JPH0697702B2 - Tunnel barrier control type photo detector - Google Patents

Tunnel barrier control type photo detector

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JPH0697702B2
JPH0697702B2 JP60223134A JP22313485A JPH0697702B2 JP H0697702 B2 JPH0697702 B2 JP H0697702B2 JP 60223134 A JP60223134 A JP 60223134A JP 22313485 A JP22313485 A JP 22313485A JP H0697702 B2 JPH0697702 B2 JP H0697702B2
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structure region
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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、外部から受光波長および受光感度を制御可能
な受光素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light receiving element whose light receiving wavelength and light receiving sensitivity can be controlled from the outside.

従来の技術 現在、様々な受光素子が使用されており、半導体受光素
子としては、pn型接合素子、光伝導型素子、光電子放出
型素子などが使用されている。このうち、光電子放出型
素子は、高感度であるが、真空容器を必要とする難点が
ありかつ小型化できない。pn接合型素子および光伝導型
素子は、真空容器などを必要とせず非常に小型化されて
いるので、現在広く使用されている。しかし、それらpn
接合型素子および光伝導型素子は、2端子素子であるた
めに、第3コンタクトにより利得あるいは応答速度を独
立に制御することができない。更に、これら全ての素子
の受光波長は、例えば可視光域ではSiを使用し、近赤外
域では化合物半導体を使用するなどのように、半導体材
料により一義的に決定されるため、外部から制御するこ
とはできない。
2. Description of the Related Art At present, various light receiving elements are used, and as a semiconductor light receiving element, a pn junction element, a photoconductive type element, a photoelectron emission type element or the like is used. Among these, the photoelectron emission type device has high sensitivity, but has a drawback that a vacuum container is required and cannot be miniaturized. Since the pn junction type element and the photoconductive type element are extremely miniaturized without requiring a vacuum container or the like, they are widely used at present. But those pn
Since the junction type element and the photoconductive type element are two-terminal elements, the gain or response speed cannot be controlled independently by the third contact. Further, the light receiving wavelengths of all of these elements are uniquely determined by the semiconductor material, such as using Si in the visible light region and using compound semiconductors in the near infrared region, and therefore are controlled from the outside. It is not possible.

発明の解決しようとする問題点 そこで、本発明は、外部から受光波長と受光感度を制御
することが可能な受光素子を提供せんとするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention is to provide a light receiving element capable of controlling the light receiving wavelength and the light receiving sensitivity from the outside.

問題点を解決するための手段 本発明の発明者は、上記目的のため種々研究し、トンネ
ルバリア型2端子素子に注目した。トンネルバリア型2
端子素子において、トンネルバリア高さを何らかの手段
例えば光励起されたキャリアの電荷によって制御できる
ならば、トンネル電流を制御すなわち受光感度を制御す
ることが可能である。そのキャリアの蓄積は、ポテンシ
ャル井戸を設けることにより可能であり、また、この電
荷の蓄積時間を制御できる電極を設けることができるな
らば、その電極によって受光感度を制御することも可能
である。
Means for Solving the Problems The inventor of the present invention has conducted various studies for the above purpose and focused on a tunnel barrier type two-terminal device. Tunnel barrier type 2
In the terminal element, if the tunnel barrier height can be controlled by some means, for example, the charge of photoexcited carriers, it is possible to control the tunnel current, that is, the light receiving sensitivity. The carrier can be accumulated by providing a potential well, and if an electrode capable of controlling the charge accumulation time can be provided, the light receiving sensitivity can be controlled by the electrode.

更に、伝導帯及び価電子帯の両方にポテンシャルバリア
とポテンシャル井戸とを隣接して形成するならば、エネ
ルギーバンド構造に傾斜を与えるように外部電界により
制御することにより、伝導帯の谷と価電子帯の谷との間
のエネルギーギャップを変えて受光長波長限界を変える
ことができる。
Further, if a potential barrier and a potential well are formed adjacent to both the conduction band and the valence band, the conduction band valley and the valence electron can be controlled by controlling the external electric field so as to give a gradient to the energy band structure. The energy long gap limit can be changed by changing the energy gap with the valley of the band.

本発明はかかる知見に基づきなされたものである。すな
わち、本発明によるならば、半導体層内部に設けられ、
層方向と直角な方向に互いに離隔した単原子層程度の厚
さの複数の不純物層からなる多層構造領域と、該多層構
造領域に対してそれら層に平行に電界を印加するための
電極と、前記多層構造領域に対してそれら層の厚さ方向
に電界を印加するための電極とを有し、前記多層構造領
域の不純物層は、エネルギーバンド構造に、ポテンシャ
ルバリアをなすポテンシャルの山とポテンシャル井戸を
なすポテンシャルの谷とが隣接してできる不純物濃度パ
ターンを有しており、且つ、かかるポテンシャルバリア
を電子もしくは正孔がトンネル現象により透過できる程
度に互いに近接していることを特徴とする受光素子が提
供される。
The present invention has been made based on such findings. That is, according to the present invention, provided inside the semiconductor layer,
A multilayer structure region composed of a plurality of impurity layers having a thickness of about a monoatomic layer separated from each other in a direction perpendicular to the layer direction, and an electrode for applying an electric field to the multilayer structure region in parallel to the layers, An electrode for applying an electric field to the multilayer structure region in the thickness direction of the layers, and the impurity layer of the multilayer structure region has an energy band structure, a potential peak forming a potential barrier, and a potential well. Has a pattern of impurity concentration formed adjacent to the valley of potential, and is close to each other to such an extent that electrons or holes can pass through the potential barrier by a tunnel phenomenon. Will be provided.

作用 以上のように、本発明による受光素子の多層構造領域に
は、その複数の不純物層によりポテンシャルバリアとポ
テンシャルバリア井戸とがある。
Action As described above, the multilayer structure region of the light receiving element according to the present invention has the potential barrier and the potential barrier well due to the plurality of impurity layers.

光励起されたキャリアは、そのポテンシャル井戸に蓄積
されて、ポテンシャルバリアをなすポテンシャルの山の
高さを低減するように作用する。従って、ポテンシャル
の山の高さが変化すれば、そのポテンシャルバリアの厚
さも変化し、トンネル効果によりそのポテンシャルバリ
アをキャリアが通過する確率が変化する。
The photo-excited carriers are accumulated in the potential well and act to reduce the height of the potential peak forming the potential barrier. Therefore, if the height of the potential peak changes, the thickness of the potential barrier also changes, and the probability of carriers passing through the potential barrier changes due to the tunnel effect.

かくして、光励起により蓄積されたポテンシャル井戸の
電荷の量により、ポテンシャルバリアの高さすなわち厚
さが減少し、それに応じて、トンネル電流が増大する。
すなわち、受光量に応じた電流を得ることができる。こ
の電流は、多層構造領域に対してそれら層の厚さ方向に
電界を印加する電極間の電流として検出できる。
Thus, the amount of potential well charge accumulated by photoexcitation reduces the height or thickness of the potential barrier and correspondingly increases the tunneling current.
That is, it is possible to obtain a current according to the amount of received light. This current can be detected as a current between electrodes that applies an electric field to the multilayer structure region in the thickness direction of the layers.

他方、そのポテンシャル井戸に蓄積されるキャリアの量
は、光励起の量により増減するが、多層構造領域に対し
てそれら層に平行に電界を印加しかつその電界を調整す
ることにより、そのポテンシャル井戸に蓄積されたキャ
リアを抜き取ることが可能である。換言するならば、ポ
テンシャル井戸に蓄積される電荷の量は、上述したよう
に多層構造領域に対してそれら層と平行な方向に電界を
印加する電極間の電圧を調整することにより、調整する
ことができる。そして、そのポテンシャル井戸に蓄積さ
れる電荷の量は、トンネル電流を制御する。すなわち、
感度を調整する。従って、多層構造領域に対してそれら
層に平行に電界を印加するための電極の電圧を調整する
ことにより、感度を調整することができる。
On the other hand, the amount of carriers accumulated in the potential well increases or decreases depending on the amount of photoexcitation, but by applying and adjusting the electric field to the multilayer structure region in parallel with those layers, the potential well is It is possible to extract the accumulated carriers. In other words, the amount of charge stored in the potential well should be adjusted by adjusting the voltage between the electrodes that apply an electric field in the direction parallel to the layers in the multilayer structure region as described above. You can The amount of charge stored in the potential well controls the tunnel current. That is,
Adjust the sensitivity. Therefore, the sensitivity can be adjusted by adjusting the voltage of the electrodes for applying an electric field parallel to the layers in the multilayer structure region.

以上の説明から明らかなように、本発明による受光素子
は、トンネルバリア高さを光励起キャリアで制御し、そ
して、そのキャリアの蓄積時間を外部印加電圧により制
御することにより、従来の受光素子と異なり感度の調整
が可能である。
As is apparent from the above description, the light receiving element according to the present invention is different from the conventional light receiving element in that the tunnel barrier height is controlled by the photoexcited carrier, and the storage time of the carrier is controlled by the externally applied voltage. The sensitivity can be adjusted.

また、上記した本発明による受光素子の感応長波長限界
は、他の受光素子と同様に、エネルギーギャップにより
決定される。上記したような本発明の受光素子のエネル
ギーバンド構造では、そのポテンシャルバリアの傾斜を
外部電界により制御することにより、伝導帯の谷と価電
子帯の谷との間のエネルギーギャップを変えることがで
きる。
Further, the sensitive long wavelength limit of the above-described light receiving element according to the present invention is determined by the energy gap, like other light receiving elements. In the energy band structure of the light receiving element of the present invention as described above, the energy gap between the valley of the conduction band and the valley of the valence band can be changed by controlling the inclination of the potential barrier by the external electric field. .

従って、本発明による受光素子のエネルギーギャップ
は、従来の素子のように半導体層の材料を変えることな
く、多層構造領域に対してそれら層の厚さ方向に電界を
印加する電極間の電圧を調整することにより、変えるこ
とができ、それにより、最長感応波長を変えることがで
きる。
Therefore, the energy gap of the light receiving element according to the present invention adjusts the voltage between electrodes for applying an electric field to the multilayer structure region in the thickness direction of the layers without changing the material of the semiconductor layers as in the conventional element. By doing so, the longest sensitive wavelength can be changed.

本発明による受光素子では、前記半導体層は、真性の単
体半導体または化合物半導体で構成され、前記多層構造
領域は、p形不純物層とn形不純物層とが交互に配置さ
れて構成される。そして、本発明の実施例では、多層構
造領域は、4層の不純物層から構成され、また、各不純
物層の間隔は、10Å〜1000Åの範囲内にあることが好ま
しい。この10Åの下限値は、単原子層厚さが2Åオーダ
であるので、多層構造とするために不純物層の間隔を確
保するための値であり、1000Åの上限値は、ポテンシャ
ルの山と谷を形成する多層構造の利点が得られる限界で
ある。
In the light-receiving element according to the present invention, the semiconductor layer is formed of an intrinsic single semiconductor or a compound semiconductor, and the multilayer structure region is formed by alternately arranging p-type impurity layers and n-type impurity layers. In the embodiment of the present invention, it is preferable that the multi-layer structure region is composed of four impurity layers, and the distance between the impurity layers is in the range of 10Å to 1000Å. The lower limit of 10Å is a value to secure the interval between the impurity layers in order to make a multilayer structure because the thickness of the monoatomic layer is on the order of 2Å, and the upper limit of 1000Å is the peak and valley of the potential. This is the limit at which the advantages of the multilayer structure to be formed can be obtained.

また、不純物層の不純物面密度は、1010〜1013cm-2の範
囲内にあることが好ましい。この面密度が1015cm-2程度
になると完全に不純物のみの層となるので、不純物の比
率でいうならば、0.001〜1%である。特に、4層構造
の場合、外側の2つの不純物層に含有される不純物の量
が互いに等しく、また、内側の2つの不純物層に含有さ
れる不純物の量が互いに等しく且つ外側の2つの不純物
層に含有される不純物の量のほぼ倍であることが好まし
い。このようにすることにより、電界を印加しないとき
に、ポテンシャルの山と谷以外のポテンシャルを平坦に
することができる。
Further, the impurity area density of the impurity layer is preferably in the range of 10 10 to 10 13 cm -2 . When the surface density is about 10 15 cm -2 , the layer is completely made of only impurities, so the ratio of impurities is 0.001 to 1%. In particular, in the case of the four-layer structure, the amounts of impurities contained in the two outer impurity layers are equal to each other, and the amounts of impurities contained in the two inner impurity layers are equal to each other and the two outer impurity layers are contained. It is preferable that the amount is approximately twice the amount of impurities contained in. By doing so, potentials other than the peaks and valleys of the potential can be flattened when no electric field is applied.

実施例 以下、添付図面を参照して本発明による受光素子の実施
例を説明する。
Embodiments Embodiments of the light receiving element according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明による受光素子の基本形状を示す概略
断面図である。図示の受光素子は、n+のSi単結晶基板10
を有しており、その基板10上には、i型Si半導体層12が
形成されている。その半導体層12は、互いに離隔してn+
領域14とp+領域16が設けられている。n+領域14は、図示
のようにn+Si単結晶基板10まで達して電気的に接続して
いるが、p+領域16は、n+のSi単結晶基板10まで達してい
ない。そのような領域14と16の間の半導体層12の内部に
は、多層不純物層20が形成されており、領域14と16の間
でその多層不純物層20には達しない深さにn+領域22が更
に設けられている。そして、それらn+領域14とp+領域16
とn+領域22には、コンタクト24、26、28が設けられてい
る。かくして、後述するように、多層不純物層20に対し
て、基板10及び領域22は、層の厚さ方向に電界を印加す
る電極と作用し、領域14及び16は、層と平行な方向に電
界を印加する電極と作用する。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a basic shape of a light receiving element according to the present invention. The photodetector shown is an n + Si single crystal substrate 10.
The i-type Si semiconductor layer 12 is formed on the substrate 10. The semiconductor layers 12 are separated from each other by n +
Region 14 and p + region 16 are provided. The n + region 14 reaches the n + Si single crystal substrate 10 and is electrically connected as shown, but the p + region 16 does not reach the n + Si single crystal substrate 10. A multilayer impurity layer 20 is formed inside the semiconductor layer 12 between such regions 14 and 16, and the n + region is formed between the regions 14 and 16 to a depth that does not reach the multilayer impurity layer 20. 22 is further provided. And those n + regions 14 and p + regions 16
Contacts 24, 26, 28 are provided in the n + region 22. Thus, as will be described later, with respect to the multilayer impurity layer 20, the substrate 10 and the region 22 act as electrodes for applying an electric field in the thickness direction of the layer, and the regions 14 and 16 generate an electric field in the direction parallel to the layer. Acts as an electrode for applying a.

この多層不純物層20は、層と直角な方向に互いに離隔し
てそれぞれ単原子層の厚さを有する4つの不純物層を持
つ構造となっている。その層関係を第2a図に示す。
The multilayer impurity layer 20 has a structure having four impurity layers each having a thickness of a monoatomic layer, which are separated from each other in a direction perpendicular to the layers. The layer relationship is shown in Fig. 2a.

第2a図において、左側の縦の線が、半導体層12の表面す
なわちn+領域22の上表面を示しており、横軸がその基板
表面からの距離を示している。そして、縦軸は、不純物
濃度を示す、横軸より上がp形不純物であり、横軸より
下がn形不純物である。
In FIG. 2a, the vertical line on the left side shows the surface of the semiconductor layer 12, that is, the upper surface of the n + region 22, and the horizontal axis shows the distance from the substrate surface. The vertical axis represents the impurity concentration, the p-type impurity is above the horizontal axis, and the n-type impurity is below the horizontal axis.

すなわち、表面から或る深さにわたってn+領域22が存在
し、それら離れた位置に単原子層に相当する厚さのSbが
ドープされているn形不純物層30が設けられ、それから
更に距離L1の深さの部分に、単原子層に相当する厚さの
Gaがドープされているp形不純物層32が設けられ、更に
距離L2の深さの部分に、単原子層に相当する厚さのSbが
ドープされているn形不純物層34が設けられ、そして、
その層34から距離L3の深さの部分に、単原子層に相当す
る厚さのGaがドープされているp形不純物層36が設けら
れている。更にそれから深い位置にn+型基板10が位置し
ている。
That is, an n + region 22 exists over a certain depth from the surface, and an n-type impurity layer 30 doped with Sb having a thickness corresponding to a monoatomic layer is provided at a position apart from the n + region 22. At the depth of 1 , the thickness of monolayer
A p-type impurity layer 32 doped with Ga is provided, and an n-type impurity layer 34 doped with Sb having a thickness corresponding to a monoatomic layer is further provided at a depth of the distance L 2 . And
A p-type impurity layer 36, which is doped with Ga and has a thickness corresponding to a monoatomic layer, is provided at a portion at a distance L 3 from the layer 34. Further, the n + type substrate 10 is located deeper than that.

以上の構成において、L1、L2及びL3は、10Å〜1000Å程
度であり、また、各不純物層の不純物の面濃度は、1010
〜1013cm-2程度である。しかし、不純物層32及び34の不
純物濃度は、不純物層30及び36に比較して十分大きく、
例えば2倍以上とする。
In the above structure, L 1 , L 2 and L 3 are about 10Å to 1000Å, and the surface concentration of impurities in each impurity layer is 10 10
It is about 10 13 cm -2 . However, the impurity concentration of the impurity layers 32 and 34 is sufficiently higher than that of the impurity layers 30 and 36,
For example, double or more.

このような多層不純物構造は、例えばSi基板10上にi型
SiをMBEにより成長させるとき、Siの成長を停止して不
純物材料を上記した密度で付与し、その後、再びSiを成
長させるという工程を不純物層を形成すべき厚さ方向位
置で繰り返すことにより、実現することができる。
Such a multi-layered impurity structure is, for example, an i-type on a Si substrate 10.
When Si is grown by MBE, the step of stopping the growth of Si, applying the impurity material at the above density, and then growing Si again is repeated at the position in the thickness direction at which the impurity layer is to be formed, Can be realized.

以上のような4層不純物層の平衡状態でのエネルギーバ
ンド構造を示すと、第2b図のようになる。第2b図におい
て、線EC及びEVは、それぞれ伝導帯及び価電子帯を示
し、線EFはフェルミ準位を示している。第2b図から分か
るように、4層不純物層により、三角形のポテンシャル
の山すなわちポテンシャルバリア38及び40が形成され、
また、ポテンシャル井戸42及び44が形成されている。そ
して、そのポテンシャル井戸の中には電子が閉じ込めら
れ、そのポテンシャル井戸42及び44に蓄積された電荷に
よりポテンシャルバリア38及び40の高さが変化する。
The energy band structure in the equilibrium state of the above four impurity layers is shown in FIG. 2b. In FIG. 2b, the lines E C and E V show the conduction band and the valence band, respectively, and the line E F shows the Fermi level. As can be seen from FIG. 2b, the four impurity layers form triangular potential peaks, that is, potential barriers 38 and 40,
Also, potential wells 42 and 44 are formed. Then, electrons are confined in the potential well, and the heights of the potential barriers 38 and 40 are changed by the charges accumulated in the potential wells 42 and 44.

第3a図は、第1図のコンタクト24と28に或る電圧を印加
した状態すなわち電極22と電極10との間に或る電圧が印
加された状態のバンド構造である。そのとき、ポテンシ
ャルバリア46及び48をそれぞれ電子および正孔がトンネ
ルしない程度に、第2a図のドーピング間隔、ドーピング
量を予め調節する。点線の矢印は、トンネルしない状態
を示している。
FIG. 3a shows a band structure in which a certain voltage is applied to the contacts 24 and 28 of FIG. 1, that is, a certain voltage is applied between the electrode 22 and the electrode 10. At that time, the doping interval and the doping amount in FIG. 2a are adjusted in advance so that electrons and holes do not tunnel through the potential barriers 46 and 48, respectively. The dotted arrow indicates the state where no tunnel is performed.

第3b図は、第3a図の電圧印加状態において、光照射によ
りキャリアがポテンシャル井戸58、60に蓄積された状態
を示したものである。蓄積したキャリアによりポテンシ
ャルバリア54、56の高さが低減され、上記した或る電圧
で加速された電子・正孔は、実線の矢印で示すようにし
てこのバリアをトンネルにより透過する。そして、透過
した電子および正孔はポテンシャル井戸58、60が極めて
狭いためにこれに落ち込むことなく弾道的に通過し、信
号電流となり電極に流れ込む。
FIG. 3b shows a state in which carriers are accumulated in the potential wells 58 and 60 by light irradiation in the voltage applied state of FIG. 3a. The height of the potential barriers 54, 56 is reduced by the accumulated carriers, and the electrons and holes accelerated by a certain voltage described above are tunneled through the barriers as indicated by solid arrows. Since the potential wells 58 and 60 are extremely narrow, the transmitted electrons and holes pass ballistically without falling into the potential wells 58, and become a signal current and flow into the electrodes.

従って、不純物層に対して直角に作用する電界すなわち
電極10及び22間の電圧により、第3a図に示すバンド構造
の勾配を制御して、光照射時にトンネル電流が流れるよ
うに制御することにより、光照射により励起した電子・
正孔による電流は、コンタクト24及び28間の電流として
検出できる。この電流は、受光量に応じて変化するの
で、コンタクト24及び28間電流の交流成分を抽出するこ
とにより、光電気信号を得ることができる。
Therefore, by controlling the gradient of the band structure shown in FIG. 3a by the electric field that acts at right angles to the impurity layer, that is, the voltage between the electrodes 10 and 22, by controlling the tunnel current to flow during light irradiation, Electrons excited by light irradiation
The current due to the holes can be detected as the current between the contacts 24 and 28. Since this current changes according to the amount of received light, a photoelectric signal can be obtained by extracting the AC component of the current between the contacts 24 and 28.

更に、コンタクト24及び28間すなわち電極10及び22間の
電圧を制御して第3a図に示すバンド構造の勾配を制御す
ると、ポテンシャル井戸50と52の底のエネルギー差も変
化する。このエネルギー差が最低励起エネルギーである
ので、これにより、受光素子が感応する光の波長の下限
を変えることもできる。
Moreover, controlling the voltage across contacts 24 and 28, ie between electrodes 10 and 22, to control the slope of the band structure shown in FIG. 3a also changes the energy difference at the bottom of potential wells 50 and 52. Since this energy difference is the lowest excitation energy, it is possible to change the lower limit of the wavelength of the light to which the light receiving element is sensitive.

蓄積したキャリアは、第2a図のドーピング量を縮退しな
い程度に保つことにより、第1図のコンタクト24と26の
間すなわち電極14及び16に印加された電圧により生成さ
れる電界により、第3b図において紙面に垂直方向に抜き
出され、これに要する時間すなわち第3a図の状態に戻る
までの時間は印加する電圧に依存する。従って、コンタ
クト24及び26の間の電圧を制御することにより、ポテン
シャル井戸に止まる電荷量を調整することができ、従っ
て、ポテンシャルバリア46、48の高さを変えることがで
きる。そのポテンシャルバリアの高さを変えることは、
ポテンシャルバリアの厚さを変えることでもあり、トン
ネル電流の大きさを制御することができる。それ故、コ
ンタクト24及び26の間の電圧を制御することにより、素
子の受光感度を調整することができる。
The accumulated carriers are maintained by the amount of doping shown in FIG. 2a so as not to degenerate, so that the electric field generated by the voltage applied between the contacts 24 and 26 of FIG. At the time of extraction in the direction perpendicular to the paper surface, the time required for this, that is, the time required to return to the state of FIG. Therefore, by controlling the voltage between contacts 24 and 26, the amount of charge that remains in the potential well can be adjusted, and thus the height of potential barriers 46, 48 can be varied. Changing the height of the potential barrier is
By changing the thickness of the potential barrier, the magnitude of the tunnel current can be controlled. Therefore, by controlling the voltage between the contacts 24 and 26, the photosensitivity of the device can be adjusted.

以上からわかるように、電極14及び16間の電圧により感
度を調整し、電極10及び22間の電圧により受光波長の制
御をすると言うように独立して制御することも可能であ
る。
As can be seen from the above, the sensitivity can be adjusted by the voltage between the electrodes 14 and 16, and the light receiving wavelength can be controlled independently by controlling the voltage by the voltage between the electrodes 10 and 22.

一方、これに伴ない単一の光パルスに対する信号電流の
ゲインも同時に制御される。
On the other hand, accompanying this, the gain of the signal current for a single optical pulse is also controlled at the same time.

なお、素子の感光長波長限界は、上記したように第3a図
のポテンシャル井戸50と52の井戸の底のエネルギー差に
よって定まる。そして、そのエネルギー差は、母材を変
えることなく、第2a図のドーピング量とドーピング間隔
により制御することにより変えることができる。この効
果は、従来の受光素子にあってはその構成母材を変えな
ければならなかったことを考えると、大きな効果であ
る。従って、本発明の受光素子では、コンタクト24と28
との間電圧の制御だけでなく、第2a図のドーピング量と
ドーピング間隔を予め調整するにより、感光長波長限界
を制御することが可能である。
Note that the photosensitive long wavelength limit of the device is determined by the energy difference between the bottoms of the potential wells 50 and 52 shown in FIG. 3a, as described above. The energy difference can be changed by controlling the doping amount and the doping interval shown in FIG. 2a without changing the base material. This effect is a great effect considering that the constituent base material of the conventional light receiving element has to be changed. Therefore, in the light receiving element of the present invention, the contacts 24 and 28
It is possible to control the photosensitive long-wavelength limit by not only controlling the voltage between and, but also adjusting the doping amount and the doping interval in FIG. 2a in advance.

