘ １ ０”ａｍ−３
） ，アンドープＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ層（厚さ２ｎ
ｍ）、アンドープＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層８（厚さ１
００〜２００ｎｍ）．アンドープエｎＡ Ｑ Ａ ｓ層
（厚さ４０ｎｍ）．ｐ”−ＩｎＡＩ２Ａｓ層４１（Ｂｅ
ドープ、ｐ 〜３ Ｘ １ ０”ａｎ−″３）、アン
ドープＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ ／ｌ （厚さ１０ｎｍ
）の（ｉ−ｐｔ−ｉ）３層構造からなるＣＡＭＥＬ型キ
ャップ層４を、分子線エビタキシー法により順次成長し
た。第１実施例に示したＯＦＦＥＴと同様にして、ＡＱ
ゲート６，ソース−ドレイン５、７の各電極を形成した
。
電極の長さＬｇを１μｍ以下にすることが必要である．
また，低雑音化するためには、ソース電極５とゲート電
極６との間隔Ｌｓｔを１μｍ以下にして、ソース抵抗Ｒ
ｓを５Ω以下にする必要がある。ＦＥＴのシートキャリ
ア密度ｎｓ＝１〜２ Ｘ １ ０”（！ｍ−”．ゲート
長Ｌｇ＝０．５μｍ．ＦＥＴのしきい電圧Ｖｔｂ”
２Ｖのとき、相互コンダクタンスｇｍは１５０ｍｓ／ｍ
＊〜３００ｍｓ／閣であった。高周波特性はカットオフ
周波数ｆｃ〜２０ＧＨｚ，最大発振周波数ｆ−ａｘ〜６
０ＧＨｚが得られた。一方、上記ＦＥＴの上面から光
球ファイバで集光した波長１．５５μｍのレーザ光を照
射して、ソース−ドレイン電流Ｉａｓの光応答を測定し
たところ、レーザ光の変調周波数ｆが５ ０ ０ Ｍ
Ｈ ｚ以下では、光吸収層厚さ１．５μｍ、５０μｍφ
のｐｉｎホトダイオードと比較して約１０ｄＢ大きい出
力が得られた。ｐｉｎホトダイオードと○ＰＦＥＴの光
吸収領域の体積比が１０３倍異なるにもかかわらず、Ｏ
ＦＦＥＴの方が１０ｄＢ感度がよいことから、ｆ ＜
５ ０ ０Ｍ Ｈ ｚ ＠での光通信用受光装置として
、極めて有効であることが判った， 第２実施例 本発明の第２実施例としてＯＰ｝ＩＥＭＴを示す第３図
（ａ）において、半絶縁性１ｎＰ基板１の上に、基板ｌ
と格子整合したＩ ｎＡＱＡｓバッファ層２（厚さ１０
０ｎｍ以上）．ｎ’−ＩｎＡｎＡｓｆｆｉ２１（Ｓｉド
ープ、厚さ２０ｎｍ．ｎ↑〜４ Ｘ １ ０”ａｍ−３
） ，アンドープＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ層（厚さ２ｎ
ｍ）、アンドープＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層８（厚さ１
００〜２００ｎｍ）．アンドープエｎＡ Ｑ Ａ ｓ層
（厚さ４０ｎｍ）．ｐ”−ＩｎＡＩ２Ａｓ層４１（Ｂｅ
ドープ、ｐ 〜３ Ｘ １ ０”ａｎ−″３）、アン
ドープＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓ ／ｌ （厚さ１０ｎｍ
）の（ｉ−ｐｔ−ｉ）３層構造からなるＣＡＭＥＬ型キ
ャップ層４を、分子線エビタキシー法により順次成長し
た。第１実施例に示したＯＦＦＥＴと同様にして、ＡＱ
ゲート６，ソース−ドレイン５、７の各電極を形成した
。
上記ＯＰＦＥＴは，ＦＥＴ白身のシートキャリア密度ｎ
ｓ−２．５Ｘ１０”ａ＋＋−２ｇｍＨ３００〜５ ０
０ ｍ ｓ ／ ｒｍで、ゲート長Ｌｘ−０．５ｐｍの
ときｆ． 〜４０ＧＨｚ，ｆ．ａ．〜ｌｏＯＧＨｚを得
た。変調したレーザ光を照射したとき，前記したｐｉｎ
ホトダイオードと比較して２０ｄＢ大きい信号がｆ≦５
０ ０ Ｍ Ｈ ｚで得られ、２次元電子ガスを利用
することにより，感度が向上することを実証できた。
ｓ−２．５Ｘ１０”ａ＋＋−２ｇｍＨ３００〜５ ０
０ ｍ ｓ ／ ｒｍで、ゲート長Ｌｘ−０．５ｐｍの
ときｆ． 〜４０ＧＨｚ，ｆ．ａ．〜ｌｏＯＧＨｚを得
た。変調したレーザ光を照射したとき，前記したｐｉｎ
ホトダイオードと比較して２０ｄＢ大きい信号がｆ≦５
