JPH0451988B2 - - Google Patents

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JPH0451988B2
JPH0451988B2 JP56143152A JP14315281A JPH0451988B2 JP H0451988 B2 JPH0451988 B2 JP H0451988B2 JP 56143152 A JP56143152 A JP 56143152A JP 14315281 A JP14315281 A JP 14315281A JP H0451988 B2 JPH0451988 B2 JP H0451988B2
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phototransistor
terminal
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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
    • H01L31/10Semiconductor 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 characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/11Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors
    • H01L31/1105Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors the device being a bipolar phototransistor

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光通信に使用されるエミツタ・ベース
間のヘテロ接合を有する型のホト・トランジスタ
に関する。
(従来技術と解決すべき課題) 光通信に使用される光検出器はすぐれた感度を
有していなければならない。すなわち低い強度の
光信号を検出できなければならない。この目的の
ためにアバランシエ・ホトダイオードがしばしば
使用される。それらは次に低雑音前置増幅器に接
続されている。しかしながらなだれ降伏現象に特
有な感度が十分に得られないという問題がこの解
決を実現させることを困難にしている。特に光フ
アイバーの最適伝送窓に相当する波長(1.3から
1.55μm)で困難である。その他の解決方法は非
常に低い入力キヤパシタンスを有する前置増幅器
に接続された単独のPN又はPINホトダイオード
を使用することから成つている。前置増幅器の入
力構成素子は非常に高い伝送周波数(数ギガヘル
ツ)を有する。例えばGaAs電解効果トランジス
タ又はバイポーラ・トランジスタである。これら
2つの解決方法はスミス(SMITH)、ホツパー
(HOPPER)及びギヤレツト(GARRET)によ
り、雑誌Optical and Quantum
Electronics1978年10月号P.P.292−300、で比較
されている。
ホト・ダイオードとトランジスタをモノリシツ
ク集積した結果と考えられるホト・トランジスタ
も又、ホト・ダイオードとトランジスタ素子の特
性が少なくとも個別部品の特性と同等であれば、
入力接続の必要がないので光検出器として興味の
あるものである。
本発明は後者の型に属する光検出器に関する。
シリコンホモ接合ホト・トランジスタの外にヘテ
ロ接合ホト・トランジスタ(Npn型)が知られて
いて、これらは本質的に周期律表の及び族の
物質から得られる。それらは例えば、 GaAlAs−GaAs又はInP−GaInAsPホト・ト
ランジスタである。
これらのホト・トランジスタは全ての同一の原
理に従つて動作する。入射光はベース層と、同様
に小さくされたベース−コレクタ領域、すなわち
コレクタに吸収される。その結果生じる光電流は
ホト・トランジスタのベース電流に上乗せされ
る。1次光電流にホト・トランジスタの利得を掛
けた値に等しいコレクタ電流内には変動が生じ
る。
ヘテロ接合素子に関して、光がベース層で吸収
される前にエミツタ層を横切るところのベース接
続のないホト・トランジスタは、特にその感度の
点で興味ある特性を有している。
そのようなホト・トランジスタがその断面図の
形で第1図に示されている。これは、コレクタと
なる、層2(例えばn型GaAs)、ベースとなる
