JPH0543305B2 - - Google Patents
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- JPH0543305B2 JPH0543305B2 JP61108761A JP10876186A JPH0543305B2 JP H0543305 B2 JPH0543305 B2 JP H0543305B2 JP 61108761 A JP61108761 A JP 61108761A JP 10876186 A JP10876186 A JP 10876186A JP H0543305 B2 JPH0543305 B2 JP H0543305B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L31/00—Semiconductor 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
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- H01L31/036—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L31/08—Semiconductor 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/15—Silicon on sapphire SOS
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Description
【発明の詳細な説明】
Ａ 産業上の利用分野
10-12すなわちピコ秒の範囲で作動する光導電
体ないし光応答性素子を、電子的および光電子的
なさまざまな応用分野で使用する研究が行なわれ
ている。このような応用分野には、たとえば、電
子的なスイツチングおよびゲート、サンプリン
グ、波形生成、マイクロ波変換、光学的検出、Ｘ
線および粒子の検出、素子応答性テスト、高周波
の混合、およびアナログ・デイジタル変換が含ま
れている。
体ないし光応答性素子を、電子的および光電子的
なさまざまな応用分野で使用する研究が行なわれ
ている。このような応用分野には、たとえば、電
子的なスイツチングおよびゲート、サンプリン
グ、波形生成、マイクロ波変換、光学的検出、Ｘ
線および粒子の検出、素子応答性テスト、高周波
の混合、およびアナログ・デイジタル変換が含ま
れている。
Ｂ 開示の概要
高いキヤリヤの移動度を維持し、しかも寿命の
短かい、ピコ秒で応答する光導電体および光応答
性素子が、結晶不整合基板上に繊維化された
（textured）ドメイン領域層を設けることによつ
て、提供される。ドメインの大きさは、寿命がそ
の大きさを２乗したものを半導体物質の拡散係数
で割つたものに比例するようなものである。基板
に関するドメイン内の結晶方位は維持される。実
施例は＜0001＞六方晶単結晶Al2O3上に成長させ
た、厚さ約0.1μの＜111＞GaAsの繊維化層であ
り、Al2O3は約1.0μのドメインを有し、キヤリヤ
寿命が約５ピコ秒、キヤリヤ移動度が約80cm2／ボ
ルト／秒のものである。
短かい、ピコ秒で応答する光導電体および光応答
性素子が、結晶不整合基板上に繊維化された
（textured）ドメイン領域層を設けることによつ
て、提供される。ドメインの大きさは、寿命がそ
の大きさを２乗したものを半導体物質の拡散係数
で割つたものに比例するようなものである。基板
に関するドメイン内の結晶方位は維持される。実
施例は＜0001＞六方晶単結晶Al2O3上に成長させ
た、厚さ約0.1μの＜111＞GaAsの繊維化層であ
り、Al2O3は約1.0μのドメインを有し、キヤリヤ
寿命が約５ピコ秒、キヤリヤ移動度が約80cm2／ボ
ルト／秒のものである。
Ｃ 従来の技術
光導電体は半導体で構成されているが、一般
に、半導体内でキヤリヤの移動度が高いと、これ
に付随してキヤリヤの寿命が、光導電体に望まれ
る応答時間よりも長くなる。
に、半導体内でキヤリヤの移動度が高いと、これ
に付随してキヤリヤの寿命が、光導電体に望まれ
る応答時間よりも長くなる。
技術が進歩するにしたがい、従来のほとんどの
構造は感光性の半導体を採用するようになり、こ
の半導体上に寿命を短縮するステツプが施され
る。これらのステツプには放射線破壊、アモルフ
アス化、および深いレベルの補償不純物の導入が
含まれる。
構造は感光性の半導体を採用するようになり、こ
の半導体上に寿命を短縮するステツプが施され
る。これらのステツプには放射線破壊、アモルフ
アス化、および深いレベルの補償不純物の導入が
含まれる。
近年、当該技術分野において、ピコ秒の光導電
体として用いられる多結晶フイルムが製造された
が、寿命を短縮するため粒子サイズの組織構造が
使用されている。この研究はネバタ州インクライ
ン・ビレツジで1985年３月13〜15日に開催された
ピコ秒電子工学および光電子工学会議（Meeting
on Picosecond Electronics and
Optoelectronics、March 13−15、1985、at
Incline Village、Nevada）において、AT＆Ｔ
のベル研究所のA.M.ジヨンソン、D.W.キスラお
よびW.M.シンプソン（A.M.Johnson、D.W.