０ ０ Ｍ Ｈ ｚで得られ、２次元電子ガスを利用
することにより，感度が向上することを実証できた。
第３実施例
第４図に示す第３実施例は、ＦＥＴのｎチャネル層であ
るＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ｌ ８とアンドープＩｎＡ
Ｑ Ａ ｓ Ｅｌ ４との間に，組或を徐々に変化さ
せた、いわゆるｇｒａｄｅｄ層８４を挿入したものであ
る。上記層は（ Ｉ ｎ １＋ｌ−ｙＧ ａ ｘＡ Ｑ
ｙ） Ａ ｓ ４元層で、組成（ｘ， ｙ）はＩ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓとＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓとの間をな
めらかにつなぐように決めた。別の方法として、Ｉ ｎ
ＡＱＡｓｌ： Ｉ ｎＧａＡｓＮ＝ｄ１（ｎｍ）： ｄ
２（ｎｍ）とし、ｄｉｇｌｎｍに保ちながら、ｄ２をｌ
ｎｍからゆっくり増やして行きｅｎｍ位にまで変化した
、いわゆるチャープ超格子構造を用いても，８４のｇｒ
ａｄｅｄ層に等価なバンド構造を得ることができた。上
記８４で示す層の全厚さを３０ｎｍとしたとき，ゲート
電極とドレイン電極間の順方向ダイオード特性の抵抗は
、第１図に示す構造に較べて約３分のｌに低下した．ま
た、ＯＦＦＥＴ動作の上限周波数もＩＧＨｚ近くまで上
昇し、ｇｒａｄｅｄ構造が高速動作に有効であることが
示された。
るＩ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ ｌ ８とアンドープＩｎＡ
Ｑ Ａ ｓ Ｅｌ ４との間に，組或を徐々に変化さ
せた、いわゆるｇｒａｄｅｄ層８４を挿入したものであ
る。上記層は（ Ｉ ｎ １＋ｌ−ｙＧ ａ ｘＡ Ｑ
ｙ） Ａ ｓ ４元層で、組成（ｘ， ｙ）はＩ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓとＩ ｎ Ａ Ｑ Ａ ｓとの間をな
めらかにつなぐように決めた。別の方法として、Ｉ ｎ
ＡＱＡｓｌ： Ｉ ｎＧａＡｓＮ＝ｄ１（ｎｍ）： ｄ
２（ｎｍ）とし、ｄｉｇｌｎｍに保ちながら、ｄ２をｌ
ｎｍからゆっくり増やして行きｅｎｍ位にまで変化した
、いわゆるチャープ超格子構造を用いても，８４のｇｒ
ａｄｅｄ層に等価なバンド構造を得ることができた。上
記８４で示す層の全厚さを３０ｎｍとしたとき，ゲート
電極とドレイン電極間の順方向ダイオード特性の抵抗は
、第１図に示す構造に較べて約３分のｌに低下した．ま
た、ＯＦＦＥＴ動作の上限周波数もＩＧＨｚ近くまで上
昇し、ｇｒａｄｅｄ構造が高速動作に有効であることが
示された。
第４実施例
第５図に示す本発明の第４実施例は、ＦＥＴのソース電
極５とゲート電極６との上部を、不透明膜９で覆うこと
により、ソースーゲート間のＦＥＴチャネル内でのホト
キャリアの発生を防止したものである．上記構造では光
パルス応答波形のすそひきかなくなり、符号間干渉が低
下したことにより誤り率を改善した．上記不透明膜とし
ては、黒色有機物または金属膜を用いた。不透明膜９と
して金属を用いるときは、容量を増加させる恐れがある
ため，下にかさ上げ用絶縁膜１１を２μｍ以上敷く必要
があった。
極５とゲート電極６との上部を、不透明膜９で覆うこと
により、ソースーゲート間のＦＥＴチャネル内でのホト
キャリアの発生を防止したものである．上記構造では光
パルス応答波形のすそひきかなくなり、符号間干渉が低
下したことにより誤り率を改善した．上記不透明膜とし
ては、黒色有機物または金属膜を用いた。不透明膜９と
して金属を用いるときは、容量を増加させる恐れがある
ため，下にかさ上げ用絶縁膜１１を２μｍ以上敷く必要
があった。
第５実施例
第６図に示す第５実施例は、本発明によるｏｐＦＥＴで
，レーザ光との結合効率を高めるために、ゲート電極６
がメアンダー状になるように電極パタンを設計したもの
である。ゲートの全長Ｗが３００μｍをこえると、ゲー
ト容量Ｃｚｓが増大し，また、ゲート電極自体の抵抗Ｒ