層3(例えばp型GaAs)そしてエミツタとなる
層4(例えばN型GaAlAs)とで構成されてい
る。これらの層はすべて基板12(例えばn+
GaAs)の上に沈着されている。電気的な接続は
エミツタ端子7及びコレクタ端子9で行われる。
この型のホト・トランジスタはベネキング
(BENEKING)その他による“Electronics
Letters”1976年第12巻P.P.39516、ミラノ
(MILANO)その他による1979年12月の“IEEE
国際電子素子会議(IEEE International
Electron Devices Neeting)”、又最後にコナガ
イ(KONAGAI)その他による「応用物理学会
誌(Journal of Applied Physics)」1977年48
巻、P.P.4389−4394に記述されている。
その他のホト・トランジスタはベース端子を有
している。この場合にはベース上にコンタクトを
メタライズするためにエミツタ層はエツチングさ
れている。そこで光は直接ベース層の上のエツチ
ングされた領域に集束されることが可能となる。
そのようなホト・トランジスタが第2図に示さ
れていて、参照番号は第1図と同じである。ベー
ス端子は参照番号8である。この型のホト・トラ
ンジスタは、ベノー(BENOIT)により、1976
年パリで開催された光通信国際会議(the
Conference Internationale sul let
Communications Optique)で発表されている。
すべての既知の素子は幾多の欠点を有してい
る。ホモ接合ホト・トランジスタは、光フアイバ
ーによる電話通信で考えられている低い波長(約
0.85μm)では光検出のためには非常に好適とは
言えない。この波長域ではシリコンの吸収係数は
比較的低く自由ベース・コレクタ領域はかなりの
厚さ(10μmに等しいかそれ以上)を必要とする
ので、これは高速のトランジスタ動作とは両立し
ない。
ヘテロ接合ホト・トランジスタに関しては当然
以下の点に注意がはらわれるべきである。
a 第1図のホト・トランジスタの場合のように
ベースが直接空気に触れない構造で、光がエミ
ツタ層を横切る場合には、エミツタ・ベース間
のキヤパシタンスが必然的に高い素子が得られ
る。光フアイバーの端点における光検出には約
50μmの直径の表面領域ういきを有する必要が
あり、これはヘテロ接合トランジスタ内で用い
られる低いレベルのエミツタドーピング
(106/cm3)でも高いキヤパシタンス(5PF以
上)となつてしまう。さらに、その強度がエミ
ツタ・ベース接合の表面積に比例する再結合電
流は、低雑音光検出で必要な低電流域での動作
の可能性を制限する。逆にエミツタの放射線に
対して透明な部分のこれら素子の感度はエミツ
タ・ベース接合部でのキヤリアの再結合速度が
遅いために非常にすぐれたものとなる。
b もしエミツタ・ベース間のキヤパシタンス及
び再結合電流を減少させる目的のためであれ
ば、第2図に示すように、部分的にエツチング
されたエミツタを有するホト・トランジスタを
使用する解法が適当であるが、ベースが空気と
接触することになり感度が減少するという問題
がある。従つて、ベース及びエツチングされた
部分の下のコレクタ内で吸収された光はキヤリ
アを作成するが、それの決して無視できない部
分が素子の表面で再結晶される。空気と接する
GaAs表面及びGaInAsP表面は、事実上高い再
結合速度(GaAsに対して105cm/秒)が特徴で
あり、これらの表面のパツシベーシヨン試験も
まだ満足すべき結果を得ていない。
c 最後に、エミツタ層の選択的なエツチングは
いつも容易に行えるものではなく、高い電流利
得が要求されて、ベース層が細かくなつて来る
とこの操作に増々困難さを増してくる。
(課題を解決するための手段) 本発明の目的は、低いエミツタキヤパシタンス
と、高い感度とを共に有するヘテロ接合ホト・ト
ランジスタを提案することによつて以上の欠点を
除去することにある。
この目的のために、本発明ではエミツタ層をド
ーピング型に部分的に変える方法を提案してお
り、これによつてN型のエミツタ(Npn構造の場
合)は非常に狭い表面領域にのみ残る一方、ほと
んどP型に変換された光検出領域内のエミツタ層
はその窓機能を残している。
ドーピング型への変換はP型不純物(例ではn
層である)(例えばGaAlAsの場合はZn)の部分
拡散によつて実施できる。シカシながら例えばイ
オン打ち込みやエピタキシヤル法のようなその他
の方法の可能である。
さらに詳しくは、本発明は、ホト・トランジス
タに関係し、とくにエミツタ層のドーピング型が