Kisler and W.M.Simpson of AT＆Ｔ Bell
Laboratory）によつて報告された。光導電材料
はGaAs、Siおよび融解シリコンの基板上にもう
けたCdTeであつた。
体として用いられる多結晶フイルムが製造された
が、寿命を短縮するため粒子サイズの組織構造が
使用されている。この研究はネバタ州インクライ
ン・ビレツジで1985年３月13〜15日に開催された
ピコ秒電子工学および光電子工学会議（Meeting
on Picosecond Electronics and
Optoelectronics、March 13−15、1985、at
Incline Village、Nevada）において、AT＆Ｔ
のベル研究所のA.M.ジヨンソン、D.W.キスラお
よびW.M.シンプソン（A.M.Johnson、D.W.
Kisler and W.M.Simpson of AT＆Ｔ Bell
Laboratory）によつて報告された。光導電材料
はGaAs、Siおよび融解シリコンの基板上にもう
けたCdTeであつた。
Ｄ 発明が解決しようとする問題点
本発明の目的は高いキヤリヤ移動度を有し、し
かもキヤリヤ寿命の短かい光応答性半導体素子を
提供することである。
かもキヤリヤ寿命の短かい光応答性半導体素子を
提供することである。
Ｅ 問題点を解決するための手段
簡単にいえば、本発明による結晶構造において
は、結晶の周期性を妨げないようにすることによ
つて、高い移動度が維持され、また微小領域に区
分するように素子表面に垂直に境界を導入するこ
とによつて、キヤリヤの寿命が短縮される。これ
は基板上に繊維化された結晶層を設けることによ
つて達成される。
は、結晶の周期性を妨げないようにすることによ
つて、高い移動度が維持され、また微小領域に区
分するように素子表面に垂直に境界を導入するこ
とによつて、キヤリヤの寿命が短縮される。これ
は基板上に繊維化された結晶層を設けることによ
つて達成される。
本発明においては、結晶間隔が不整合な絶縁基
板上に、高い感光性を有する薄い繊維化半導体層
で構成された結晶を形成し、かつ基板の結晶構造
を半導体層の微小領域すなわちドメイン内で維持
することによつて、キヤリヤの移動度が保持され
るようにした、応答性が高い、ピコ秒以下の光応
答性素子が作製される。キヤリヤは境界において
トラツプされ再結合するので、必要なドメインの
寸法は希望するキヤリヤの寿命およびフイルムの
半導体材料内の拡散係数によつて決められる。
板上に、高い感光性を有する薄い繊維化半導体層
で構成された結晶を形成し、かつ基板の結晶構造
を半導体層の微小領域すなわちドメイン内で維持
することによつて、キヤリヤの移動度が保持され
るようにした、応答性が高い、ピコ秒以下の光応
答性素子が作製される。キヤリヤは境界において
トラツプされ再結合するので、必要なドメインの
寸法は希望するキヤリヤの寿命およびフイルムの
半導体材料内の拡散係数によつて決められる。
繊維化構造の個々の微小結晶領域すなわちドメ
インにおける結晶の周期性を維持することによつ
て半導体材料の移動特性が保持されるので、厚さ
および成長のパラメータを変化させてドメインの
大きさを制限することにより寿命を制限すること
ができる。
インにおける結晶の周期性を維持することによつ
て半導体材料の移動特性が保持されるので、厚さ
および成長のパラメータを変化させてドメインの
大きさを制限することにより寿命を制限すること
ができる。
ドメインの寸法は、式１にしたがつてキヤリヤ
の寿命に関連付けられる。
の寿命に関連付けられる。
式１ τS2／Ｄ
ただし、τは半導体材料内のキヤリヤの寿命
Ｓは方位角方向の境界間の典型的なドメインの
距離 Ｄは半導体材料内のキヤリヤの拡散定数であ
る。
距離 Ｄは半導体材料内のキヤリヤの拡散定数であ
る。
それ故、Al2O3上のGaAsの繊維化された層の
場合、Ｄはほぼ12cm2／秒であり、10ピコ秒という
所望のキヤリヤ寿命τに対して、必要なドメイン
の大きさはほぼ0.1μとなる。
場合、Ｄはほぼ12cm2／秒であり、10ピコ秒という
所望のキヤリヤ寿命τに対して、必要なドメイン
の大きさはほぼ0.1μとなる。
バルク状の単結晶半導体材料のキヤリヤ寿命中
にキヤリヤが拡散する距離よりも、ドメインは小
さくなる。
にキヤリヤが拡散する距離よりも、ドメインは小
さくなる。
Ｆ 実施例
第１図は繊維化結晶層を有する光応答性素子を
示すものであり、単結晶基板１上には、基板１の
結晶方位をそれぞれが有している独立したドメイ
ン３で構成された感光性半導体２の層が配置され
ている。界面４に平行な方向における各ドメイン
の大きさは、式１の関係によつて半導体材料の寿
命および拡散長に関連付けられている。
示すものであり、単結晶基板１上には、基板１の
結晶方位をそれぞれが有している独立したドメイ
ン３で構成された感光性半導体２の層が配置され
ている。界面４に平行な方向における各ドメイン
の大きさは、式１の関係によつて半導体材料の寿
命および拡散長に関連付けられている。
本発明の光応答性構造は単結晶材料の感光性と
高いキヤリヤ移動度を保持し、同時に、希望する
光信号応答時間と両立するに必要な短かいキヤリ
ヤ寿命を達成する。
高いキヤリヤ移動度を保持し、同時に、希望する
光信号応答時間と両立するに必要な短かいキヤリ
ヤ寿命を達成する。
本発明の利点は、バルク状の結晶GaAsのキヤ
リヤの寿命τが約１×10-9秒であり、一方Ｓおよ
び厚さが約0.1μである本発明の繊維化フイルムに
おけるキヤリヤの寿命τが約４×10-12秒である
ことから明らかである。かかる性能は、寿命が破
壊等の以降のステツプで制御される公知のものの
10ないし100倍の感度をもたらすものである。こ
れらの装置からの有効な信号は感度の２乗で増え
るから、信号対雑音比は最大10000倍改善される。
リヤの寿命τが約１×10-9秒であり、一方Ｓおよ
び厚さが約0.1μである本発明の繊維化フイルムに
おけるキヤリヤの寿命τが約４×10-12秒である
ことから明らかである。かかる性能は、寿命が破
壊等の以降のステツプで制御される公知のものの
10ないし100倍の感度をもたらすものである。こ
れらの装置からの有効な信号は感度の２乗で増え
るから、信号対雑音比は最大10000倍改善される。
半導体材料２は光学的感度から選択されるもの
であり、現時点ではGaAsが好ましい材料であ
る。
であり、現時点ではGaAsが好ましい材料であ
る。
原子間間隔不整合の基板１で成長させた場合、
層２は寿命を制御するドメイン３を有するが、し
かしこのドメインは層が厚くなればなるほど大き
くなるものである。最善の性能をもたらす層２の
厚さの範囲は0.100ないし2.0μであり、これはド
メインの大きさを0.1ないし1μとする。
層２は寿命を制御するドメイン３を有するが、し
かしこのドメインは層が厚くなればなるほど大き
くなるものである。最善の性能をもたらす層２の
厚さの範囲は0.100ないし2.0μであり、これはド
メインの大きさを0.1ないし1μとする。
基板１は絶縁性の単結晶で、ドメイン３をもた
らすのに十分な格子パラメータ不整合を有してい
なければならない。GaAs層２に対しては、高純
度サフアイヤAl2O3が現時点では、好ましい材料
である。
らすのに十分な格子パラメータ不整合を有してい
なければならない。GaAs層２に対しては、高純
度サフアイヤAl2O3が現時点では、好ましい材料
である。
第１図の構造は標準的な金属有機化学蒸着
（MOCVD）装置内で、付着面に垂直な＜0001＞
の結晶方位のサフアイヤ（Al2O3）基板上に成長
させられる。基板は脱脂後、反応室に充填され
る。反応室への充填後、基板は600ないし800℃の
成長温度で焼鈍される。すべての層は600ないし
800℃の成長温度範囲において、トリメチルガリ
ウム（Ga（CH3）3）とアルシンの反応によつて成
長する。成長速度は毎分0.05μである。反応圧は
78トルである。成長速度に対応するトリメチルガ
リウム（TMG）のモル分率はX(TMG)＝1.9×10-4
である。／GaAa層に対する族／族の割
合を制御するTMGに対するAsH3は80である。
AsH3のモル分率はXアルシン＝1.5×10-2である。
反応室内のガスの線形流量は直径75mmの管内で毎
秒30cmのオーダーである。層２は平均厚さ0.1な
いし2μまで成長する。
（MOCVD）装置内で、付着面に垂直な＜0001＞
の結晶方位のサフアイヤ（Al2O3）基板上に成長
させられる。基板は脱脂後、反応室に充填され
る。反応室への充填後、基板は600ないし800℃の
成長温度で焼鈍される。すべての層は600ないし
800℃の成長温度範囲において、トリメチルガリ
ウム（Ga（CH3）3）とアルシンの反応によつて成
長する。成長速度は毎分0.05μである。反応圧は
78トルである。成長速度に対応するトリメチルガ
リウム（TMG）のモル分率はX(TMG)＝1.9×10-4
である。／GaAa層に対する族／族の割
合を制御するTMGに対するAsH3は80である。
AsH3のモル分率はXアルシン＝1.5×10-2である。
反応室内のガスの線形流量は直径75mmの管内で毎
秒30cmのオーダーである。層２は平均厚さ0.1な
いし2μまで成長する。
第２図および第３図は例示装置の斜視図であ
り、本発明に関連して用いられる信号生成および
信号感知の原理を示すものである。
り、本発明に関連して用いられる信号生成および
信号感知の原理を示すものである。
第２図は光信号を電気信号に変換する原理を示
すものである。第２図において、繊維化結晶の参
照番号は第１図と同じである。層２のバンド・ギ
ヤツプよりも大きな光子エネルギを有する光をも
たらすレーザなどの素子１０によつて光学的に与
えられる信号は、帯片１２として図示されている
伝送線部材と、帯片１３として図示され、約10.0
ボルトのバイアス電源にコネクタ１４で接続され
ている分岐伝送線部材との間の、幅約10μのギヤ
ツプ１１で検知される。信号帯片の終端部は、抵
抗素子１５として図示されている、当分野におい
て標準的な信号転送終端インピーダンスを介して
設置されている。出力信号は接続部１６に与えら
れる。帯片１２および１３に使用される材料は、
繊維化層２に使用される半導体材料とオーミツク
接触をするものでなければならない。接地に対す
る抵抗接続は、層２に対向した基板１の部分で行
なわれる。
すものである。第２図において、繊維化結晶の参
照番号は第１図と同じである。層２のバンド・ギ
ヤツプよりも大きな光子エネルギを有する光をも
たらすレーザなどの素子１０によつて光学的に与
えられる信号は、帯片１２として図示されている
伝送線部材と、帯片１３として図示され、約10.0
ボルトのバイアス電源にコネクタ１４で接続され
ている分岐伝送線部材との間の、幅約10μのギヤ
ツプ１１で検知される。信号帯片の終端部は、抵
抗素子１５として図示されている、当分野におい
て標準的な信号転送終端インピーダンスを介して
設置されている。出力信号は接続部１６に与えら
れる。帯片１２および１３に使用される材料は、
繊維化層２に使用される半導体材料とオーミツク
接触をするものでなければならない。接地に対す
る抵抗接続は、層２に対向した基板１の部分で行
なわれる。
第３図は、第２図のこの発明の光応答性素子に
より発生した信号の感知の一例を示すものであ
り、同一の要素の参照番号は同じものである。第
３図の感知の場合の、第２図の構造との主な相違
点は、当分野において標準的な電荷積分器１７が
コネクタ１４と接地との間に接続されており、信
号がターミナル１８で帯片１２に印加されたとき
に、ギヤツプ１１で発生する電荷を積分すること
である。
より発生した信号の感知の一例を示すものであ
り、同一の要素の参照番号は同じものである。第
３図の感知の場合の、第２図の構造との主な相違
点は、当分野において標準的な電荷積分器１７が
コネクタ１４と接地との間に接続されており、信
号がターミナル１８で帯片１２に印加されたとき
に、ギヤツプ１１で発生する電荷を積分すること
である。
例示したパルス発生装置およびパルス感知装置
は帯片技術を用いているが、その他の伝送線形状
が満足できるものであることが、当分野の技術者
には明らかであろう。
は帯片技術を用いているが、その他の伝送線形状
が満足できるものであることが、当分野の技術者
には明らかであろう。
好ましい構造はGaAsの繊維化層２を有するサ
フアイヤ（Al2O3）基板１を用いている。基板は
層２の表面に垂直な＜0001＞に配向されている。
繊維化されたGaAs層は層２の面に垂直な＜111
＞に配向されており、厚さは0.1μである。
フアイヤ（Al2O3）基板１を用いている。基板は
層２の表面に垂直な＜0001＞に配向されている。
繊維化されたGaAs層は層２の面に垂直な＜111
＞に配向されており、厚さは0.1μである。
この構造において、寿命は約５ピコ秒であり、
移動度は約80cm2／Ｖ／秒である。
移動度は約80cm2／Ｖ／秒である。
Ｇ 発明の効果
本発明によれば、半導体の光導電性を保持し、
同時に高速な光信号応答性と両立する短かい寿命
をもたらすことができる。
同時に高速な光信号応答性と両立する短かい寿命
をもたらすことができる。
第１図は、本発明の繊維化結晶ピコ秒光導電体
素子の構造を示す拡大斜視図である。第２図は、
本発明を用いたピコ秒光導電パルス発生装置の斜
視図である。第３図は、ピコ秒パルス感知装置の
斜視図である。
素子の構造を示す拡大斜視図である。第２図は、
本発明を用いたピコ秒光導電パルス発生装置の斜
視図である。第３図は、ピコ秒パルス感知装置の
斜視図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 互いに異なる原子間隔を持つことによる結晶
不整合性を有する、絶縁性の単結晶基板と、この
基板上に形成された感光性半導体層とを有し、 上記半導体層が、上記基板の結晶方位を維持し
且つ上記半導体のバルク状単結晶体におけるキヤ
リアの拡散長よりも小さな寸法を有する、上記基
板に垂直な境界を持つ結晶ドメインを有し、 上記半導体層の上にオーミツク接触の互いに離
間した第一と第二の電極が設けられ、上記第一の
電極にバイアス電圧がかけられていて、上記半導
体表面に光が照射されると、上記第二の電極に出
力信号を生ずる、 ことを特徴とする光応答性素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/749,609 US4626883A (en) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | Textured crystal picosecond photoresponsive element |
| US749609 | 1985-06-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS624379A JPS624379A (ja) | 1987-01-10 |
| JPH0543305B2 true JPH0543305B2 (ja) | 1993-07-01 |
Family
ID=25014453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61108761A Granted JPS624379A (ja) | 1985-06-27 | 1986-05-14 | 光応答性素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4626883A (ja) |
| EP (1) | EP0210379B1 (ja) |
| JP (1) | JPS624379A (ja) |
| CA (1) | CA1256188A (ja) |
| DE (1) | DE3675281D1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
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-
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- 1986-04-04 CA CA000505863A patent/CA1256188A/en not_active Expired
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- 1986-06-03 EP EP86107544A patent/EP0210379B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPS624379A (ja) | 1987-01-10 |
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