ｇが大きくなって、ＣＲ時定数による遅れが応答に影響
してくる。この場合は，通常パワートランジスタでとら
れているπ型ゲートのような並列化構造をとることによ
り．Ｒｔ増大を防ぐことができる。いずれの場合も，全
ゲート長Ｗに比例して光に対する直流感度が向上した， また，前記実施例では波長１．５５μｍ帯の例として，
ＩｎＡｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｎＡｓ／Ｓ．Ｉ．
ＩｎＰ材料系を示したが、ＩｎＰ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ Ｐ ／ Ｓ ． Ｉ ． Ｉ ｎ
Ｐ系材料でも同様のＣＡＭＥＬゲート構造とすること
は可能であり、波長０．８μｍ帯以下ではＡＱＧａＡ
ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｆｌ Ｇ ａ Ａ
ｓ ／ Ｓ Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓの材料系で同様の
素子が作製できることば塾）うまでもない。さらに、Ｓ
ｉ ／ Ｇ ｅ ／ Ｓ ｉのような歪チャネルＦＥ
Ｔにも適用できる。
，レーザ光との結合効率を高めるために、ゲート電極６
がメアンダー状になるように電極パタンを設計したもの
である。ゲートの全長Ｗが３００μｍをこえると、ゲー
ト容量Ｃｚｓが増大し，また、ゲート電極自体の抵抗Ｒ
ｇが大きくなって、ＣＲ時定数による遅れが応答に影響
してくる。この場合は，通常パワートランジスタでとら
れているπ型ゲートのような並列化構造をとることによ
り．Ｒｔ増大を防ぐことができる。いずれの場合も，全
ゲート長Ｗに比例して光に対する直流感度が向上した， また，前記実施例では波長１．５５μｍ帯の例として，
ＩｎＡｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｎＡｓ／Ｓ．Ｉ．
ＩｎＰ材料系を示したが、ＩｎＰ／ Ｉ ｎ Ｇ ａ
Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ Ｐ ／ Ｓ ． Ｉ ． Ｉ ｎ
Ｐ系材料でも同様のＣＡＭＥＬゲート構造とすること
は可能であり、波長０．８μｍ帯以下ではＡＱＧａＡ
ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｆｌ Ｇ ａ Ａ
ｓ ／ Ｓ Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓの材料系で同様の
素子が作製できることば塾）うまでもない。さらに、Ｓ
ｉ ／ Ｇ ｅ ／ Ｓ ｉのような歪チャネルＦＥ
Ｔにも適用できる。
さらに上記のＦＥＴ型受光装吐を初段の入力とし、その
後段に低雑音ＦＥＴからなるモノリシノク広帯域増幅回
路を設けて光電子集積回路（ＯＥＩＣ）とすることがで
きる。
後段に低雑音ＦＥＴからなるモノリシノク広帯域増幅回
路を設けて光電子集積回路（ＯＥＩＣ）とすることがで
きる。
上記のように本発明による半導体装置は、半絶縁性基板
上に，入射光に対して光吸収を生じる第１の半導体層と
、該第１の半導体層を上下に挾んでダブルヘテロ構造を
形或し，入射光に対してそれぞれ透明な第２と第３の半
導体層を積層して設け，上記第３半導体層の上に金属シ
ョットキーゲート電極を設け、かつ、上記第１の半導体
層と第３の半導体層の界面に，ｎ型電子層によるチャネ
ルを設けた電界効果トランジスタを構或する半導体装置
において、上記第３半導体層の一部にＰナドーピングを
行い、上記ゲートとトレイン両電極間のゲート空乏層内
に，ソース−ドレイン電流を変化させる光を照射するこ
とにより、発生した正孔をドープｐｔ層に蓄積できるた
め、高感度で高速動作が可能な○ＰＦＥＴが得られ、Ｉ
ＧＨｚ以下の帯域の光通信受光器としてすぐれた特性を
示すばかりでなく、広帯域低雑音プリアンプ回路と同一
基板上にモノリシックに集積した、受光ＯＦＩＣを容易