その広がりの一部分において反転され前記ドーピ
ングがベース層にまで達し、前記反転された型の
領域が検出されるべき光放射に対して透過的であ
ることを特徴とするエミツタ・ベースヘテロ接合
及びコレクタを形成する半導体層を有する半導体
層を有するホト・トランジスタに関係する。
(実施例) 本発明の2つの実施例が第1図及び第2図に続
く図面を参照して以下詳細に、しかし、これに限
定されることなく記述されている。
第3図に示すようにホト・トランジスタは高濃
度ドーピングされたn+基板12、それに続くn+
−GaAsの緩衝層1、n-−GaAs(又はGaAlAsも
可能)のコレクタ層2、p−GaAs(又はエミツ
タのそれより低いアルミニウム濃度のGaAlAsも
可能)のベース層3、N−GaAlAsのエミツタ層
4及びn+−GaAs又はGaAlAsの端子層5とで構
成されている。
エミツタ・ベース接合は、もし可能であれば、
再結合電流を最少にする条件下で実現される。又
その他の端子と同様に同一表面上にコレクタ端子
を抱持するため、又は集積の目的のために、基板
12として半絶縁基板を使用することも可能であ
る。つまり、基板12は、第4図に示されている
ように半絶縁基板とすることが出来る。この場
合、コレクタ端子9はバツフア層1のの上に設け
られなければならない。もし、コレクタ端子9が
基板の下側に設けられる場合は、この例は第3図
に示されているが、基板12は導体でなければな
らない。
局所拡散がエミツタ層内で実施され、n型拡散
の井戸6がベース層の上部まで拡がつている。拡
散の局所化は拡散窓を有する絶縁マスクを使用し
て実施される。
次に端子層が加工部分11内で除去され、エミ
ツタ端子7と必要があればベース端子8を形成す
るためにのみ部分的に残される。この端子層のエ
ツチングは拡散工程の前に実施される。これは一
方では透明性のためにそして又エミツタ・ベース
接合のラテラルダイオードによる注入理由のため
に必要である。本発明による素子には実際には2
つの接合が有り、その1つはエミツタ(N)とベ
ース3(p)との間にある「水平」接合であり、
他の1つは層4の残留部分(N)(第3図の左側)
とドーピングされた主たる部分6(p)(第3図
の右側)との間にある「垂直」接合である。第1
の接合は本明細書で言及されている真のヘテロ接
合である。というのは、層4と層3は例えば
GaAlAsとGaAsのように一般に異なるからであ
る。一方、他の接合は同一層内、例えばGaAlAs
内で形成されるので、ホモ接合である。この第2
の接合の導通閾値はヘテロ接合のそれより高く、
それゆえこの第2の接合は素子の電気的作用を妨
害することはない。
続いて、絶縁領域10を例えばプロントボンバ
ードメントにより作り構成素子の電気的絶縁を行
う前に、エミツタ端子7、ベース端子8、そして
コレクタ端子9の金属コーテイングの沈着が行わ
れる。
第4図は、同一のホト・トランジスタを示して
いるが、半絶縁基板12はコレクタ端子9をその
他の端子と同一表面上に配置することができるよ
うにしており、これによつて部品の集積回路化が
可能となる。
同様の素子が他の材料から作れる事は明白であ
る。特に1.2〜1.6μmの間の波長に対しては、基板
物質として、InPを、また、その他の層には2元
素化合物InP、3元素化合物GaInAs又は4元素
化合物GaInAsP材料を使うことが可能である。
しかしながら、エミツタ層の反転型領域は考慮さ
れている波長の放射に対して透明であり、ベース
そして/又はコレクタ層は吸収的な性質であるよ
うにそれらは選定されなければならない。
本発明によるホト・トランジスタは、基板12
上に、コレクタとして動作する第1のドーピング
型による第1のはいどうたいである第1の層2
と、ベースとして動作する第1の半導体または第
2のドーピング型による第2の半導体である第2
の層3と、エミツタとして動作する第1のドーピ
ング型による第3の半導体である第3の層4と、
エミツタ端子としての第1の金属端子7と、ベー
ス端子としての第2の金属端子8と、コレクタ端
子としての第3の金属端子9とを有し、第1、第
2、第3の半導体は周期律表の第3列と第5列に
属する要素の2成分または3成分又は4成分から
成るグループに入るよう選択されているホト・ト
ランジスタであつて、エミツタとして動作する第
3の層4は、第2のドーピング型による井戸6を
有し、その井戸は第3の層の主たる部分11か
ら、その下にあつてベースとして動作する第2の
層3に達していること、また、第3の層4の主た
る部分11は検出されるべき放射線にたいして透