特に、ドーピング量とドーピング間隔の調整は、コンタ
クト24と28との間電圧が受光感度により影響するのに対
して、受光感度に影響しないので、受光素子の設計段階
において、必要な受光波長に適合するように、電極10及
び22間に印加するバイアス電圧との相対的関係において
予め調整することが好ましい。
In particular, the adjustment of the doping amount and the doping interval does not affect the photosensitivity while the voltage between the contacts 24 and 28 influences the photosensitivity. Therefore, it is preferable to preliminarily adjust the relative relationship with the bias voltage applied between the electrodes 10 and 22.

なお、上記実施例は、Siを使用した受光素子の例である
が、本発明は、Si以外の単体半導体材料またはGaAsなど
の化合物半導体材料を使用した受光素子にも適用でき
る。
Although the above embodiment is an example of a light receiving element using Si, the present invention can be applied to a light receiving element using a simple semiconductor material other than Si or a compound semiconductor material such as GaAs.

発明の効果 以上説明したように、本発明による受光素子は、任意の
光の波長に合わせて素子を設計でき、かつ、応答速度お
よび信号利得が外部電極によって制御てきるので、光信
号系に整合させた受光素子を実現できる。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, the light receiving element according to the present invention can be designed according to an arbitrary wavelength of light, and the response speed and the signal gain can be controlled by the external electrodes, so that the light receiving element can be matched with the optical signal system. The light receiving element can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明による受光素子の基本構造を示す概略
断面図、 第2a図及び第2b図は、第1図に示す受光素子のドーピン
グ構造およびバンド構造を示す図、 第3a図及び第3b図は、動作時の受光素子のバンド構造を
示す図である。 〔主な参照番号〕 10……n+半導体基板 12……半導体層 14、22……n+領域 16……p+領域 20……多層不純物層
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a basic structure of a light receiving device according to the present invention, FIGS. 2a and 2b are views showing a doping structure and a band structure of the light receiving device shown in FIG. 1, 3a and 3b. FIG. 3b is a diagram showing a band structure of the light receiving element during operation. [Main reference numbers] 10 …… n + semiconductor substrate 12 …… semiconductor layer 14, 22 …… n + region 16 …… p + region 20 …… multilayer impurity layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体層内部に設けられ、層方向と直角な
方向に互いに離隔した単原子層程度の厚さの複数の不純
物層からなる多層構造領域と、該多層構造領域に対して
それら層に平行に電界を印加するための電極と、前記多
層構造領域に対してそれら層の厚さ方向に電界を印加す
るための電極とを有し、前記多層構造領域の不純物層
は、エネルギーバンド構造に、ポテンシャルバリアをな
すポテンシャルの山とポテンシャル井戸をなすポテンシ
ャルの谷とが隣接してできる不純物濃度パターンを有し
ており、且つ、かかるポテンシャルバリアを電子もしく
は正孔がトンネル現象により透過できる程度に互いに近
接していることを特徴とする受光素子。
1. A multi-layer structure region provided inside a semiconductor layer, comprising a plurality of impurity layers separated from each other in a direction perpendicular to the layer direction and having a thickness of about a monoatomic layer, and the layers for the multi-layer structure region. And an electrode for applying an electric field in the thickness direction of the multilayer structure region to the multilayer structure region, and the impurity layer in the multilayer structure region has an energy band structure. Has an impurity concentration pattern in which a potential peak forming a potential barrier and a potential valley forming a potential well are adjacent to each other, and to the extent that electrons or holes can pass through the potential barrier by a tunnel phenomenon. A light receiving element characterized by being close to each other.
【請求項2】前記多層構造領域は、p形不純物層とn形
不純物層とが交互に配置された真性半導体層で構成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載
の受光素子。
2. The multilayer structure region is composed of an intrinsic semiconductor layer in which p-type impurity layers and n-type impurity layers are alternately arranged. Light receiving element.
【請求項3】前記多層構造領域は、4層の不純物層から
構成されており、各不純物層の間隔は、10〜1000Åの範
囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第(2)項
記載の受光素子。
3. The multilayer structure region is composed of four impurity layers, and the distance between the impurity layers is in the range of 10 to 1000Å. The light-receiving element described in the item.
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