に形成することが可能である。
上に，入射光に対して光吸収を生じる第１の半導体層と
、該第１の半導体層を上下に挾んでダブルヘテロ構造を
形或し，入射光に対してそれぞれ透明な第２と第３の半
導体層を積層して設け，上記第３半導体層の上に金属シ
ョットキーゲート電極を設け、かつ、上記第１の半導体
層と第３の半導体層の界面に，ｎ型電子層によるチャネ
ルを設けた電界効果トランジスタを構或する半導体装置
において、上記第３半導体層の一部にＰナドーピングを
行い、上記ゲートとトレイン両電極間のゲート空乏層内
に，ソース−ドレイン電流を変化させる光を照射するこ
とにより、発生した正孔をドープｐｔ層に蓄積できるた
め、高感度で高速動作が可能な○ＰＦＥＴが得られ、Ｉ
ＧＨｚ以下の帯域の光通信受光器としてすぐれた特性を
示すばかりでなく、広帯域低雑音プリアンプ回路と同一
基板上にモノリシックに集積した、受光ＯＦＩＣを容易
に形成することが可能である。
第１図は本発明による半導体装置の一実施例としての○
ＰＦＥＴを示す図で、（ａ）は構造断面図，（ｂ）はバ
ンドダイヤグラム、第２図は従来の○ＰＦＥＴを示す図
で、（ａ）は構造断面図，（ｂ）はバンドダイヤグラム
、第３図は本発明の実施例としてＯＰＨＥＭＴを示す図
で，（ａ）は構造断面図、（ｂ）はバンドダイヤグラム
、第４図はチャネル層とキャップ層との間に組戊のｇｒ
ａｄｅｄ層を設けたＯＦＦＥＴのバンドダイヤグラム、
第５図はゲートーソース間の上部を不透明膜で覆った素
子構造を示す図、第６図はメアンダー型ゲート電極を有
するＯＦＦＥＴを示す平面図である． ｌ・・・半絶縁性基板 ２・・・第２半導体層（バツファ層） ３・・・第１半導体層（光吸収層） ４・・・第３半導体層（キャップ層） ６・・・ショットキーゲート電極
ＰＦＥＴを示す図で、（ａ）は構造断面図，（ｂ）はバ
ンドダイヤグラム、第２図は従来の○ＰＦＥＴを示す図
で、（ａ）は構造断面図，（ｂ）はバンドダイヤグラム
、第３図は本発明の実施例としてＯＰＨＥＭＴを示す図
で，（ａ）は構造断面図、（ｂ）はバンドダイヤグラム
、第４図はチャネル層とキャップ層との間に組戊のｇｒ
ａｄｅｄ層を設けたＯＦＦＥＴのバンドダイヤグラム、
第５図はゲートーソース間の上部を不透明膜で覆った素
子構造を示す図、第６図はメアンダー型ゲート電極を有
するＯＦＦＥＴを示す平面図である． ｌ・・・半絶縁性基板 ２・・・第２半導体層（バツファ層） ３・・・第１半導体層（光吸収層） ４・・・第３半導体層（キャップ層） ６・・・ショットキーゲート電極
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性基板上に、入射光に対して光吸収を生じる
第１の半導体層と、該第１の半導体層を上下に挾んでダ
ブルヘテロ構造を形成し、入射光に対してそれぞれ透明
な第２と第３の半導体層を積層して設け、上記第３半導
体の上に金属ショットキーゲート電極を設け、かつ、上
記第１の半導体層と第３の半導体層の界面に、ｎ型電子
層によるチャネルを設けた電界効果トランジスタを構成
する半導体装置において、上記第３半導体層の一部にｐ
＾＋ドーピングを行い、上記ゲートとドレイン両電極間
のゲート空乏層内に、ソース−ドレイン電流を変化させ
る光を照射することを特徴とする受光用の半導体装置。 ２、上記第１の半導体層と第３の半導体層との境界は、
正孔の流れを円滑にするために、組成をゆるやかに変化
させるグレーデッド（ｇｒａｄｅｄ）層を挿入したもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載し
た半導体装置。 ３、上記光吸収層は、半絶縁性ＩｎＰ基板上に、アンド
ープＩｎＡｎＡｓ層を介して積層されたＩｎＧａＡｓ層
であって、ＦＥＴチャネル層および中央部にｐ＾＋ドー
ピングを行った（ｉ−ｐ＾＋−ｉ）構造のＩｎＡｌＡｓ
層とを順次積層し、ショットキーゲート電極を設けたヘ
テロＭＥＳＦＥＴであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載した半導体装置。 ４、上記光吸収層は、半絶縁性ＩｎＰ基板上に、中央部