明であること、更に、第1の金属端子7は第1の
ドーピング型を有する第3の層4の残りの小部分
に設けられていること等を特徴としている。
このような構成とすることにより、前述した従
来技術に於いて考慮すべきa)、b)、c)は次の
ように解決される。
a)に関しては、層4は、その主たる部分11
に於いて、領域6に於ける拡散のためベース3に
pドーピングが施されているのと同様にドーピン
グが施されている。従つて、エミツタとベース間
のキヤバシタンスは層4のNタイプの残つている
小部分によるものだけとなり、その値は第1図に
示された従来の場合より非常に小さくなる。
b)に関しては、本発明の素子では光を吸収
し、電荷の発生するベースは直接空気に触れてい
ない。従つて、従来例に見られた再結合電流の発
生は防止されている。
c)に関しては、これらの2つの特徴、即ちキ
ヤバシタンスが小さくなつたこと、空気との接触
がなくなつたこととは層4をエツチングしなくて
もドーピングだけで得られるようになつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は光がベース層で吸収される前にエミツ
タ層を横切るところのベース端子が無いホト・ト
ランジスタの断面図、第2図はエミツタ層が部分
的に食刻で取り除かれたベース端子を有するホ
ト・トランジスタの断面図、第3図はGaAlAs−
GaAs型のNpn構造を示す断面図、第4図はコレ
クタ端子が上面に有する第3図と同じ構造を示す
断面図である。 2……コレクタ、3……ベース、4……エミツ
タ、7,8,9……接続端子、12……基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に、コレクタとして動作する第1のド
    ーピング型による第1の半導体である第1の層
    と、ベースとして動作する前記第1の半導体また
    は第2のドーピング型による第2の半導体である
    第2の層と、エミツタとして動作する前記第1の
    ドーピング型による第3の半導体である第3の層
    と、エミツタ端子としての第1の金属端子と、ベ
    ース端子としての第2の金属端子と、コレクタ端
    子としての第3の金属端子とを有し、前記第1、
    第2、第3の半導体は周期律表の第3列と第5列
    に属する要素の2成分または3成分または4成分
    から成るグループに入るよう選択されているホ
    ト・トランジスタに於いて、エミツタとして動作
    する前記第3の層は、前記第3の層の主たる部分
    から、下にあつてベースとして動作する前記第2
    の層に達する前記第2のドーピング型による井戸
    を有し、前記第3の層の主たる部分は検出される
    べき放射線に対して透明であり、前記第1の金属
    端子は前記第1のドーピング型を有する前記第3
    の層の残りの小部分に設けられていることを特徴
    としたホト・トランジスタ。 2 請求項1のホト・トランジスタに於いて、前
    記第1の半導体はGaAsから成り、前記第2と第
    3の半導体は異なるAl濃度を有する GaAlAsから成るホト・トランジスタ。 3 請求項1または2のホト・トランジスタに於
    いて、前記第1のドーピング型はnタイプであ
    り、前記第2のドーピング型はpタイプであるホ
    ト・トランジスタ。
JP56143152A 1980-09-11 1981-09-10 Phototransistor of type having hetero junction between emitter and base Granted JPS5779677A (en)

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JPS5779677A JPS5779677A (en) 1982-05-18
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JP (1) JPS5779677A (ja)
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FR (1) FR2490014A1 (ja)
GB (1) GB2083699B (ja)

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FR2490014A1 (fr) 1982-03-12
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