JPH11340481A - Photodetector and fabrication - Google Patents
Photodetector and fabricationInfo
- Publication number
- JPH11340481A JPH11340481A JP10144420A JP14442098A JPH11340481A JP H11340481 A JPH11340481 A JP H11340481A JP 10144420 A JP10144420 A JP 10144420A JP 14442098 A JP14442098 A JP 14442098A JP H11340481 A JPH11340481 A JP H11340481A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- absorbing layer
- negative electrode
- light absorbing
- barrier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、金属−半導体−
金属（ＭＳＭ）型の受光素子およびその製造方法に関す
るものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal-semiconductor
The present invention relates to a metal (MSM) type light receiving element and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属−半導体−金属（ＭＳＭ）型受光素
子は、ＰＩＮ−ＰＤと比較して素子の電気容量が小さい
ため、ＣＲ時定数による帯域幅の劣化が小さく広帯域の
受光素子に適している。ここで、光通信に重要な１．１
〜１．７μｍの長波長帯域の受光素子では、吸収端波長
の関係からバンドギャップの狭いＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧ
ａＡｓＰ等が、光吸収層などに用いられる。しかし、Ｉ
ｎＧａＡｓにＭＳＭ構造を適用した場合には、次に示す
ような障害があった。すなわち、ＭＳＭ構造とすること
により、金属電極は半導体にショットキー接合し、半導
体と金属電極との間にショットキー障壁が形成される。
しかし、ＩｎＧａＡｓを用いた場合、このショットキー
障壁の電子に対する障壁高さが０〜０．２ｅＶと小さ
い。このため、逆電圧印加時に陰電極側から半導体側に
流れる暗電流が大きく、高効率・広帯域の受光素子を実
現する上での大きな障害となっている。2. Description of the Related Art A metal-semiconductor-metal (MSM) type light receiving element has a small electric capacity as compared with a PIN-PD, and therefore has a small deterioration of a bandwidth due to a CR time constant and is suitable for a wide band light receiving element. I have. Here, 1.1 important for optical communication
In the light-receiving element having a long wavelength band of about 1.7 μm, InGaAs and InG having a narrow band gap are considered due to the relation of the absorption edge wavelength.
aAsP or the like is used for the light absorption layer or the like. But I
When the MSM structure is applied to nGaAs, there are the following obstacles. That is, with the MSM structure, the metal electrode is in Schottky junction with the semiconductor, and a Schottky barrier is formed between the semiconductor and the metal electrode.
However, when InGaAs is used, the barrier height of the Schottky barrier for electrons is as small as 0 to 0.2 eV. For this reason, a large dark current flows from the negative electrode side to the semiconductor side when a reverse voltage is applied, which is a major obstacle in realizing a high-efficiency, wide-band light receiving element.
【０００３】そのため、従来では、ＩｎＧａＡｓ層を用
いたＭＳＭ型受光素子では、上記の暗電流を減少させる
ために、ＩｎＧａＡｓ層に格子整合する半導体エピタキ
シャル成長層をキャップ層に用い、金属電極と半導体と
の間の障壁高さを増大させてきた。図５は、その従来の
ＭＳＭ素子の構造を示す概略的な断面図である。また、
図６は、そのＭＳＭ素子のバンド状態を示すバンド図で
ある。Therefore, conventionally, in an MSM-type light receiving device using an InGaAs layer, in order to reduce the dark current, a semiconductor epitaxial growth layer lattice-matched to the InGaAs layer is used as a cap layer, and a metal electrode and a semiconductor are formed. The barrier height between them has been increased. FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of the conventional MSM element. Also,
FIG. 6 is a band diagram showing a band state of the MSM element.
【０００４】図５に示したＭＳＭ素子は、まず、半絶縁
性のＩｎＰからなる基板５０１上に、まず、ノンドープ
のＩｎＰからなるバッファ層５０２を備え、その上にノ
ンドープのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓからなる光吸収層５０
３を備えている。そして、その光吸収層５０３上にＩｎ
0.52Ａｌ0.48Ａｓからなるキャップ層５０４を介し、Ｔ
ｉ／Ａｕからなる陰電極５０５と陽電極５０６とを交互
に配置するようにしている。なお、Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａ
ｓはＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓに格子整合している。The MSM element shown in FIG. 5 first has a buffer layer 502 made of non-doped InP on a substrate 501 made of semi-insulating InP, and a non-doped In 0.53 Ga 0.47 As layer formed thereon. Light absorbing layer 50
3 is provided. Then, In is formed on the light absorption layer 503.
Through a cap layer 504 made of 0.52 Al 0.48 As, T
Negative electrodes 505 and positive electrodes 506 made of i / Au are arranged alternately. In addition, In 0.52 Al 0.48 A
s is lattice-matched to In 0.53 Ga 0.47 As.
【０００５】図６に示すように、ＩｎＡｌＡｓ（キャッ
プ層５０４）は、ＩｎＧａＡｓ（光吸収層５０３）より
もバンドギャップが大きく（１．４９ｅＶ）、また、陰
電極５０５の電子（光励起電子）及び陽電極５０６の正
孔（光励起正孔）に対する障壁高さも、それぞれ０．８
２ｅＶ，０．６７ｅＶと大きい。このため、電子・正孔
が、金属電極側から半導体側に流れる暗電流をｐＡ台に
抑えることができる。As shown in FIG. 6, InAlAs (cap layer 504) has a larger band gap (1.49 eV) than InGaAs (light absorbing layer 503), and electrons (photo-excited electrons) of cathode 505 and positive electrons. The barrier height of the electrode 506 against holes (photoexcited holes) is also 0.8.
It is as large as 2 eV and 0.67 eV. For this reason, the dark current in which electrons and holes flow from the metal electrode side to the semiconductor side can be suppressed to pA level.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩｎＡ
ｌＡｓからなるキャップ層５０４は、ＩｎＧａＡｓから
なる光吸収層５０３で光励起された電子・正孔に対し、
それぞれ０．５１ｅＶ及び０．２３ｅＶの障壁となり、
電極側への電子及び正孔の流れを遮り、ヘテロ（ＩｎＡ
ｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ）界面に電子及び正孔を蓄積させ
る。また、ヘテロ界面での電子・正孔の蓄積に加え、キ
ャップ層５０４は、空間的に光吸収層５０３を電極から
遠ざけ、光吸収層５０３内の電界強度を緩和する。この
ため、光励起された電子・正孔のドリフト速度が低下す
る。以上の結果、上述した従来のＭＳＭ素子では、キャ
ップ層を設けることで、受光効率および応答速度の低下
をもたらすという問題を新たに発生させてしまった。SUMMARY OF THE INVENTION However, InA
The cap layer 504 made of lAs is used for the electrons and holes photo-excited by the light absorption layer 503 made of InGaAs.
0.51 eV and 0.23 eV barriers respectively,
The flow of electrons and holes to the electrode side is blocked, and the hetero (InA)
Electrons and holes are accumulated at the (As / InGaAs) interface. Further, in addition to the accumulation of electrons and holes at the hetero interface, the cap layer 504 spatially moves the light absorbing layer 503 away from the electrode and reduces the electric field intensity in the light absorbing layer 503. Therefore, the drift speed of the photoexcited electrons and holes decreases. As a result, in the above-described conventional MSM element, the provision of the cap layer newly causes a problem that the light receiving efficiency and the response speed are reduced.
【０００７】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、ＭＳＭ構造の受光素子に
おいて、暗電流を抑制した上で、受光効率および応答速
度をより向上させることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to improve the light receiving efficiency and the response speed while suppressing the dark current in the light receiving element having the MSM structure. Aim.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明は、半絶縁性の
半導体からなる基板上に形成され、光を吸収して電子正
孔対を生成する半導体からなる光吸収層と、金属材料か
ら構成されて光吸収層上に形成された陽電極と、金属材
料から構成されて陽電極とは離間して光吸収層上に形成
された陰電極とを備えた受光素子において、陽電極と光
吸収層との間には正孔に対して障壁が形成され、陰電極
と光吸収層との間には電子に対して障壁が形成されてい
る状態とした。この結果、陽電極と陰電極の間に電界を
印加した状態で、光吸収層で生成された電子は陰電極側
にドリフト速度で移動し、光吸収層で生成された正孔は
陽電極側にドリフト速度で移動する。また、陰電極は、
光吸収層を構成する材料にｐ形の不純物が導入された半
導体からなる疑似障壁層を介して光吸収層上に形成され
ているようにした。すなわち、疑似障壁層により、陰電
極と光吸収層との間に、電子に対して障壁が形成された
状態となる。また、この発明は、半絶縁性の半導体から
なる基板上に形成され、光を吸収して電子正孔対を生成
する半導体からなる光吸収層と、金属材料から構成され
て光吸収層上に形成された陽電極と、金属材料から構成
されて陽電極とは離間して光吸収層上に形成された陰電
極とを備えた受光素子の製造方法において、光吸収層上
に正孔に対して障壁が存在する状態で陽電極を形成し、
光吸収層上にショットキー接合して陰電極を形成して前
記光吸収層と前記陰極との間に電子に対する障壁が存在
する状態とするようにした。この結果、光吸収層と陰電
極との間には電子に対する障壁が形成され、光吸収層で
生成された電子は、陰極側にドリフト速度で移動するよ
うになる。また、陰電極形成工程では、光吸収層上に陰
電極を構成する金属材料からなる金属膜を電気メッキ法
または低温蒸着法により形成することで、陰電極を光吸
収層上に形成するようにした。この結果、ショットキー
接合して形成された陰電極と光吸収層との間には、電子
に対する障壁が形成されるようになる。According to the present invention, there is provided a light absorbing layer formed of a semiconductor which is formed on a substrate made of a semi-insulating semiconductor and absorbs light to generate electron-hole pairs, and a metal material. And a positive electrode formed on the light absorbing layer and a negative electrode formed of a metal material and separated from the positive electrode and formed on the light absorbing layer. A barrier for holes was formed between the layer and the layer, and a barrier for electrons was formed between the cathode and the light absorbing layer. As a result, when an electric field is applied between the positive electrode and the negative electrode, the electrons generated in the light absorbing layer move toward the negative electrode at a drift speed, and the holes generated in the light absorbing layer move toward the positive electrode. To move at a drift speed. The negative electrode is
The light absorbing layer is formed on the light absorbing layer via a pseudo barrier layer made of a semiconductor in which a p-type impurity is introduced into a material constituting the light absorbing layer. That is, a barrier is formed between the negative electrode and the light absorbing layer for electrons by the pseudo barrier layer. Further, the present invention provides a light absorption layer formed of a semiconductor which is formed on a substrate made of a semi-insulating semiconductor and absorbs light to generate electron-hole pairs, and a light absorption layer formed of a metal material and formed on a light absorption layer. A method for manufacturing a light-receiving element comprising a positive electrode formed, and a negative electrode formed of a metal material and separated from the positive electrode and formed on the light-absorbing layer. To form a positive electrode in the presence of a barrier,
A negative electrode was formed by performing a Schottky junction on the light absorbing layer so that a barrier to electrons existed between the light absorbing layer and the cathode. As a result, an electron barrier is formed between the light absorbing layer and the negative electrode, and the electrons generated in the light absorbing layer move toward the cathode at a drift speed. In the negative electrode forming step, a negative electrode is formed on the light absorbing layer by forming a metal film made of a metal material constituting the negative electrode on the light absorbing layer by an electroplating method or a low-temperature evaporation method. did. As a result, a barrier to electrons is formed between the light absorbing layer and the negative electrode formed by the Schottky junction.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。 実施の形態１ はじめに、この発明の第１の実施の形態について説明す
る。図１は、この実施の形態１における受光素子の構成
を示す構成図である。また、図２は、そのバンドギャッ
プを示すバンド図である。図１の受光素子の構成につい
て説明すると、この受光素子は、半絶縁性のＩｎＰから
なる基板１０１上にノンドープのＩｎＰからなるバッフ
ァ層１０２を備え、その上にノンドープのＩｎＧａＡｓ
からなる光吸収層１０３を備えている。この光吸収層１
０３を構成するＩｎＧａＡｓは、そのキャリア濃度を１
０14〜１０15ｃｍ-3程度より小さくしてある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of the light receiving element according to the first embodiment. FIG. 2 is a band diagram showing the band gap. The structure of the light receiving element shown in FIG. 1 will be described. This light receiving element includes a buffer layer 102 made of non-doped InP on a substrate 101 made of semi-insulating InP, and a non-doped InGaAs layer formed thereon.
Is provided. This light absorbing layer 1
03 has a carrier concentration of 1
It is smaller than about 0 14 to 10 15 cm -3 .
【００１０】また、その光吸収層１０３上に、Ｔｉ／Ａ
ｕからなる陰電極１０５および陽電極１０６とを交互に
配置するようにしている。そして、陰電極１０５は、ｐ
形のＩｎＧａＡｓからなる疑似障壁層１０４を介して光
吸収層１０３上に形成するようにした。したがって、光
吸収層１０３と陰電極１０５との間には、図２に示すよ
うに、疑似障壁層１０４により電子（光励起電子）に対
して障壁が形成された状態となる。なお、以降に説明す
るように、光吸収層１０３とショットキー接合して形成
された陽電極１０６との間には、正孔（光励起正孔）に
対して障壁が形成されている。しかし、それらの間に
は、電子に対しては小さな障壁しか形成されおらず、電
子に対しては実質的に障壁がないような状態となってい
る。On the light absorbing layer 103, Ti / A
The negative electrode 105 and the positive electrode 106 made of u are alternately arranged. Then, the negative electrode 105
It is formed on the light absorption layer 103 via the pseudo barrier layer 104 made of InGaAs. Therefore, between the light absorption layer 103 and the negative electrode 105, as shown in FIG. 2, a barrier is formed for electrons (photoexcited electrons) by the pseudo barrier layer 104. As described below, a barrier to holes (photoexcited holes) is formed between the light absorption layer 103 and the positive electrode 106 formed by Schottky junction. However, between them, only a small barrier is formed for electrons, and there is substantially no barrier for electrons.
【００１１】この疑似障壁層１０４における障壁高さ
は、キャリア濃度および膜厚に依存している。たとえ
ば、疑似障壁層１０４を膜厚２０ｎｍに形成し、また、
そのキャリア濃度を１．５×１０18ｃｍ-3とした場合、
図２に示すように、疑似障壁高さは約０．５６ｅＶとな
る。通常の電子ビーム蒸着法あるいは真空蒸着法を用
い、室温で光吸収層１０３上にショットキー接合して陽
電極１０６を形成した場合は、陽電極１０６側の正孔に
対して約０．５５eＶの障壁（ショットキー障壁）が形
成される。このため、この実施の形態１の受光素子にお
いては、逆電圧印加状態では陰電極１０５側の電子に比
較的高い疑似障壁（０．５６ｅＶ）、陽電極１０６側の
正孔に対して高い障壁（０．５５ｅＶ）が形成され、暗
電流の低減が可能となる。The barrier height of the pseudo barrier layer 104 depends on the carrier concentration and the film thickness. For example, the pseudo barrier layer 104 is formed to a thickness of 20 nm,
When the carrier concentration is 1.5 × 10 18 cm −3 ,
As shown in FIG. 2, the pseudo barrier height is about 0.56 eV. When the positive electrode 106 is formed by Schottky bonding on the light absorption layer 103 at room temperature using a normal electron beam evaporation method or vacuum evaporation method, about 0.55 eV is applied to the holes on the positive electrode 106 side. A barrier (Schottky barrier) is formed. For this reason, in the light receiving element according to the first embodiment, a relatively high pseudo barrier (0.56 eV) for electrons on the negative electrode 105 side and a high barrier (0.56 eV) for holes on the positive electrode 106 side under a reverse voltage application state. 0.55 eV), and the dark current can be reduced.