にｎ＾＋ドーピングをした（ｉ−ｎ＾＋−ｉ）構造のＩ
ｎＡｌＡｓ層を介して積層されたアンドープのＩｎＧａ
Ａｓ層であって、２次元電子ガスチャネル層を有し、中
央部にｐ＾＋をドーピングした（ｉ−ｐ＾＋−ｉ）構造
のＩｎＡｌＡｓ層を積層し、ショットキーゲート電極を
設けた受光装置であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載した半導体装置。 ５、上記ショットキーゲート電極は、複数のＦＥＴにお
ける上記ゲート電極がそれぞれ近接するように、ＦＥＴ
を多数並列に並べるか、１本の電極をじぐざぐに折曲げ
て、２次元状に形成したものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項、第３項または第４項のいずれかに
記載した半導体装置。 ６、上記ショットキーゲート電極は、ソース電極に至る
間の上部を、光に対して不透明な物質で覆われているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第３項ない
し第５項のいずれかに記載した半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1299514A JP2813217B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1299514A JP2813217B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03160764A true JPH03160764A (ja) | 1991-07-10 |
| JP2813217B2 JP2813217B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=17873574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1299514A Expired - Fee Related JP2813217B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2813217B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03173482A (ja) * | 1989-12-03 | 1991-07-26 | Canon Inc | Ｆｅｔ構造光検出器 |
| JP2007519250A (ja) * | 2004-01-24 | 2007-07-12 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | フォトトランジスタ |
-
1989
- 1989-11-20 JP JP1299514A patent/JP2813217B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03173482A (ja) * | 1989-12-03 | 1991-07-26 | Canon Inc | Ｆｅｔ構造光検出器 |
| JP2007519250A (ja) * | 2004-01-24 | 2007-07-12 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | フォトトランジスタ |
| JP4702720B2 (ja) * | 2004-01-24 | 2011-06-15 | エスティー‐エリクソン、ソシエテ、アノニム | フォトトランジスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2813217B2 (ja) | 1998-10-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |