JPH0685447B2 - 半導体光検出器 - Google Patents
半導体光検出器Info
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- JPH0685447B2 JPH0685447B2 JP59220748A JP22074884A JPH0685447B2 JP H0685447 B2 JPH0685447 B2 JP H0685447B2 JP 59220748 A JP59220748 A JP 59220748A JP 22074884 A JP22074884 A JP 22074884A JP H0685447 B2 JPH0685447 B2 JP H0685447B2
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Classifications
-
- 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
- H01L31/08—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
- H01L31/10—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 characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/112—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor
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- H01L31/1129—Devices with PN heterojunction gate the device being a field-effect 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、半導体光検出器に関するもので、産業上、光
通信等の分野に広く利用されるものである。
通信等の分野に広く利用されるものである。
従来、光通信用の光検出器としては、pinホトダイオー
ド、アバランシェホトダイオード（APD）等が利用され
ている。また、最近ヘテロ接合ホトトランジスタ（HP
T）、モジュレーテッド・バリア・フォトダイオード（M
odulated Barrier Photodiode MBP）、マジョリティ・
キャリア・キャメル・ダイオード（Majority Carrier C
amel Diode）、トライアンギュラー・バリア・フォトダ
イオード（Triahgular Barrier Photodiode,TBP）等の
新しい半導体検出器の開発も進められている。
ド、アバランシェホトダイオード（APD）等が利用され
ている。また、最近ヘテロ接合ホトトランジスタ（HP
T）、モジュレーテッド・バリア・フォトダイオード（M
odulated Barrier Photodiode MBP）、マジョリティ・
キャリア・キャメル・ダイオード（Majority Carrier C
amel Diode）、トライアンギュラー・バリア・フォトダ
イオード（Triahgular Barrier Photodiode,TBP）等の
新しい半導体検出器の開発も進められている。
光通信用の光検出器の特性としては、高速、高光感度、
低雑音等が要求される。従来、光通信に利用されている
pinホトダイオードは、S/N比は高いが内部に増幅機能が
ないため、JFET等との結合で用いられることが多く、ま
た、APDは、雑音が大きいという問題点をそれぞれ有し
ている。最近開発が進められているHPT、MBP、マジョリ
ティ・キャリア・キャメル・ダイオード、TBP等は、原
理的には従来のバイポーラホトトランジスタ（BPT）の
動作を発展させたものであり、いづれもベース内の電位
分布は、電流の流れる方向と垂直な面内においては均一
であり、高周波利得は、ベース抵抗成分によって決まっ
ている。つまり、非常に薄くなされたベース内における
ベース抵抗の値は非常に大きな値であり、これによって
高周波利得が制限されてしまっている。本発明は、上述
の種々の光検出器の問題点を改善し、高速、高光感度、
低雑音の光検出器を提供するものである。
低雑音等が要求される。従来、光通信に利用されている
pinホトダイオードは、S/N比は高いが内部に増幅機能が
ないため、JFET等との結合で用いられることが多く、ま
た、APDは、雑音が大きいという問題点をそれぞれ有し
ている。最近開発が進められているHPT、MBP、マジョリ
ティ・キャリア・キャメル・ダイオード、TBP等は、原
理的には従来のバイポーラホトトランジスタ（BPT）の
動作を発展させたものであり、いづれもベース内の電位
分布は、電流の流れる方向と垂直な面内においては均一
であり、高周波利得は、ベース抵抗成分によって決まっ
ている。つまり、非常に薄くなされたベース内における
ベース抵抗の値は非常に大きな値であり、これによって
高周波利得が制限されてしまっている。本発明は、上述
の種々の光検出器の問題点を改善し、高速、高光感度、
低雑音の光検出器を提供するものである。
以上述べた問題点を解決するために、本発明では、ゲー
トにヘテロ接合を有する静電誘導ホトトランジスタ（以
下SIPTと略す）、またはベース内に非均一なヘテロ接合
を有するBPTを提供する。即ち、SIPTのゲートとチャン
ネル内、またはBPTのベース内の、電流が流れる方向に
垂直な面内に、ヘテロ接合を形成するかまたは不純物密
度分布を変えることにより、電位分布に一定の周期で非
均一な部分を設け、電流が最も流れやすい部分の電位を
静電誘導効果により制御することを利用するものであ
る。また、ソースもしくはエミッタにヘテロ接合を有す
る構造の光検出器も提供する。
トにヘテロ接合を有する静電誘導ホトトランジスタ（以
下SIPTと略す）、またはベース内に非均一なヘテロ接合
を有するBPTを提供する。即ち、SIPTのゲートとチャン
ネル内、またはBPTのベース内の、電流が流れる方向に
垂直な面内に、ヘテロ接合を形成するかまたは不純物密
度分布を変えることにより、電位分布に一定の周期で非
均一な部分を設け、電流が最も流れやすい部分の電位を
静電誘導効果により制御することを利用するものであ
る。また、ソースもしくはエミッタにヘテロ接合を有す
る構造の光検出器も提供する。
第３図に、本発明によるゲートにヘテロ接合を有するSI
PTの模式的な断面構造図とポテンシャル図を示す。第３
図（ａ）は、ゲートにヘテロ接合を有する埋め込みゲー
ト形SIPTの単位素子構造断面図、第３図（ｂ）は、第３
図（ａ）のAA′、BB′に沿うポテンシャル図、第３図
（ｃ）は、第３図（ａ）のCC′に沿うポテンシャル図で
ある。第３図（ａ）で301は、高不純物密度のｎ型半導
体で形成されたソース領域、302及び304は、真性半導体
または低不純物密度のｎ型半導体で形成された高抵抗領
域、305は、高不純物密度のｎ型半導体で形成されたド
レイン領域、303は、真性半導体または低不純物密度の
ｎ型半導体で形成されたチャンネル領域、306は、高不
純物密度のＰ型半導体で形成されたゲート領域、311
は、ドレイン電極、312は、ソース電極である。310G
*は、チャンネル領域中に生じるポテンシャルの鞍部点
である真のゲート点である。n+ソース領域301は、接地
されていて、n+ドレイン領域305は、負荷抵抗RL308を介
してドレインバイアス電圧VDD309にバイアスされてい
る。ゲート領域306は、開放されているが、バイアスを
加える回路もある。第３図に示す構造では、n+ソース領
域301は、高抵抗領域302、304、チャンネル領域303、n+
ドレイン領域305は、ガリウムヒ素（GaAs）等の同一の
半導体材料で形成されているが、P+ゲード領域306は、
まわりの領域よりもバンドギャップの大きな半導体材
料、例えばガリウム・アルミニウム・ヒ素（GaAlAs）等
で形成されている。
PTの模式的な断面構造図とポテンシャル図を示す。第３
図（ａ）は、ゲートにヘテロ接合を有する埋め込みゲー
ト形SIPTの単位素子構造断面図、第３図（ｂ）は、第３
図（ａ）のAA′、BB′に沿うポテンシャル図、第３図
（ｃ）は、第３図（ａ）のCC′に沿うポテンシャル図で
ある。第３図（ａ）で301は、高不純物密度のｎ型半導
体で形成されたソース領域、302及び304は、真性半導体
または低不純物密度のｎ型半導体で形成された高抵抗領
域、305は、高不純物密度のｎ型半導体で形成されたド
レイン領域、303は、真性半導体または低不純物密度の
ｎ型半導体で形成されたチャンネル領域、306は、高不
純物密度のＰ型半導体で形成されたゲート領域、311
は、ドレイン電極、312は、ソース電極である。310G
*は、チャンネル領域中に生じるポテンシャルの鞍部点
である真のゲート点である。n+ソース領域301は、接地
されていて、n+ドレイン領域305は、負荷抵抗RL308を介
してドレインバイアス電圧VDD309にバイアスされてい
る。ゲート領域306は、開放されているが、バイアスを
加える回路もある。第３図に示す構造では、n+ソース領
域301は、高抵抗領域302、304、チャンネル領域303、n+
ドレイン領域305は、ガリウムヒ素（GaAs）等の同一の
半導体材料で形成されているが、P+ゲード領域306は、
まわりの領域よりもバンドギャップの大きな半導体材
料、例えばガリウム・アルミニウム・ヒ素（GaAlAs）等
で形成されている。
第３図（ｂ）において、実線AA′は、第３図（ａ）のA
A′に沿うポテンシャルであり、実線BB′は、第３図
（ａ）のBB′に沿うポテンシャル図である。第３図
（ｂ）、（ｃ）において、 は、それぞれ、n+ソース領域301、P+ゲート領域306、真
のゲート点G*310、n+ドレイン領域305での伝導帯のエネ
ルギーを示している。また、 は、それぞれ、n+ソース領域301、P+ゲート領域306、真
のゲート点G*310、n+ドレイン領域305での価電子帯のエ
ネルギーを示している。ポテンシャル図中の点線は、SI
PTに光が照射された状態でのポテンシャルである。
A′に沿うポテンシャルであり、実線BB′は、第３図
（ａ）のBB′に沿うポテンシャル図である。第３図
（ｂ）、（ｃ）において、 は、それぞれ、n+ソース領域301、P+ゲート領域306、真
のゲート点G*310、n+ドレイン領域305での伝導帯のエネ
ルギーを示している。また、 は、それぞれ、n+ソース領域301、P+ゲート領域306、真
のゲート点G*310、n+ドレイン領域305での価電子帯のエ
ネルギーを示している。ポテンシャル図中の点線は、SI
PTに光が照射された状態でのポテンシャルである。
今、第３図（ａ）に示すゲートにヘテロ接合を有するSI
PTの表面から、侵入深さが高抵抗領域302、303、304の
厚み程度の波長の光が入射したとする。この入射光によ
りSIPTの高抵抗領域で電子−正孔対が発生し、その発生
した電子322は、電界によりn+ドレイン領域に流れ、正
孔323は、正孔にとってポテンシャルが最も低いゲート
ヘテロ接合面に蓄積される。第３図（ｂ）、（ｃ）中の
524は、蓄積した正孔を示している。この蓄積した正孔
によりゲートヘテロ接合面のポテンシャルが低下する。
このことにより、真のゲート点G*のポテンシャルも低下
し、n+ソース領域301からチャンネル領域303を通して電
子が注入される。以上のプロセスで光信号を増幅した電
流が流れる。この場合の増幅率は、入射フォトン数とソ
ース・ドレイン間を流れる電子の変化分の比で次式の様
に表わせる。
PTの表面から、侵入深さが高抵抗領域302、303、304の
厚み程度の波長の光が入射したとする。この入射光によ
りSIPTの高抵抗領域で電子−正孔対が発生し、その発生
した電子322は、電界によりn+ドレイン領域に流れ、正
孔323は、正孔にとってポテンシャルが最も低いゲート
ヘテロ接合面に蓄積される。第３図（ｂ）、（ｃ）中の
524は、蓄積した正孔を示している。この蓄積した正孔
によりゲートヘテロ接合面のポテンシャルが低下する。
このことにより、真のゲート点G*のポテンシャルも低下
し、n+ソース領域301からチャンネル領域303を通して電
子が注入される。以上のプロセスで光信号を増幅した電
流が流れる。この場合の増幅率は、入射フォトン数とソ
ース・ドレイン間を流れる電子の変化分の比で次式の様
に表わせる。
（１）式で、Ｇはオプティカルゲイン、ΔJLは光が入射
したことによりソース・ドレイン間を流れる電流の変化
分、Piは素子表面に照射される光エネルギー、ηは量子
効率、νは入射光の振動数、ｈはプランク定数、ｑは単
位電荷量である。オープンゲート動作でのSIPTでは、光
により発生する光電流が暗電流よりも小さい極限におい
てオプティカルゲインＧは、最大値Gmaxとなる。この時
のGmaxは次式で与えられる。
したことによりソース・ドレイン間を流れる電流の変化
分、Piは素子表面に照射される光エネルギー、ηは量子
効率、νは入射光の振動数、ｈはプランク定数、ｑは単
位電荷量である。オープンゲート動作でのSIPTでは、光
により発生する光電流が暗電流よりも小さい極限におい
てオプティカルゲインＧは、最大値Gmaxとなる。この時
のGmaxは次式で与えられる。
Gmax＝Jnd／Jpd …（２） ここでJndはn+ソースとn+ドレインとの間の電子電流密
度、Jpdはp+ゲートとn+ソースとの間の正孔電流密度で
ある。ソース領域から注入される電子はチャンネル中の
ポテンシャル障壁によって制御されるので、拡散速度が
律速している場合にはJndは次式のように表される。
度、Jpdはp+ゲートとn+ソースとの間の正孔電流密度で
ある。ソース領域から注入される電子はチャンネル中の
ポテンシャル障壁によって制御されるので、拡散速度が
律速している場合にはJndは次式のように表される。
ここで、nsはn+ソース領域の電子密度、WGは実効的なチ
ャンネル幅、 は真のゲート点とn+ソース領域間のビルトイン・ポテン
シャル、ΔＶ′GSは暗状態にて正に帯電したゲートのポ
テンシャルである。またｋはボルツマン定数、Ｔは絶対
温度である。一方、P+ゲート・ヘテロ接合面に蓄積され
た正孔は主として拡散により流出するので、Jpdは次の
ように表される。
ャンネル幅、 は真のゲート点とn+ソース領域間のビルトイン・ポテン
シャル、ΔＶ′GSは暗状態にて正に帯電したゲートのポ
テンシャルである。またｋはボルツマン定数、Ｔは絶対
温度である。一方、P+ゲート・ヘテロ接合面に蓄積され
た正孔は主として拡散により流出するので、Jpdは次の
ように表される。
Jpd＝ｑ(Dp/Lp)｛(pG＋ΔpG)exp〔(-qVbiGS＋ΔＶ′GS)
/nkT〕−pS｝ ……（４） ここで、Dpは正孔の拡散定数、Lpは正孔の拡散距離、pG
はp+ゲート領域の正孔密度、ΔpGは暗状態にてp+ゲート
領域に蓄積される正孔密度の増分、VbiGSはp+ゲート・
ヘテロ接合面とn+ソース領域間のポテンシャル、pSはn+
ソース領域の正孔密度である。従って前述の（２）式は
次のように近似できる。
/nkT〕−pS｝ ……（４） ここで、Dpは正孔の拡散定数、Lpは正孔の拡散距離、pG
はp+ゲート領域の正孔密度、ΔpGは暗状態にてp+ゲート
領域に蓄積される正孔密度の増分、VbiGSはp+ゲート・
ヘテロ接合面とn+ソース領域間のポテンシャル、pSはn+
ソース領域の正孔密度である。従って前述の（２）式は
次のように近似できる。
第３図からも明らかな様に、ゲート・ヘテロ接合面に蓄
積された正孔がn+ソース領域に拡散するときに超えるポ
テンシャルVbiGSに比べて、n+ソース領域の電子がチャ
ンネルに注入される際に超える はかなり小さい。このため、（５）式中の指数項は、非
常に大きな値を示し、Gmaxも大きくなる。従来のベスー
が単一な領域で構成されているBPT等と比較して、SITゲ
ート構造を有するホトトランジスタでは、（２）式の指
数項倍だけオプティカルゲインが大きくなる。さらに、
（５）式においては１次元のモデルであるため表現され
ないが、正孔の蓄積される領域がゲート・ヘテロ接合界
面の狭い領域であるため、少数の正孔で真のゲート点の
ポテンシャルを制御できるからオプティカルゲインを大
きくできる。また、オプティカルゲインＧの入射光エネ
ルギーPi依存性は、次式で表わせる。
積された正孔がn+ソース領域に拡散するときに超えるポ
テンシャルVbiGSに比べて、n+ソース領域の電子がチャ
ンネルに注入される際に超える はかなり小さい。このため、（５）式中の指数項は、非
常に大きな値を示し、Gmaxも大きくなる。従来のベスー
が単一な領域で構成されているBPT等と比較して、SITゲ
ート構造を有するホトトランジスタでは、（２）式の指
数項倍だけオプティカルゲインが大きくなる。さらに、
（５）式においては１次元のモデルであるため表現され
ないが、正孔の蓄積される領域がゲート・ヘテロ接合界
面の狭い領域であるため、少数の正孔で真のゲート点の
ポテンシャルを制御できるからオプティカルゲインを大
きくできる。また、オプティカルゲインＧの入射光エネ
ルギーPi依存性は、次式で表わせる。
Ｇ＝Gmax(Pic/pi)1-nη ……（６） （６）式で、Picは、光により励起される正孔電流が暗
電流と等しくなる入射光エネルギー、ｎは定数で入射光
強度が強い領域でのゲート−ソース間ヘテロ接合ダイオ
ードの飽和効果を反映するものである。ηは、ゲート電
圧の変化に対する真のゲート点G*の変化率を表わす。
（６）式から明らかな様に、SIPTのオプティカルゲイン
Ｇは、入射光強度が弱い程、増加する傾向を示し、従来
のBPTやヘテロ接合ホトトランジスタとまったく異った
特性を示す。
電流と等しくなる入射光エネルギー、ｎは定数で入射光
強度が強い領域でのゲート−ソース間ヘテロ接合ダイオ
ードの飽和効果を反映するものである。ηは、ゲート電
圧の変化に対する真のゲート点G*の変化率を表わす。
（６）式から明らかな様に、SIPTのオプティカルゲイン
Ｇは、入射光強度が弱い程、増加する傾向を示し、従来
のBPTやヘテロ接合ホトトランジスタとまったく異った
特性を示す。
また、SIPTの入力に対する応答速度は、次時の立ち上が
り時定数τｒで近似的に表せる。
り時定数τｒで近似的に表せる。
τｒ＝〔CGS＋（１＋μ）CGD〕RGS …（７） （７）式でCGSはp+ゲート領域とn+ソース領域の間の容
量、CGDはp+ゲート領域とn+ドレイン領域との間の容
量、μは電圧増幅率であり、入力容量としてCGSとミラ
ー効果によって１＋μ倍されたCGDが見えることを示し
ている。一方のRGSは正孔拡散電流密度とp+ゲート領域
のポテンシャルの光照射による変化分で表すことがで
き、次式のようになる。
量、CGDはp+ゲート領域とn+ドレイン領域との間の容
量、μは電圧増幅率であり、入力容量としてCGSとミラ
ー効果によって１＋μ倍されたCGDが見えることを示し
ている。一方のRGSは正孔拡散電流密度とp+ゲート領域
のポテンシャルの光照射による変化分で表すことがで
き、次式のようになる。
RGS＝ΔVG／ΔJpd＝nkT/〔ｑJL（Pi/Pic）〕 …（８） ここで、JLは光によって励起された正孔電流密度であ
る。従って立ち上がりの時定数τｒは、 τｒ＝nkT〔CGS＋（１＋μ）CGD〕／〔ｑJL（Pi/Pi
c）〕 …（９） となる。SITゲート構造では、n+ソース領域とp+ゲート
領域、及びn+ドレイン領域とp+ゲート領域の間に高抵抗
領域を挟んでいて、また、P+ゲートの接合面積を小さく
できるから、従来のBPT等と比較してCGS、CGDを小さく
できるから高速動作が実現できる。
る。従って立ち上がりの時定数τｒは、 τｒ＝nkT〔CGS＋（１＋μ）CGD〕／〔ｑJL（Pi/Pi
c）〕 …（９） となる。SITゲート構造では、n+ソース領域とp+ゲート
領域、及びn+ドレイン領域とp+ゲート領域の間に高抵抗
領域を挟んでいて、また、P+ゲートの接合面積を小さく
できるから、従来のBPT等と比較してCGS、CGDを小さく
できるから高速動作が実現できる。
また、出力応答を見ても、キャリアを不純物密度の少な
い領域を走らせることができるから、キャリアの移動度
が大きくなり、高速動作が実現できる。
い領域を走らせることができるから、キャリアの移動度
が大きくなり、高速動作が実現できる。
さらに、SIT構造は、ゲート・ソース間の抵抗rSが小さ
いために、入力雑音抵抗が小さい。このため、SITで
は、従来のバイポーラトランジスタやFETと比較して雑
音が小さい。つまり、SIT構造をホトトランジスタに応
用した場合、低雑音の光検出器が実現できる。
いために、入力雑音抵抗が小さい。このため、SITで
は、従来のバイポーラトランジスタやFETと比較して雑
音が小さい。つまり、SIT構造をホトトランジスタに応
用した場合、低雑音の光検出器が実現できる。
p+ゲート領域を比較的バンドギャップの大きな半導体材
料で形成するだけでなく、n+ソース領域をも比較的バン
ドギャップの大きい材料で形成することによって、さら
に特性の改善をはかることができる。
料で形成するだけでなく、n+ソース領域をも比較的バン
ドギャップの大きい材料で形成することによって、さら
に特性の改善をはかることができる。
第４図は、n+ソース領域が比較的バンドギャップの大き
な半導体材料で形成されたSIPTの例である。この場合に
は、前述の（５）式における をさらに大きくすることができるので、オプティカルゲ
インが、さらに改善される。第４図（ａ）において、40
1は比較的バンドギャップの大きな半導体材料で形成さ
れたn+ソース領域、402は、n+ソース領域とヘテロ接合
を形成する高抵抗領域、403はチャンネル領域、404は高
抵抗領域、405はn+ドレイン領域、406はp+ゲート領域、
411はドレイン電極、412はソース電極である。第４図
（ｂ）は、第４図（ａ）のAA′及びBB′に沿うポテンシ
ャルであり、第４図（ｃ）は、第４図（ａ）のCC′に沿
うポテンシャルである。動作は、第３図の場合とほぼ同
様である。第４図では、光により励起された正孔が蓄積
する領域は、p+ゲート領域であるが、p+ゲート領域を
も、比較的バンドギャップの大きな半導体材料で形成す
ることによって、ゲート・ヘテロ接合界面の狭い領域に
正孔を蓄積させることができる。
な半導体材料で形成されたSIPTの例である。この場合に
は、前述の（５）式における をさらに大きくすることができるので、オプティカルゲ
インが、さらに改善される。第４図（ａ）において、40
1は比較的バンドギャップの大きな半導体材料で形成さ
れたn+ソース領域、402は、n+ソース領域とヘテロ接合
を形成する高抵抗領域、403はチャンネル領域、404は高
抵抗領域、405はn+ドレイン領域、406はp+ゲート領域、
411はドレイン電極、412はソース電極である。第４図
（ｂ）は、第４図（ａ）のAA′及びBB′に沿うポテンシ
ャルであり、第４図（ｃ）は、第４図（ａ）のCC′に沿
うポテンシャルである。動作は、第３図の場合とほぼ同
様である。第４図では、光により励起された正孔が蓄積
する領域は、p+ゲート領域であるが、p+ゲート領域を
も、比較的バンドギャップの大きな半導体材料で形成す
ることによって、ゲート・ヘテロ接合界面の狭い領域に
正孔を蓄積させることができる。
SITゲート構造では、ゲートチャンネル間の接合の拡散
電位とゲートバイアスによりチャンネル領域は完全に空
乏化するように、ゲート間隔とチャンネルの不純物密度
は選ばれる。
電位とゲートバイアスによりチャンネル領域は完全に空
乏化するように、ゲート間隔とチャンネルの不純物密度
は選ばれる。
一方、従来のベースが主電流が流れる方向と垂直な面内
で均一構造であるBPTのベースの一部に、ヘテロ接合構
造を取り入れることにより、オプティカルゲイン、応答
速度が改善される。すなわち、第３図（ａ）のチャンネ
ル領域303は、ｐ型半導体や、低不純物密度のｐ型半導
体(P-)であってもよい。ゲート間隔も、チャンネルが完
全に空乏化しない条件でもよい。この場合には、電流の
流れやすい部分のうち一部分にはベース内もしくはチャ
ンネル内に中性領域が存在し、ベース内もしくはチャン
ネル内に抵抗成分が形成される。当然のことながら、ベ
ース内もしくはチャンネル内はすべて空乏化されゲート
接合の電位によって静電誘導の効果が及びやすくなされ
た素子の方が、高周波特性は優れている。
で均一構造であるBPTのベースの一部に、ヘテロ接合構
造を取り入れることにより、オプティカルゲイン、応答
速度が改善される。すなわち、第３図（ａ）のチャンネ
ル領域303は、ｐ型半導体や、低不純物密度のｐ型半導
体(P-)であってもよい。ゲート間隔も、チャンネルが完
全に空乏化しない条件でもよい。この場合には、電流の
流れやすい部分のうち一部分にはベース内もしくはチャ
ンネル内に中性領域が存在し、ベース内もしくはチャン
ネル内に抵抗成分が形成される。当然のことながら、ベ
ース内もしくはチャンネル内はすべて空乏化されゲート
接合の電位によって静電誘導の効果が及びやすくなされ
た素子の方が、高周波特性は優れている。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。第１
図は、本発明による埋め込みゲート型ヘテロ接合ゲート
SIPT及び非均一ベースBPTの実施例である。第１図にお
いて、101はn+ドレイン領域、102及び104は低不純物密
度のｉ（またはn-、p-）高抵抗領域、103はｉ（またはp
-、n-、ｐ）チャンネル領域である。105はn+ソース領域
である。106は、まわりの領域よりもバンドギャップの
大きな半導体材料で構成されヘテロ接合を形成するp+ゲ
ート領域である。p+ゲート領域106とまわりの領域の材
料の組み合わせとしては、GaAlAs-GaAs、InGaAa-GaAs、
InGaAsP-GaAs、InGaAs-InP等がある。111は、ドレイン
電極、112はソース電極であり、ソース表面から侵入す
る光（ｈν）に対する開口面積を大きくするために、ソ
ース電極はn+ソース領域の一部分にだけ設けられてい
る。また、ソース電極には、透明電極を用いることも有
効である。
図は、本発明による埋め込みゲート型ヘテロ接合ゲート
SIPT及び非均一ベースBPTの実施例である。第１図にお
いて、101はn+ドレイン領域、102及び104は低不純物密
度のｉ（またはn-、p-）高抵抗領域、103はｉ（またはp
-、n-、ｐ）チャンネル領域である。105はn+ソース領域
である。106は、まわりの領域よりもバンドギャップの
大きな半導体材料で構成されヘテロ接合を形成するp+ゲ
ート領域である。p+ゲート領域106とまわりの領域の材
料の組み合わせとしては、GaAlAs-GaAs、InGaAa-GaAs、
InGaAsP-GaAs、InGaAs-InP等がある。111は、ドレイン
電極、112はソース電極であり、ソース表面から侵入す
る光（ｈν）に対する開口面積を大きくするために、ソ
ース電極はn+ソース領域の一部分にだけ設けられてい
る。また、ソース電極には、透明電極を用いることも有
効である。
第２図は、本発明による埋め込みゲート型ヘテロ接合ゲ
ートSIPT及び非均一ベースBPTの他の実施例で、ソスに
もヘテロ接合を有する場合である。
ートSIPT及び非均一ベースBPTの他の実施例で、ソスに
もヘテロ接合を有する場合である。
第２図において、201はn+ドレイン領域、202及び204
は、低不純物密度のｉ（またはn-、p-）高抵抗領域、20
3はｉ（またはp-、P-、ｐ）チャンネル領域である。205
は、他の領域よりもバンドギャップの大きな半導体材料
で構成され、高抵抗領域204とヘテロ接合を形成するn+
ソース領域である。206は、106と同様まわりの領域より
もバンドギャップの大きな材料で構成されたヘテロ接合
を形成するp+ゲート領域、211はドレイン電極、212はソ
ース電極である。
は、低不純物密度のｉ（またはn-、p-）高抵抗領域、20
3はｉ（またはp-、P-、ｐ）チャンネル領域である。205
は、他の領域よりもバンドギャップの大きな半導体材料
で構成され、高抵抗領域204とヘテロ接合を形成するn+
ソース領域である。206は、106と同様まわりの領域より
もバンドギャップの大きな材料で構成されたヘテロ接合
を形成するp+ゲート領域、211はドレイン電極、212はソ
ース電極である。
第１図乃至第２図に示した実施例はいづれも埋め込みゲ
ート構造であるが、切り込みゲート構造または平面ゲー
ト構造でもよいことはもちろんである。
ート構造であるが、切り込みゲート構造または平面ゲー
ト構造でもよいことはもちろんである。
また、第１図乃至第２図において、n+ドレイン領域10
1、201の代わりに高不純物密度p+領域を形成する素子構
造もよい。この場合には、静電誘導サイリスタ形光検出
器となる。すなわち、p+−ｉ(n-、p-)接合界面には光に
よって発生した電子−正孔対のうちの電子に対する蓄積
領域が形成されるため、p+領域よりの正孔注入を促進
し、光増幅度はトランジスタ構造と比較し、さらに大き
なものとなる。
1、201の代わりに高不純物密度p+領域を形成する素子構
造もよい。この場合には、静電誘導サイリスタ形光検出
器となる。すなわち、p+−ｉ(n-、p-)接合界面には光に
よって発生した電子−正孔対のうちの電子に対する蓄積
領域が形成されるため、p+領域よりの正孔注入を促進
し、光増幅度はトランジスタ構造と比較し、さらに大き
なものとなる。
本発明によるゲートまたはソースにヘテロ接合を有する
SIPTにより、従来の半導体光検出器よりも高光感度、低
雑音、高速な光検出器が実現できる。
SIPTにより、従来の半導体光検出器よりも高光感度、低
雑音、高速な光検出器が実現できる。
また、従来のBPTに本発明によるヘテロ接合を有する非
均一ベース構造を導入することにより光感度、応答速度
等の特性を向上させることができる。
均一ベース構造を導入することにより光感度、応答速度
等の特性を向上させることができる。
本発明による光検出器は、光通信用の光検出器等に応用
できるものであり、工業的価値が高い。
できるものであり、工業的価値が高い。
第１図は、本発明による埋め込みゲート形ヘテロ接合ゲ
ートSIPT及び非均一ベースBPTの実施例、第２図は、本
発明による埋め込みゲート型ヘテロ接合ゲートSIPT及び
非均一ベースBPTの他の実施例、第３図（ａ）は、本発
明による埋め込みゲート型ヘテロ接合ゲートSIPTの単位
素子構造断面図、第３図（ｂ）は、第３図（ａ）のA
A′、BB′に沿うポテンシャル図、第３図（ｃ）は、第
３図（ａ）のCC′に沿うポテンシャル図、第４図（ａ）
は、本発明による埋め込みゲート型ソースヘテロ接合SI
PTの端子素子構造断面図、第４図（ｂ）は、第４図
（ａ）のAA′、BB′に沿うポテンシャル図、第４図
（ｃ）は、第４図（ａ）のCC′に沿うポテンシャル図で
ある。 101、201……n+ドレイン領域、102、104、202、204、…
…高抵抗領域ｉ（またはn-、p-）、103、203……ｉ（ま
たはn-、p-、Ｐ）チャンネル領域、105、205……n+ソー
ス領域、106、206……p+ゲート領域、111、211……ドレ
イン電極、112、212……ソース電極。
ートSIPT及び非均一ベースBPTの実施例、第２図は、本
発明による埋め込みゲート型ヘテロ接合ゲートSIPT及び
非均一ベースBPTの他の実施例、第３図（ａ）は、本発
明による埋め込みゲート型ヘテロ接合ゲートSIPTの単位
素子構造断面図、第３図（ｂ）は、第３図（ａ）のA
A′、BB′に沿うポテンシャル図、第３図（ｃ）は、第
３図（ａ）のCC′に沿うポテンシャル図、第４図（ａ）
は、本発明による埋め込みゲート型ソースヘテロ接合SI
PTの端子素子構造断面図、第４図（ｂ）は、第４図
（ａ）のAA′、BB′に沿うポテンシャル図、第４図
（ｃ）は、第４図（ａ）のCC′に沿うポテンシャル図で
ある。 101、201……n+ドレイン領域、102、104、202、204、…
…高抵抗領域ｉ（またはn-、p-）、103、203……ｉ（ま
たはn-、p-、Ｐ）チャンネル領域、105、205……n+ソー
ス領域、106、206……p+ゲート領域、111、211……ドレ
イン電極、112、212……ソース電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/808 7376−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/80 Ｃ
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板の第１の主表面に設けられた第
１の導電型で低抵抗のドレイン領域と、前記ドレイン領
域に隣接した第１の導電型の高抵抗領域と、前記高抵抗
領域中に周期的に配置され、ヘテロ接合を形成すべく周
囲の半導体材料よりもバンドギャップの大きい半導体材
料で構成された第２の導電型で低抵抗のゲート領域と、
周期的に配置された前記ゲート領域の間隙に設けられ、