【００１２】光吸収層１０３で光励起された電子及び正
孔は、各々陽電極１０６，陰電極１０５にドリフト速度
で移動する。ここで、疑似障壁層１０４が光吸収層１０
３に対してホモエピタキシャル構造を採るため、正孔に
対してはそれらエピタキシャル成長界面の障壁は存在せ
ず、界面での正孔の蓄積が生じない。また、光励起され
た電子に対しては、陽電極１０６側に疑似障壁層１０４
が無いため、電子の蓄積が生じないのは言うまでもな
い。また、陰電極１０５下の疑似障壁層１０４は、たと
えば、２０ｎｍと薄く形成しても、暗電流を抑制するた
めの障壁高さを実現できる。そして、陽電極１０６は光
吸収層１０３上に直接形成しているので、空間的に光吸
収層１０３と電極とをあまり離さずにすみ、電界強度の
緩和も抑制できるようになる。Electrons and holes photoexcited by the light absorbing layer 103 move to the positive electrode 106 and the negative electrode 105 at a drift speed, respectively. Here, the pseudo barrier layer 104 is the light absorbing layer 10
3 has a homoepitaxial structure, so that there is no barrier at the epitaxial growth interface for holes, and no accumulation of holes occurs at the interface. In addition, for the photoexcited electrons, a pseudo barrier layer 104 is provided on the positive electrode 106 side.
Needless to say, since there is no electron accumulation, no electron accumulation occurs. Further, even if the pseudo barrier layer 104 below the negative electrode 105 is formed as thin as, for example, 20 nm, a barrier height for suppressing dark current can be realized. Since the positive electrode 106 is formed directly on the light absorption layer 103, the light absorption layer 103 and the electrode need not be spatially separated from each other, and the relaxation of the electric field intensity can be suppressed.
【００１３】以上説明したように、この実施の形態１に
よれば、光吸収層で光励起された電子及び正孔を、それ
ぞれ陰電極および陽電極にドリフト速度で引き抜くこと
が可能となる。このため、ＩｎＧａＡｓを光吸収層に用
いた、長波長帯域の高感度・広帯域の受光素子の実現が
可能となる。また、光吸収層１０３は、高純度のノンド
ープの状態としたＩｎＧａＡｓにより構成し、そのキャ
リア濃度を１０14〜１０15ｃｍ-3程度と非常に小さくし
てある。すなわち、光吸収層における再結合中心密度を
減少させている。この結果、この実施の形態１によれ
ば、再結合中心に起因する発生電流による暗電流も低減
できる。As described above, according to the first embodiment, electrons and holes that are photoexcited in the light absorbing layer can be extracted to the negative electrode and the positive electrode, respectively, at a drift speed. For this reason, it is possible to realize a high-sensitivity, wide-band light receiving element in a long wavelength band using InGaAs for the light absorption layer. The light absorption layer 103 is made of high-purity non-doped InGaAs, and has a very low carrier concentration of about 10 14 to 10 15 cm −3 . That is, the recombination center density in the light absorbing layer is reduced. As a result, according to the first embodiment, the dark current due to the current generated due to the recombination center can be reduced.
【００１４】実施の形態２ 次に、この発明の第２の実施の形態について説明する。
図３は、この実施の形態２における受光素子の構成を示
す構成図である。また、図４は、そのバンドギャップを
示すバンド図である。図３の受光素子の構成について説
明すると、この受光素子は、半絶縁性のＩｎＰからなる
基板３０１上にノンドープのＩｎＰからなるバッファ層
３０２を備え、その上にノンドープのＩｎＧａＡｓから
なる光吸収層３０３を備えている。この光吸収層３０３
を構成するＩｎＧａＡｓは、そのキャリア濃度を１０14
〜１０15ｃｍ-3程度より小さくしてある。Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of the light receiving element according to the second embodiment. FIG. 4 is a band diagram showing the band gap. The structure of the light receiving element shown in FIG. 3 will be described. This light receiving element includes a buffer layer 302 made of non-doped InP on a substrate 301 made of semi-insulating InP, and a light absorption layer 303 made of non-doped InGaAs formed thereon. It has. This light absorbing layer 303
Has a carrier concentration of 10 14
It is smaller than about 10 15 cm -3 .
【００１５】また、その光吸収層３０３上に、Ｐｔから
なる陰電極３０５とＴｉ／Ａｕからなる陽電極３０６と
を交互に配置するようにしている。そして、陰電極３０
５は、光吸収層３０３との間に、図４に示すように、電
子に対して障壁のある状態に形成した。また、陽電極３
０６は、光吸収層３０３との間に、図４に示すように、
正孔に対して障壁のある状態に形成した。一方、陰電極
３０５は、光吸収層３０３との間に、正孔に対して小さ
な障壁しか形成されていない状態とした。また、陽電極
３０６は、光吸収層３０３との間に、電子に対して小さ
な障壁か形成されていない状態に形成した。すなわち、
陰電極３０５−光吸収層３０３間には正孔に対して実質
的に障壁がなく、また、陽極３０６−光吸収層３０３間
には電子に対して実質的に障壁がない状態とした。On the light absorbing layer 303, negative electrodes 305 made of Pt and positive electrodes 306 made of Ti / Au are alternately arranged. And the negative electrode 30
No. 5 was formed so as to have a barrier to electrons between the light absorbing layer 303 and the light absorbing layer 303 as shown in FIG. The positive electrode 3
06 is between the light absorbing layer 303 and the light absorbing layer 303 as shown in FIG.
The barrier was formed for holes. On the other hand, the negative electrode 305 was in a state where only a small barrier for holes was formed between the negative electrode 305 and the light absorbing layer 303. The positive electrode 306 was formed in a state where a small barrier to electrons was not formed between the positive electrode 306 and the light absorbing layer 303. That is,
There was substantially no barrier to holes between the negative electrode 305 and the light absorption layer 303, and substantially no barrier to electrons between the anode 306 and the light absorption layer 303.
【００１６】ここで、その陰電極３０５の製造について
説明すると、光吸収層３０３上に、電気メッキ法により
Ｐｔ膜を形成した。このように形成したＰｔ膜は、光吸
収層３０３上に、電子に対して障壁が存在する状態でシ
ョットキー接合する。そして、そのＰｔ膜を、公知の微
細加工技術などにより所望の形状にパターニングするこ
とで、陰電極３０５を形成した。Ｐｔ膜の電気メッキ法
による形成では、よく知られているように、電界研磨を
行った後、引き続いて電気メッキを行うようにした。こ
の結果、光吸収層３０３の表面に酸化物などのない状態
でＰｔ膜を形成することができる。このように、電気メ
ッキ法によりショットキー接合して形成したＰｔ膜によ
る陰電極３０５と光吸収層３０３との間には、図４に示
すように、電子に対して０．５ｅＶの障壁が形成でき
る。すなわち、この陰電極３０５と光吸収層３０３との
間のショットキー障壁は、電子に対する障壁となる。Here, the manufacture of the negative electrode 305 will be described. A Pt film is formed on the light absorbing layer 303 by electroplating. The Pt film thus formed forms a Schottky junction on the light absorption layer 303 in a state where a barrier exists for electrons. Then, the negative electrode 305 was formed by patterning the Pt film into a desired shape by a known fine processing technique or the like. In the formation of the Pt film by the electroplating method, as is well known, electroplating is performed after electropolishing is performed. As a result, a Pt film can be formed without an oxide or the like on the surface of the light absorption layer 303. As described above, a 0.5 eV barrier for electrons is formed between the light absorbing layer 303 and the negative electrode 305 of the Pt film formed by the Schottky junction by the electroplating method, as shown in FIG. it can. That is, the Schottky barrier between the negative electrode 305 and the light absorption layer 303 becomes a barrier against electrons.
【００１７】また、陰電極３０５の製造として、次に示
すように、低温蒸着法を用いるようにしてもよい。この
場合、まず、基板温度を液体窒素温度（７７Ｋ）まで低
下させた状態で、光吸収層３０３上にＰｔ膜を蒸着す
る。このように形成しても、Ｐｔ膜は光吸収層３０３上
に、電子に対して障壁が存在する状態でショットキー接
合する。そして、このＰｔ膜を、公知の微細加工技術な
どにより所望の形状にパターニングすることで、陰電極
３０５を形成した。このように、低温蒸着法によりショ
ットキー接合して陰電極３０５を形成すると、光吸収層
３０３との間の電子に対する障壁高さを、０．５〜０．
６ｅＶまで増大させることができる。すなわち、この場
合においても、陰電極３０５と光吸収層３０３との間に
形成されたショットキー障壁は、電子に対する障壁とな
る。Further, as a method for manufacturing the negative electrode 305, a low-temperature deposition method may be used as shown below. In this case, first, a Pt film is deposited on the light absorption layer 303 with the substrate temperature lowered to the liquid nitrogen temperature (77 K). Even when formed in this way, the Pt film forms a Schottky junction on the light absorption layer 303 in a state where a barrier exists for electrons. Then, the Pt film was patterned into a desired shape by a known fine processing technique or the like, thereby forming a negative electrode 305. As described above, when the negative electrode 305 is formed by Schottky junction by the low-temperature deposition method, the barrier height for electrons between the light absorbing layer 303 and the light absorbing layer 303 is set to 0.5 to 0.
It can be increased to 6 eV. That is, also in this case, the Schottky barrier formed between the negative electrode 305 and the light absorption layer 303 becomes a barrier against electrons.
【００１８】以上のことに対して、たとえば、電子ビー
ム蒸着法や真空蒸着法を用い、高純度なノンドープのＩ
ｎＧａＡｓの層上に金属電極をショットキー接合して形
成した場合、電子に対する障壁はほとんど形成されな
い。すなわち、この場合のショットキー障壁は、電子に
対してほとんど障壁とならない状態にしか形成されな
い。しかし、このショットキー障壁は、正孔に対しては
障壁となる。したがって、陽電極３０６は、それら電子
ビーム蒸着法や真空蒸着法を用いて形成すればよい。In response to the above, for example, a high-purity non-doped I
When a metal electrode is formed on an nGaAs layer by Schottky junction, a barrier to electrons is hardly formed. That is, the Schottky barrier in this case is formed only in a state where it hardly acts as a barrier against electrons. However, this Schottky barrier becomes a barrier to holes. Therefore, the positive electrode 306 may be formed by using the electron beam evaporation method or the vacuum evaporation method.
【００１９】以上説明したように、この実施の形態２の
受光素子では、陰電極３０５および陽電極３０６それぞ
れと光吸収層３０３との間に、光励起された正孔および
電子に対する障壁はほとんど形成されず、かつ、光吸収
層３０３内における電界強度の緩和も生じない。また、
この実施の形態２においても、光吸収層３０３は、高純
度のノンドープの状態としたＩｎＧａＡｓにより構成
し、そのキャリア濃度を１０14〜１０15ｃｍ-3程度と非
常に小さくしてある。すなわち、光吸収層における再結
合中心密度を減少させている。この結果、この実施の形
態２においても、再結合中心に起因する発生電流による
暗電流も低減できる。As described above, in the light-receiving element according to the second embodiment, the barrier against the photoexcited holes and electrons is almost formed between each of the negative electrode 305 and the positive electrode 306 and the light absorbing layer 303. In addition, the electric field intensity in the light absorption layer 303 is not relaxed. Also,
Also in the second embodiment, the light absorption layer 303 is made of high-purity non-doped InGaAs, and has a very low carrier concentration of about 10 14 to 10 15 cm −3 . That is, the recombination center density in the light absorbing layer is reduced. As a result, also in the second embodiment, the dark current due to the current generated due to the recombination center can be reduced.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、半
絶縁性の半導体からなる基板上に形成され、光を吸収し
て電子正孔対を生成する半導体からなる光吸収層と、金
属材料から構成されて光吸収層上に形成された陽電極
と、金属材料から構成されて陽電極とは離間して光吸収
層上に形成された陰電極とを備えた受光素子において、
陽電極と光吸収層との間には正孔に対して障壁が形成さ
れ、陰電極と光吸収層との間には電子に対して障壁が形
成されている状態とした。また、陰電極は、光吸収層を
構成する材料にｐ形の不純物が導入された半導体からな
る疑似障壁層を介して光吸収層上に形成されているよう
にした。すなわち、疑似障壁層により、陰電極と光吸収
層との間に、電子に対して障壁が形成された状態とな
る。したがって、陽電極と陰電極の間に電界を印加した
状態で、光吸収層で生成された電子は陰電極側にドリフ
ト速度で移動し、光吸収層で生成された正孔は陽電極側
にドリフト速度で移動する。この結果、この発明によれ
ば、ＭＳＭ構造の受光素子において、暗電流を抑制した
上で、受光効率および応答速度をより向上させることが
できる。As described above, according to the present invention, a light absorbing layer made of a semiconductor formed on a substrate made of a semi-insulating semiconductor and absorbing light to generate electron-hole pairs, and a metal material A positive electrode formed on the light absorbing layer and formed on the light absorbing element, and a light receiving element including a negative electrode formed of a metal material and separated from the positive electrode and formed on the light absorbing layer,
A barrier was formed between the positive electrode and the light absorbing layer for holes, and a barrier for electrons was formed between the negative electrode and the light absorbing layer. Further, the cathode was formed on the light absorbing layer via a pseudo barrier layer made of a semiconductor in which a p-type impurity was introduced into a material constituting the light absorbing layer. That is, a barrier is formed between the negative electrode and the light absorbing layer for electrons by the pseudo barrier layer. Therefore, when an electric field is applied between the positive electrode and the negative electrode, electrons generated in the light absorbing layer move toward the negative electrode at a drift speed, and holes generated in the light absorbing layer move toward the positive electrode. Move at drift speed. As a result, according to the present invention, in the light receiving element having the MSM structure, the light receiving efficiency and the response speed can be further improved while suppressing the dark current.
【００２１】また、この発明は、半絶縁性の半導体から
なる基板上に形成され、光を吸収して電子正孔対を生成
する半導体からなる光吸収層と、金属材料から構成され
て光吸収層上に形成された陽電極と、金属材料から構成
されて陽電極とは離間して光吸収層上に形成された陰電
極とを備えた受光素子の製造方法において、光吸収層上
に正孔に対して障壁が存在する状態で陽電極を形成し、
光吸収層上に電子に対して障壁が存在する状態でショッ
トキー接合する陰電極を形成するようにした。また、陰
電極形成工程では、光吸収層上に陰電極を構成する金属
材料からなる金属膜を電気メッキ法または低温蒸着法に
より形成することで、陰電極を光吸収層上に形成するよ
うにした。したがって、陽電極と陰電極の間に電界を印
加した状態で、光吸収層で生成された電子は陰電極側に
ドリフト速度で移動し、光吸収層で生成された正孔は陽
電極側にドリフト速度で移動する状態となる。この結
果、この発明によれば、製造したＭＳＭ構造の受光素子
を、暗電流が抑制され、かつ、受光効率および応答速度
が向上された状態とすることができる。Further, the present invention provides a light absorption layer formed on a substrate made of a semi-insulating semiconductor and made of a semiconductor that absorbs light to generate electron-hole pairs, and a light absorption layer made of a metal material. In a method for manufacturing a light receiving element comprising a positive electrode formed on a layer and a negative electrode formed of a metal material and separated from the positive electrode and formed on a light absorbing layer, a positive electrode is formed on the light absorbing layer. Forming a positive electrode with a barrier to the hole,
A negative electrode for Schottky junction is formed on the light absorbing layer in a state where a barrier exists for electrons. In the negative electrode forming step, a negative electrode is formed on the light absorbing layer by forming a metal film made of a metal material constituting the negative electrode on the light absorbing layer by an electroplating method or a low-temperature evaporation method. did. Therefore, when an electric field is applied between the positive electrode and the negative electrode, electrons generated in the light absorbing layer move toward the negative electrode at a drift speed, and holes generated in the light absorbing layer move toward the positive electrode. The vehicle moves at the drift speed. As a result, according to the present invention, the manufactured light receiving element having the MSM structure can be brought into a state where the dark current is suppressed and the light receiving efficiency and the response speed are improved.
【図１】 この発明の第１の実施の形態における受光素
子の構成を示す概略的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light receiving element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 図１の受光素子におけるバンドギャップを説
明するためのバンド図である。FIG. 2 is a band diagram for explaining a band gap in the light receiving element of FIG.
【図３】 この発明の第２の実施の形態における受光素
子の構成を示す概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light receiving element according to a second embodiment of the present invention.
【図４】 図３の受光素子におけるバンドギャップを説
明するためのバンド図である。FIG. 4 is a band diagram for explaining a band gap in the light receiving element of FIG. 3;
【図５】 従来のＭＳＭ構造の受光素子の構成を示す概
略的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a light receiving element having a conventional MSM structure.
【図６】 図５の受光素子におけるバンドギャップを説
明するためのバンド図である。FIG. 6 is a band diagram for explaining a band gap in the light receiving element of FIG. 5;
１０１…基板、１０２…バッファ層、１０３…光吸収
層、１０４…疑似障壁層、１０５…陰電極、１０６…陽
電極。101: substrate, 102: buffer layer, 103: light absorbing layer, 104: pseudo barrier layer, 105: negative electrode, 106: positive electrode.
Claims (12)
され、光を吸収して電子正孔対を生成する半導体からな
る光吸収層と、 金属材料から構成されて前記光吸収層上に形成された陽
電極と、 金属材料から構成されて前記陽電極とは離間して前記光
吸収層上に形成された陰電極とを備えた受光素子におい
て、 前記陽電極と前記光吸収層との間には正孔に対して障壁
が形成され、 前記陰電極と前記光吸収層との間には電子に対して障壁
が形成されていることを特徴とする受光素子。A light absorbing layer formed on a substrate made of a semi-insulating semiconductor and absorbing light to generate electron-hole pairs; and a light absorbing layer made of a metal material and formed on the light absorbing layer. A light-receiving element comprising: a formed positive electrode; and a negative electrode formed of a metal material and separated from the positive electrode and formed on the light-absorbing layer. A light-receiving element, wherein a barrier is formed between holes and a hole is formed between the cathode and the light-absorbing layer.
素子。2. The light receiving element according to claim 1, wherein said positive electrode is made of Ti / Au, and said negative electrode is made of Pt.
純物が導入された半導体からなる疑似障壁層を介して前
記光吸収層上に形成されていることを特徴とする受光素
子。3. The light-receiving element according to claim 1, wherein the negative electrode is provided on the light absorbing layer via a pseudo barrier layer made of a semiconductor in which a p-type impurity is introduced into a material forming the light absorbing layer. A light-receiving element, wherein the light-receiving element is formed.
とを特徴とする受光素子。4. The light-receiving element according to claim 3, wherein the positive electrode and the negative electrode are made of Ti / Au.
子において、 前記光吸収層はノンドープのＩｎＧａＡｓから構成され
たことを特徴とする受光素子。5. The light-receiving element according to claim 1, wherein said light-absorbing layer is made of non-doped InGaAs.
あることを特徴とする受光素子。6. The light-receiving element according to claim 5, wherein the InGaAs has a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less.
され、光を吸収して電子正孔対を生成する半導体からな
る光吸収層と、 金属材料から構成されて前記光吸収層上に形成された陽
電極と、 金属材料から構成されて前記陽電極とは離間して前記光
吸収層上に形成された陰電極とを備えた受光素子の製造
方法において、 前記光吸収層上に正孔に対して障壁が存在する状態で陽
電極を形成する陽電極形成工程と、 前記光吸収層上にショットキー接合して前記陰電極を形
成して前記光吸収層と前記陰極との間に電子に対する障
壁が存在する状態とする陰電極形成工程とを備えたこと
を特徴とする受光素子の製造方法。7. A light absorbing layer formed on a substrate made of a semi-insulating semiconductor and absorbing light to form an electron-hole pair, and a light absorbing layer made of a metal material and formed on the light absorbing layer. A method for manufacturing a light-receiving element comprising: a formed positive electrode; and a negative electrode formed of a metal material and separated from the positive electrode and formed on the light absorption layer. A positive electrode forming step of forming a positive electrode in a state where a barrier is present with respect to the holes; and forming the negative electrode by Schottky junction on the light absorbing layer to form the negative electrode between the light absorbing layer and the cathode. Forming a negative electrode in a state where there is a barrier to electrons.
いて、 前記陰電極形成工程では、 前記光吸収層上に前記陰電極を構成する金属材料からな
る金属膜を電気メッキ法により形成することで、前記陰
電極を前記光吸収層上に形成することを特徴とする受光
素子の製造方法。8. The method for manufacturing a light-receiving element according to claim 7, wherein in the negative electrode forming step, a metal film made of a metal material forming the negative electrode is formed on the light absorbing layer by an electroplating method. Wherein the negative electrode is formed on the light absorbing layer.
いて、 前記陰電極形成工程では、 前記光吸収層上に前記陰電極を構成する金属材料からな
る金属膜を低温蒸着法により形成することで、前記陰電
極を前記光吸収層上に形成することを特徴とする受光素
子の製造方法。9. The method for manufacturing a light-receiving element according to claim 8, wherein, in the negative electrode forming step, a metal film made of a metal material forming the negative electrode is formed on the light absorbing layer by a low-temperature deposition method. Wherein the negative electrode is formed on the light absorbing layer.
造方法において、 前記金属材料は、Ｐｔであることを特徴とする受光素子
の製造方法。10. The method for manufacturing a light receiving element according to claim 8, wherein said metal material is Pt.
光素子の製造方法において、 前記光吸収層はノンドープのＩｎＧａＡｓから構成する
ことを特徴とする受光素子の製造方法。11. The method for manufacturing a light-receiving element according to claim 7, wherein said light-absorbing layer is made of non-doped InGaAs.
法において、 前記ＩｎＧａＡｓはキャリア濃度が１０15ｃｍ-3以下で
あることを特徴とする受光素子の製造方法。12. The method for manufacturing a light-receiving element according to claim 11, wherein the InGaAs has a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10144420A JPH11340481A (en) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Photodetector and fabrication |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10144420A JPH11340481A (en) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Photodetector and fabrication |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340481A true JPH11340481A (en) | 1999-12-10 |
Family
ID=15361772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10144420A Pending JPH11340481A (en) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Photodetector and fabrication |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11340481A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2004079311A1 (en) * | 2003-03-07 | 2006-06-08 | 富士通株式会社 | Electromagnetic radiation sensor and manufacturing method thereof |
| JP2007273832A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Nec Corp | Photodiode and its manufacturing method |
| US8901605B2 (en) | 2011-03-07 | 2014-12-02 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Semiconductor wafer, semiconductor device, and method of producing semiconductor wafer |
| JP2019160835A (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor light-receiving element |
-
1998
- 1998-05-26 JP JP10144420A patent/JPH11340481A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2004079311A1 (en) * | 2003-03-07 | 2006-06-08 | 富士通株式会社 | Electromagnetic radiation sensor and manufacturing method thereof |
| JP2007273832A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Nec Corp | Photodiode and its manufacturing method |
| US8901605B2 (en) | 2011-03-07 | 2014-12-02 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Semiconductor wafer, semiconductor device, and method of producing semiconductor wafer |
| JP2019160835A (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-19 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor light-receiving element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106784123B (en) | Uniline carrier photodetector and preparation method thereof | |
| JP2002324911A (en) | Avalanche photodiode and method of manufacturing the same | |
| US6831309B2 (en) | Unipolar photodiode having a schottky junction contact | |
| JP2003168818A (en) | Order mesa type avalanche photodiode and its fabricating method | |
| JPH022691A (en) | Semiconductor light receiving device | |
| CN108091720A (en) | Uniline carrier photodetector and preparation method thereof | |
| JPH06291359A (en) | Semiconductor light receiving device | |
| US6747296B1 (en) | Avalanche photodiode multiplication region and avalanche photodiode with low impact ionization rate ratio | |
| JPS62259481A (en) | Semiconductor light receiving device | |
| JPH11340481A (en) | Photodetector and fabrication | |
| JP2002083993A (en) | Optical semiconductor light receiving element and its manufacturing method | |
| JP2000223736A (en) | Metal/semiconductor/metallic light receiving element | |
| JPS6285477A (en) | Photosemiconductor device | |
| JPH08162663A (en) | Semiconductor photodetector | |
| US4918508A (en) | Vertical photoconductive detector | |
| JP2776228B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor light receiving element | |
| JP2991555B2 (en) | Semiconductor light receiving element | |
| JP2711055B2 (en) | Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same | |
| JP2000068550A (en) | Pin type semiconductor photodetecting element | |
| JP2995751B2 (en) | Semiconductor light receiving element | |
| JP2742358B2 (en) | Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same | |
| JP2754652B2 (en) | Avalanche photodiode | |
| JPH0575160A (en) | Avalanche photodiode and its operation | |
| JPH05190889A (en) | Optical semiconductor device | |
| JPH06151939A (en) | Semiconductor photodetector and its manufacture |