JPH0738142A - Infrared photodetector and photoreceiver - Google Patents

Infrared photodetector and photoreceiver

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Publication number
JPH0738142A
JPH0738142A JP5182767A JP18276793A JPH0738142A JP H0738142 A JPH0738142 A JP H0738142A JP 5182767 A JP5182767 A JP 5182767A JP 18276793 A JP18276793 A JP 18276793A JP H0738142 A JPH0738142 A JP H0738142A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
light receiving
semiconductor substrate
receiving element
schottky junction
Prior art date
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Pending
Application number
JP5182767A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Mizushima
宜彦 水島
Kazutoshi Nakajima
和利 中嶋
Toru Hirohata
徹 廣畑
Takashi Iida
孝 飯田
Sadahisa Warashina
禎久 藁科
Kenichi Sugimoto
賢一 杉本
Tomoko Suzuki
智子 鈴木
Hirobumi Suga
博文 菅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Priority to JP5182767A priority Critical patent/JPH0738142A/en
Publication of JPH0738142A publication Critical patent/JPH0738142A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent positive holes from being accumulated in a semiconductor substrate so as to enhance an infrared detector in output power by a method wherein light ray of wavelengths longer than those correspondent to the energy band gap of the semiconductor substrate are applied to the substrate to produce a photocurrent. CONSTITUTION:A P-type high concentration region 11 is formed on a part of a semiconductor substrate 1. A P-type ohmic contact metal alloy material is evaporated on the P-type region 11 for the formation of an electrode 21 which comes into ohmic contact with the P-type region 11. A metal thin film used for a Schottky junction electrode is evaporated on the same plate confronting the electrode 21 to form a Schottky junction electrode 2. Light ray 5 of wavelengths longer than those correspondent to the energy band gap of the semiconductor substrate 1 are made to incident on a gap between the ohmic contact electrode 21 and the Schottky junction electrode 2 to generate a photovoltaic current. A photovoltaic current accelerates carriers generated through an interband level with a high electrical field to efficiently collect holes into a P-type region. By this setup, an avalanche phenomenon being multiplied, an infrared detector of this constitution can be enhanced in output and response speed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は赤外受光素子および装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared light receiving element and device.

【0002】[0002]

【従来の技術】波長1μm前後からそれ以上の近赤外光
を受光する半導体受光素子としては、Si(〜1.1μ
m)、InGaAs/InP(〜1.7μm)、Ge
(〜1.9μm)等を基板としたフォトダイオードが用
いられている。これらのうち、需要の多い長波長帯
(1.3、1.55μm)光通信用には、InGaAs
/InPやGeのフォトダイオードが広く使われてい
る。
2. Description of the Related Art As a semiconductor light receiving element for receiving near infrared light having a wavelength of about 1 μm or more, Si (up to 1.1 μm) is used.
m), InGaAs / InP (up to 1.7 μm), Ge
A photodiode having a substrate of (˜1.9 μm) or the like is used. Of these, InGaAs is used for long-wavelength (1.3, 1.55 μm) optical communication, which is in high demand.
/ InP and Ge photodiodes are widely used.

【0003】一方、最近になって、図5に示すように、
GaAs基板を用いて作られる受光素子によっても、バ
ンド間遷移に基づく光キャリア励起とは異なる励起機構
を利用することにより、これら長波長帯の光でも検出で
き、さらに素子構造によっては、これらのフォトダイオ
ードを上回る光感度を有することが分かっている。
(「特願平3−194532」、「Appl.Phy
s.Lett.,61,2575(1992」)
On the other hand, recently, as shown in FIG.
Even a light-receiving element made using a GaAs substrate can detect light in these long wavelength bands by utilizing an excitation mechanism different from optical carrier excitation based on band-to-band transitions. It has been found to have greater photosensitivity than diodes.
("Japanese Patent Application No. 3-194532", "Appl. Phy
s. Lett. , 61, 2575 (1992 ")

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち、1.
3μmや1.55μmの光を受光するために用いられる
InGaAs/InPやGeのフォトダイオードは、半
導体基板材料のコストが非常に高いために、素子1個当
りの値段も非常に高い。加えて、Geのフォトダイオー
ドは暗電流が大きく、しばしば冷却の必要があった。
Among the conventional techniques, 1.
InGaAs / InP and Ge photodiodes used for receiving light of 3 μm and 1.55 μm are very expensive because of high cost of semiconductor substrate material. In addition, the Ge photodiode has a large dark current and often needs to be cooled.

【0005】これに対し、半絶縁性GaAsを用いて作
られる受光素子は、暗電流を低く抑えつつも素子内部に
電流増倍作用があるために、S/N比を大きく取れる特
徴がある。しかもInGaAs/InPやGeのフォト
ダイオードに比べて、一般に製造コストは低い。しか
し、従来技術にみられる構造の受光素子では、表面電極
を両方ともショットキ接合としており、図6のエネルギ
ーバンド図に示すように、光で励起された少数キャリア
の正孔が、この部分に蓄積することによる、応答速度の
劣化が問題となっていた。
On the other hand, the light-receiving element made of semi-insulating GaAs has a characteristic that a large S / N ratio can be obtained because of the current multiplication function inside the element while suppressing the dark current to a low level. Moreover, the manufacturing cost is generally lower than that of the InGaAs / InP or Ge photodiode. However, in the light receiving element having the structure found in the conventional technique, both surface electrodes are Schottky junctions, and as shown in the energy band diagram of FIG. 6, holes of minority carriers excited by light are accumulated in this portion. As a result, the deterioration of the response speed has been a problem.

【0006】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、高性能な赤外受光素子と、これを応用した
赤外受光装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a high-performance infrared light receiving element and an infrared light receiving device to which the infrared light receiving element is applied.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
め、本発明は、半絶縁性III-V 半導体基板平面上に、光
入射のための間隙をおいて一対の電極が設けられた構造
において、一方の電極をp型電極とし、他方をショット
キ接合電極とした電極構造を有する半導体受光素子が、
p型電極側に負極性の電圧を印加した状態において、半
導体基板のエネルギーバンドギャップに相当する波長よ
りも長波長の照射光によって、光起電流を得ることとし
た。
In order to solve the above problems, the present invention has a structure in which a pair of electrodes are provided on a plane of a semi-insulating III-V semiconductor substrate with a gap for light incidence. In, a semiconductor light receiving element having an electrode structure in which one electrode is a p-type electrode and the other is a Schottky junction electrode,
In the state where a negative voltage was applied to the p-type electrode side, it was decided to obtain a photovoltaic current by irradiation light having a wavelength longer than the wavelength corresponding to the energy band gap of the semiconductor substrate.

【0008】[0008]

【作用】かかる構成によれば、長波長の照射光によって
半絶縁性III-V 半導体基板内に存在するバンド間準位や
ショットキー接合部界面で生じたキャリアを高電界で加
速し、通常の飽和速度よりも1桁以上高い速度にするこ
とによって、雪崩増倍を起こし高出力電流を得るととも
に、この高電界によってp側の電極に向かってドリフト
走行した正孔は効率的にp型領域に収集される。
With this structure, the long-wavelength irradiation light accelerates the interband levels existing in the semi-insulating III-V semiconductor substrate and the carriers generated at the Schottky junction interface in a high electric field, and By making the speed higher than the saturation speed by an order of magnitude or more, avalanche multiplication occurs and a high output current is obtained, and holes that drifted toward the p-side electrode due to this high electric field are efficiently transferred to the p-type region. To be collected.

【0009】また、半絶縁性III-V 半導体基板平面上
に、光入射のための間隙をおいて一対の電極が設けられ
た構造において、一方の電極をp型電極とし、他方をn
型電極とした電極構造を有する半導体受光素子が、p型
電極側に負極性の電圧を印加した状態において半導体基
板のエネルギーバンドギャップに相当する波長よりも長
波長の照射光によって、光起電流を得ることとすること
によって、バンド間準位で生じたキャリアを高電界で加
速し、通常の飽和速度よりも1桁以上高い速度にするこ
とによって、雪崩増倍を起こし高出力電流を得るととも
に、n型領域での表面準位の影響を低減させることがで
きる。
Further, in a structure in which a pair of electrodes are provided on a plane of a semi-insulating III-V semiconductor substrate with a gap for light incidence, one electrode is a p-type electrode and the other is an n-type electrode.
A semiconductor light receiving element having an electrode structure as a type electrode generates a photovoltaic current by irradiation light having a wavelength longer than a wavelength corresponding to the energy band gap of the semiconductor substrate in a state where a negative voltage is applied to the p-type electrode side. By accelerating the carriers generated in the inter-band level by a high electric field and increasing the speed to an order of magnitude higher than the normal saturation speed, avalanche multiplication occurs and a high output current is obtained. The influence of the surface level in the n-type region can be reduced.

【0010】さらに、受光部電極が設けられた側とは反
対側の基板表面に別の電極を設け、別のバイアス電圧を
追加できるようにすることにより、バンド間準位やショ
ットキ接合部界面で生じたキャリアに起因する表面横方
向の光電流に加えて、基板縦方向の光電流も加えられ
る。
Further, another electrode is provided on the surface of the substrate opposite to the side where the light-receiving portion electrode is provided so that another bias voltage can be added, so that a band-to-band level or a Schottky junction interface is formed. In addition to the photocurrent in the lateral direction of the surface due to the generated carriers, the photocurrent in the longitudinal direction of the substrate is also applied.

【0011】また、受光部分の両電極の形状が、お互い
に櫛形をなしていることにより、光の入射効率を高める
ことができる。
Further, since the electrodes of the light receiving portion are formed in a comb shape with each other, the light incident efficiency can be improved.

【0012】さらに、長波長光を受光すべき窓材料を赤
外受光素子に付加することによって、選択的な波長の光
を検出することができる。
Further, by adding a window material for receiving long wavelength light to the infrared light receiving element, it is possible to detect light having a selective wavelength.

【0013】[0013]

【実施例】本発明による半導体受光素子の基本構造を図
1に示す。半絶縁性半導体基板1上の一部に、不純物の
選択熱拡散法等によって、高濃度のp型領域11を形成
する。この部分にp型オーム性接触用の金属合金材料を
蒸着することにより、p型領域11とのオーム性接触電
極21を作成する。同一平面上にこれに対向して、ショ
ットキ接合電極用の金属薄膜を蒸着してもう一方のショ
ットキ接合電極2とする。なお、両電極間の距離は、数
〜数10μmとする。
FIG. 1 shows the basic structure of a semiconductor light receiving element according to the present invention. A high-concentration p-type region 11 is formed on a part of the semi-insulating semiconductor substrate 1 by the impurity selective thermal diffusion method or the like. A metal alloy material for p-type ohmic contact is vapor-deposited on this portion to form an ohmic contact electrode 21 with the p-type region 11. A metal thin film for a Schottky junction electrode is vapor-deposited on the same plane so as to face it, and is used as the other Schottky junction electrode 2. The distance between both electrodes is several to several tens of μm.

【0014】これらの電極21,2間に、p型が負極性
になるように、バイアス電圧電源3を接続し、これによ
って電界強度が数kV/cm以上となるようなバイアス
を印加する。この状態において、両電極2,21間のギ
ャップ部分に、半導体基板のエネルギーバンドギャップ
に相当する波長より長い波長の光(以下、単に長波長光
5と記す)を入射させることによって、光電流が生じ、
入射光を検出することができる。GaAsの場合の長波
長における検出波長範囲は、およそ1〜1.6μmであ
る。出力される光電流は、外部に接続された電流計4で
観測される。光パルスの観測には、電流計の代わりに、
オシロスコープ等を接続すればよい。
A bias voltage power supply 3 is connected between the electrodes 21 and 2 so that the p-type has a negative polarity, and a bias is applied so that the electric field strength becomes several kV / cm or more. In this state, light having a wavelength longer than the wavelength corresponding to the energy band gap of the semiconductor substrate (hereinafter, simply referred to as long-wavelength light 5) is incident on the gap portion between the electrodes 2 and 21, whereby the photocurrent is changed. Occurs,
Incident light can be detected. In the case of GaAs, the detection wavelength range at long wavelengths is approximately 1 to 1.6 μm. The output photocurrent is observed by the ammeter 4 connected to the outside. Instead of an ammeter to observe the light pulse,
Connect an oscilloscope or the like.

【0015】次に動作機構について説明する。長波長光
の入射では、半導体基板のエネルギーバンドギャップに
基づく、価電子帯電子のバンド間遷移は起こらないが、
半絶縁性半導体基板1内に存在するバンド間準位からの
キャリアの励起や、ショットキ接合に代表されるような
金属−半導体界面に生じる、伝導帯のエネルギー差に基
づくキャリアの励起が生じる。これらによって生じた光
キャリアのうち、電子はショットキ接合電極2側へ、正
孔はp型オーム性接触電極21側に向かって、バイアス
電圧による電界によってドリフト走行する。ただし、こ
こで発生する光キャリアの総数は、本来少ない。しか
し、外部バイアス電圧電源3によって、数kV/cmの
電界が与えられた半絶縁性半導体基板1内においては、
これが半絶縁性GaAsである場合は、伝導帯電子のド
リフト運動に対する、格子フォノン等による散乱は極め
て少なくなることが実験的に確かめられている。「Ja
pan J.Appl.Phys.,30,3327,
(1991)」このため、走行する電子は、短時間内に
通常の飽和速度(GaAsの場合、1×107 cm/
s)よりも1桁以上高い速度にまで加速され、大きな運
動エネルギーを獲得する。これによって、数kV/cm
という比較的低い電界強度においても、なだれ増倍を起
こしキャリア数が増大する。この効果と、metal−
semiconductor−metal photo
detector(MSM−PD)に代表されるよう
な、横型の受光素子が持ち合わせている光導電増倍効果
「Japan J.Appl.Phys,19,459
(1980)」、「IEEE J.Quamtum E
lectron,22,1073(1986)]と足し
あわされるために、長波長光5の入射によって、InG
aAs/InPやGeのフォトダイオードに匹敵する出
力電流を得ることができる。しかも、特にGaAsで
は、暗電流は低く抑えられるので、高S/N比が得られ
る。
Next, the operating mechanism will be described. When long-wavelength light is incident, the interband transition of valence band electrons due to the energy band gap of the semiconductor substrate does not occur,
Excitation of carriers from the interband level existing in the semi-insulating semiconductor substrate 1 and excitation of carriers based on the energy difference of the conduction band that occurs at the metal-semiconductor interface represented by Schottky junction occur. Among the photocarriers generated by these, the electrons drift toward the Schottky junction electrode 2 side and the holes drift toward the p-type ohmic contact electrode 21 side by the electric field due to the bias voltage. However, the total number of optical carriers generated here is originally small. However, in the semi-insulating semiconductor substrate 1 to which an electric field of several kV / cm is applied by the external bias voltage power source 3,
It has been experimentally confirmed that when this is semi-insulating GaAs, scattering due to lattice phonons or the like with respect to drift motion of conduction band electrons is extremely small. "Ja
pan J. Appl. Phys. , 30, 3327,
(1991) ”Therefore, the traveling electrons have a normal saturation velocity (1 × 10 7 cm / cm in the case of GaAs) within a short time.
It gains a large amount of kinetic energy by being accelerated to a speed higher than that of s) by an order of magnitude or more. With this, several kV / cm
Even with such a relatively low electric field strength, avalanche multiplication occurs and the number of carriers increases. This effect and the metal-
semiconductor-metal photo
A photoconductive multiplication effect of a horizontal type light receiving element represented by a detector (MSM-PD) “Japan J. Appl. Phys, 19, 459”.
(1980) "," IEEE J. Quatum E
electron, 22, 1073 (1986)].
It is possible to obtain an output current comparable to that of a photodiode of aAs / InP or Ge. Moreover, especially in GaAs, since the dark current can be suppressed to a low level, a high S / N ratio can be obtained.

【0016】さらに、本例の素子構造では、正極性バイ
アス側のショットキ接合電極2がショットキ接合である
ため、従来技術「IEEE IEDM−91,421
(1991)」のような横型pinの場合に比べて、長
波長光5の入射によるショットキ電極2からの正孔注入
が効率的に行われる。このため、より大きな光感度を得
ることができる。
Further, in the device structure of this example, since the Schottky junction electrode 2 on the positive bias side is a Schottky junction, the prior art "IEEE IEDM-91,421" is used.
(1991) ”, the holes are efficiently injected from the Schottky electrode 2 by the incidence of the long-wavelength light 5 as compared with the case of the horizontal pin. Therefore, greater photosensitivity can be obtained.

【0017】一方、正孔はp型領域11とのオーム性接
触電極21に向かってドリフト走行し、p型領域11内
に収集される。従来技術では、この部分もショットキ接
合をなしていたが、通常形成されるショットキ接合部分
には、図6に示されるように、金属−半導体界面に薄い
半導体自然酸化膜100が存在している。この酸化膜の
バンドギャップは半導体のそれよりも広く、有効質量の
大きな正孔102は、この薄いギャップを通過すること
ができない。よって、ここに正孔が蓄積されることによ
り、応答速度の劣化を引き起こしていた。しかし、本発
明では、正孔102は効率的に、その中では多数キャリ
アであるp型領域11に収集されるため、半絶縁性半導
体基板1内に蓄積されることはない。従って、応答速度
は、このような横型素子本来の、キャリアの電極間走行
時間と、電極間容量と直列負荷抵抗との積であるCR定
数とで決まる値となり、極めて高速の応答が可能にな
る。
On the other hand, the holes drift toward the ohmic contact electrode 21 with the p-type region 11 and are collected in the p-type region 11. In the conventional technique, this portion also forms a Schottky junction, but in the Schottky junction portion that is normally formed, a thin semiconductor natural oxide film 100 exists at the metal-semiconductor interface, as shown in FIG. The band gap of this oxide film is wider than that of the semiconductor, and holes 102 having a large effective mass cannot pass through this thin gap. Therefore, the accumulation of holes here causes deterioration of the response speed. However, in the present invention, the holes 102 are efficiently collected in the p-type region 11 which is a majority carrier therein, and therefore are not accumulated in the semi-insulating semiconductor substrate 1. Therefore, the response speed is a value determined by the transit time between the carriers of the carrier and the CR constant, which is the product of the inter-electrode capacitance and the series load resistance, which is inherent in such a lateral element, and an extremely high-speed response is possible. .

【0018】ここで、電子101を収集するショットキ
接合電極2は、これに代えてn型領域12を形成したオ
ーム性接触電極22としてもよい。この構造の実施例を
図2に示す。n型領域12は、半絶縁性半導体基板1上
への、不純物の選択イオン注入などの方法によって形成
される。この部分にn型オーム性接触電極用の金属合金
材料を蒸着することにより、オーム性接触電極22を形
成する。この場合には、前述のような正バイアスショッ
トキ電極2からの効率的な正孔の注入は起こらないの
で、長波長光5に対する光感度は低くなるが、ショット
キ電極2に比べて表面準位の影響を受けにくく、製作上
の再現性等においてより安定であるという特徴がある。
Here, the Schottky junction electrode 2 for collecting the electrons 101 may be replaced by an ohmic contact electrode 22 having an n-type region 12 formed therein. An example of this structure is shown in FIG. The n-type region 12 is formed on the semi-insulating semiconductor substrate 1 by a method such as selective ion implantation of impurities. The ohmic contact electrode 22 is formed by depositing a metal alloy material for the n-type ohmic contact electrode on this portion. In this case, since the efficient injection of holes from the positive bias Schottky electrode 2 as described above does not occur, the photosensitivity to the long-wavelength light 5 is lowered, but the surface level of the surface level is lower than that of the Schottky electrode 2. It is characterized by being less affected and more stable in terms of manufacturing reproducibility.

【0019】これら半絶縁性半導体基板1の同一表面上
に形成された電極2,21に加えて、これとは反対側の
半導体表面にも電極20を設け、ここに別のバイアス電
圧電源30を接続してバイアスを印加し、縦方向の電界
を付け加えることにより、光感度をさらに増加させるこ
とができる。この構造の実施例を図3に示す。この電極
20には、長波長光5を入射する側の表面電流を増加さ
せるように、バイアス電圧30の極性を選んで印加す
る。具体的には、p型領域11側の電極21に負電圧が
印加され、もう一方の電極2が接地電位にあるときに
は、正の電圧を、またp型領域11の電極21が接地さ
れ、もう一方の電極2に正電圧が印加されているときに
は、負の電圧を印加する。これにより、これまでの表面
横方向の光電流に加えて、半絶縁性半導体基板1縦方向
の光電流も付け加わるので、光感度を通常のInGaA
s/InPやGeのフォトダイオードよりも高くするこ
とが可能である。一方、この電極20は、光入射側の表
面電極2,21とは、数10〜数100μmの厚さの、
高抵抗(ρ>107 Ωcm)の半絶縁性半導体基板1を
隔てて形成されるので、これによって暗電流が著しく増
加することはない。従って、この電極20の構造はショ
ットキ接合でもオーム性接触でも構わない。
In addition to the electrodes 2 and 21 formed on the same surface of the semi-insulating semiconductor substrate 1, an electrode 20 is provided on the semiconductor surface opposite to the electrodes 2 and 21, and another bias voltage power supply 30 is provided therein. Photosensitivity can be further increased by connecting and applying a bias and adding a vertical electric field. An example of this structure is shown in FIG. The polarity of the bias voltage 30 is selected and applied to the electrode 20 so as to increase the surface current on the side on which the long-wavelength light 5 is incident. Specifically, when a negative voltage is applied to the electrode 21 on the p-type region 11 side and the other electrode 2 is at the ground potential, a positive voltage is applied and the electrode 21 in the p-type region 11 is grounded. When a positive voltage is applied to one of the electrodes 2, a negative voltage is applied. As a result, the photocurrent in the vertical direction of the semi-insulating semiconductor substrate 1 is added in addition to the photocurrent in the lateral direction of the surface so far.
It can be higher than the photodiode of s / InP or Ge. On the other hand, this electrode 20 has a thickness of several tens to several hundreds of μm with the surface electrodes 2 and 21 on the light incident side.
Since the semi-insulating semiconductor substrate 1 having a high resistance (ρ> 10 7 Ωcm) is formed between them, the dark current does not increase remarkably. Therefore, the structure of the electrode 20 may be Schottky junction or ohmic contact.

【0020】入射光の強度分布が平面的に広がってお
り、受光部分の電極2、21の間隔(数〜数10μm)
に集光することが困難な場合には、長波長光5の入射効
率を高めるために、受光部分の電極2,21の形状を櫛
形にすることが望ましい。この実施例を図4に示す。こ
の場合、電極2,21の金属部分に直接入射する光はこ
の部分で反射され、光電流に寄与しないため、その分の
光量の損失があるが、直列抵抗を大きく増加しない範囲
内で電極の幅を狭くして、受光部の開口数を大きくする
ことにより、光量損失量を最小限に抑えることができ
る。また、前述のようにこの受光素子には電流増倍機能
があるので、この損失分を補うことは充分可能である。
以上の通り、本発明によれば、半絶縁性半導体基板1を
用いて作られる受光素子において、正孔の蓄積効果を除
去することによって、高速応答特性に優れた長波長帯用
受光素子を実現することができる。これは、InGaA
s/InPやGeからなるフォトダイオードとは異な
り、特にGaAsの場合、低コストで、しかも高S/N
比である。よって、1〜1.6μmの波長の光を受光す
る半導体受光素子を、半絶縁性GaAsを用いて、煩雑
なエピタキシャル成長を行わずに、不純物の熱拡散やイ
オン注入等のウエハープロセスのみによって作成するこ
とができる。また、本受光素子301では、p型領域1
1の形成により、従来技術によるものとは異なり、高速
応答が可能である。
The intensity distribution of the incident light spreads in a plane, and the distance between the electrodes 2 and 21 in the light receiving portion (several to several tens of μm).
If it is difficult to focus the light on the surface, it is desirable that the electrodes 2 and 21 in the light receiving portion have a comb shape in order to increase the incidence efficiency of the long wavelength light 5. This embodiment is shown in FIG. In this case, since the light directly incident on the metal part of the electrodes 2 and 21 is reflected at this part and does not contribute to the photocurrent, there is a loss in the amount of light by that amount, but within a range where the series resistance does not increase significantly, By narrowing the width and increasing the numerical aperture of the light receiving portion, the amount of light loss can be minimized. Further, as described above, since this light receiving element has a current multiplication function, it is possible to sufficiently compensate for this loss.
As described above, according to the present invention, in the light receiving element made by using the semi-insulating semiconductor substrate 1, by removing the hole accumulation effect, a long wavelength band light receiving element excellent in high-speed response characteristics is realized. can do. This is InGaA
Unlike s / InP and Ge photodiodes, GaAs is low cost and high S / N, especially in the case of GaAs.
Is a ratio. Therefore, a semiconductor light receiving element that receives light with a wavelength of 1 to 1.6 μm is formed only by a wafer process such as thermal diffusion of impurities and ion implantation without performing complicated epitaxial growth using semi-insulating GaAs. be able to. In the light receiving element 301, the p-type region 1
Due to the formation of 1, a high speed response is possible, unlike the prior art.

【0021】この赤外受光のための装置としては、図7
に示すように、赤外光を選択的に通過させる窓303を
組み合わせることもできるし、また、目的とする赤外光
発光器304と組み合わせた装置として、使用すること
もできる。もちろんこのような選択性を使用しないとき
は、従来よりも広い波長帯域を高速で受光する装置であ
る。
An apparatus for receiving the infrared rays is shown in FIG.
As shown in, a window 303 for selectively passing infrared light can be combined, or the window can be used as a device combined with an intended infrared light emitter 304. Of course, when such selectivity is not used, the device receives light in a wavelength band wider than the conventional one at high speed.

【0022】[0022]

【発明の効果】長波長の照射光によってp側の電極に向
かってドリフト走行した正孔は効率的にp型領域に収集
されるため、半絶縁性半導体基板内にこれらの正孔が蓄
積されることがなく、極めて高速の応答が可能となる。
The holes drifting toward the p-side electrode due to the irradiation light of long wavelength are efficiently collected in the p-type region, so that these holes are accumulated in the semi-insulating semiconductor substrate. And an extremely high-speed response is possible.

【0023】また、一方の電極をp型電極とし、他方を
n型電極とすることによって、上記と同様の作用効果を
生じるばかりでなくn型領域での表面準位の影響を低減
させることができ、製作上の再現性をより安定化させる
ことができる。
By using one of the electrodes as a p-type electrode and the other as an n-type electrode, not only the same function and effect as above but also the effect of the surface level in the n-type region can be reduced. It is possible to further stabilize the reproducibility in production.

【0024】さらに、受光部電極が設けられた側とは反
対側の基板表面に別の電極を設け、別のバイアス電圧を
追加することにより、表面横方向の光電流に加えて、基
板縦方向の光電流も加えられ、InGaAs/InPや
Geのフォトダイオードよりも光感度を高くすることが
可能である。また、受光部分の両電極の形状が、お互い
に櫛形をなしていることにより、光の入射効率を高める
ことができる。
Further, another electrode is provided on the surface of the substrate on the side opposite to the side where the light receiving electrode is provided, and another bias voltage is added, so that in addition to the photocurrent in the lateral direction of the surface, the longitudinal direction of the substrate is increased. Photocurrent is also added, and the photosensitivity can be made higher than that of the InGaAs / InP or Ge photodiode. Further, since the electrodes of the light receiving portion are formed in a comb shape with each other, the light incident efficiency can be improved.

【0025】さらに、長波長光を受光すべき窓材料を赤
外受光素子に付加することによって、選択的な波長の光
を検出することができる。
Further, by adding a window material for receiving long-wavelength light to the infrared light receiving element, it is possible to detect light having a selective wavelength.

【0026】以上の通り、特にGaAs基板を用いるこ
とにより、1〜1.6μmの範囲での長波長帯に感度を
持つ受光素子を、InGaAs/InPやGe等からな
る従来の受光素子に比べて、低いコストで作成すること
ができる。しかも煩雑なエピタキシャル成長を必要とし
ないので製造コストを低く抑えられる。また、高速応答
が可能であるため、1.3μm、1.55μm帯を用い
た安価な光通信用の受光素子として期待される。
As described above, in particular, by using the GaAs substrate, the light receiving element having sensitivity in the long wavelength band in the range of 1 to 1.6 μm is compared with the conventional light receiving element made of InGaAs / InP or Ge. , Can be created at low cost. Moreover, since complicated epitaxial growth is not required, the manufacturing cost can be kept low. Further, since it can respond at high speed, it is expected as an inexpensive light receiving element for optical communication using the 1.3 μm and 1.55 μm bands.

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

【図1】本発明による半導体受光素子の基本構造を示す
縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a basic structure of a semiconductor light receiving element according to the present invention.

【図2】本発明による半導体受光素子の変形例を示す縦
断面図である。
FIG. 2 is a vertical sectional view showing a modified example of the semiconductor light receiving element according to the present invention.

【図3】本発明による半導体受光素子の変形例を示す縦
断面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional view showing a modified example of the semiconductor light receiving element according to the present invention.

【図4】本発明による半導体受光素子の変形例を示す縦
断面図および平面図である。
FIG. 4 is a vertical sectional view and a plan view showing a modified example of the semiconductor light receiving element according to the present invention.

【図5】従来技術における半導体受光素子の実施例を示
した図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a semiconductor light receiving element in a conventional technique.

【図6】図5に示した半導体受光素子のエネルギーバン
ド図を示したものである。
6 is an energy band diagram of the semiconductor light receiving element shown in FIG.

【図7】受光素子の実用例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a practical example of a light receiving element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半絶縁性半導体基板、2,20,21,22…電
極、3,30…電圧電源、4…電流計、5…長波長光、
11…p型領域、12…n型領域、100…半導体自然
酸化膜、101…電子、102…正孔、201…価電子
帯、202…伝導帯、203…バンド間準位、301…
受光素子、302…ケース、303…窓、304…赤外
光発光器。
1 ... Semi-insulating semiconductor substrate, 2, 20, 21, 22 ... Electrode, 3, 30 ... Voltage power supply, 4 ... Ammeter, 5 ... Long wavelength light,
11 ... P-type region, 12 ... N-type region, 100 ... Semiconductor native oxide film, 101 ... Electron, 102 ... Hole, 201 ... Valence band, 202 ... Conduction band, 203 ... Inter-band level, 301 ...
Light receiving element, 302 ... Case, 303 ... Window, 304 ... Infrared light emitter.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 孝 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 藁科 禎久 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 杉本 賢一 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 鈴木 智子 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 菅 博文 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Iida 1 1126, Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture 1126 Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (72) Inventor Sadahisa Warashi, 1126, 1126 Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture (72) Inventor Kenichi Sugimoto 1 1126, Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture 1126 Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (72) Inventor Tomoko Suzuki 1 1126, Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture 1 Hamamatsu Photonics Co., Ltd. ( 72) Inventor Hirofumi Suga 1 Hamamatsu Photonics Co., Ltd. 1 No. 1126 Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半絶縁性III-V 半導体基板平面上に、光
入射のための間隙をおいて一対の電極が設けられた構造
において、 一方の電極をp型電極とし、他方をショットキ接合電極
とした電極構造を有する半導体受光素子が、p型電極側
に負極性の電圧を印加した状態において、半導体基板の
エネルギーバンドギャップに相当する波長よりも長波長
の照射光によって、光起電流を得ることを特徴とする赤
外受光素子。
1. In a structure in which a pair of electrodes are provided on a plane of a semi-insulating III-V semiconductor substrate with a gap for light incidence, one electrode is a p-type electrode and the other is a Schottky junction electrode. In the semiconductor light receiving element having the electrode structure described above, a photovoltaic current is obtained by irradiation light with a wavelength longer than the wavelength corresponding to the energy band gap of the semiconductor substrate in a state in which a negative voltage is applied to the p-type electrode side. An infrared light receiving element characterized by the above.
【請求項2】 半絶縁性III-V 半導体基板平面上に、光
入射のための間隙をおいて一対の電極が設けられた構造
において、 一方の電極をp型電極とし、他方をn型電極とした電極
構造を有する半導体受光素子が、p型電極側に負極性の
電圧を印加した状態において、半導体基板のエネルギー
バンドギャップに相当する波長よりも長波長の照射光に
よって、光起電流を得ることを特徴とする赤外受光素
子。
2. In a structure in which a pair of electrodes are provided on a plane of a semi-insulating III-V semiconductor substrate with a gap for light incidence, one electrode is a p-type electrode and the other is an n-type electrode. In the semiconductor light receiving element having the electrode structure described above, a photovoltaic current is obtained by irradiation light with a wavelength longer than the wavelength corresponding to the energy band gap of the semiconductor substrate in a state in which a negative voltage is applied to the p-type electrode side. An infrared light receiving element characterized by the above.
【請求項3】 受光部分の前記電極が設けられた側とは
反対側の基板表面に別の電極を設け、別のバイアス電圧
を追加できるようになされた請求項1または請求項2に
記載の赤外受光素子。
3. The method according to claim 1, wherein another electrode is provided on the surface of the substrate opposite to the side where the electrode of the light receiving portion is provided so that another bias voltage can be added. Infrared light receiving element.
【請求項4】 受光部分の前記両電極の形状が、お互い
に櫛形をなしている請求項1または請求項2に記載の赤
外受光素子。
4. The infrared light receiving element according to claim 1, wherein the electrodes of the light receiving portion have a comb shape with each other.
【請求項5】 請求項1または請求項2に記載の赤外受
光素子に、長波長を受光すべき窓材料をさらに附加した
赤外受光装置。
5. An infrared light receiving device in which the infrared light receiving element according to claim 1 or 2 is further added with a window material for receiving a long wavelength.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6160253A (en) * 1997-10-01 2000-12-12 Matsushita Electronics Corporation Photo detector having a plurality of semiconductor layers
JP2009295777A (en) * 2008-06-05 2009-12-17 Epson Imaging Devices Corp Semiconductor device, electro-optical device, and electronic apparatus
CN117594623A (en) * 2024-01-19 2024-02-23 国科大杭州高等研究院 Retina-like short wave infrared photoelectric detector, application and sensing and calculation integrated neural network

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