前記高抵抗領域に隣接した第１の導電型の高抵抗チャン
ネル領域と、前記半導体基板の第２の主表面に設けられ
前記高抵抗領域に隣接した第１の導電型で低抵抗のソー
ス領域と、前記ドレイン領域の表面露出部分に設けられ
たドレイン電極と、前記ソース領域の表面露出部分の一
部に設けられたソース電極とを具備し、前記ソース電極
の設けられていない領域から侵入する光により、主とし
て前記高抵抗領域中で電子−正孔対が発生し、前記電子
−正孔対のうちの正孔が前記ヘテロ接合界面近傍に蓄積
されることにより、前記高抵抗チャンネル領域のポテン
シャルが、前記ヘテロ接合の静電誘導効果によって制御
され、前記ソース領域と、前記ドレイン領域間に増幅さ
れた電流が流れることを特徴とする半導体光検出器。 - 【請求項２】半導体基板の第１の主表面に設けられた第
１の導電型で低抵抗のドレイン領域と、前記ドレイン領
域に隣接した第１の導電型の高抵抗領域、前記高抵抗領
域中に周期的に配置され、ヘテロ接合を形成すべく周囲
の半導体材料よりもバンドギャップの大きい半導体材料
で構成された第２の導電型で低抵抗のゲート領域と、周
期的に配置された前記ゲート領域の間隙に設けられ、前
記高抵抗領域に隣接した第２の導電型の高抵抗チャンネ
ル領域と、前記半導体基板の第２の主表面に設けられ前
記高抵抗領域に隣接した第１の導電型で低抵抗のソース
領域と、前記ドレイン領域の表面露出部分に設けられた
ドレイン電極と、前記ソース領域の表面露出部分の一部
に設けられたソース電極とを具備し、前記ソース電極の
設けられていない領域から侵入する光により、主として
前記高抵抗領域中で電子−正孔対が発生し、前記電子−
正孔対のうちの正孔が前記ヘテロ接合界面近傍に蓄積さ
れることにより、前記高抵抗チャンネル領域のポテンシ
ャルが、前記ヘテロ接合の静電誘導効果によって制御さ
れ、前記ソース領域と、前記ドレイン領域間に増幅され
た電流が流れることを特徴とする半導体光検出器。 - 【請求項３】前記ソース領域が、ヘテロ接合を形成すべ
く前記高抵抗領域の半導体材料よりもバンドギャップの
大きい半導体材料で構成されたことを特徴とする前記特
許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220748A JPH0685447B2 (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220748A JPH0685447B2 (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6199389A JPS6199389A (ja) | 1986-05-17 |
| JPH0685447B2 true JPH0685447B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=16755915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59220748A Expired - Fee Related JPH0685447B2 (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685447B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6388871A (ja) * | 1986-10-01 | 1988-04-19 | Mitani Denshi Kogyo Kk | 光混成集積回路装置 |
| JPH0513561U (ja) * | 1991-04-22 | 1993-02-23 | 株式会社吉野工業所 | 流動体吐出器 |
| NL2021976B1 (en) | 2018-11-12 | 2020-05-15 | Schreder Sa | Receptacle Socket Assembly for Lighting Equipment |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5186977A (ja) * | 1975-01-29 | 1976-07-30 | Hitachi Ltd | Denkaikokatoranjisutatosonoseizohoho |
-
1984
- 1984-10-19 JP JP59220748A patent/JPH0685447B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6199389A (ja) | 1986-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |