JPS61239679A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPS61239679A
JPS61239679A JP60080887A JP8088785A JPS61239679A JP S61239679 A JPS61239679 A JP S61239679A JP 60080887 A JP60080887 A JP 60080887A JP 8088785 A JP8088785 A JP 8088785A JP S61239679 A JPS61239679 A JP S61239679A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
thin layer
doped
infrared range
crystal
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.)
Granted
Application number
JP60080887A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0614563B2 (ja
Inventor
Takeshi Sakurai
武 桜井
Takeshi Kobayashi
猛 小林
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP8088785A priority Critical patent/JPH0614563B2/ja
Publication of JPS61239679A publication Critical patent/JPS61239679A/ja
Publication of JPH0614563B2 publication Critical patent/JPH0614563B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置、特に赤外から遠赤外領域の高効率
発光、受光素子に関するものである。
（従来技術） 光技術、とりわけ、光フアイバ作製技術の進歩は著しく
ファイバ低損失化は近赤外から赤外域にわたろうとして
いる。また近い将来、ＴＰＸの線引きによる遠赤外領域
の光技術も展開しようとしている。このような研究開発
の急進展の中で、遠赤外領域の光源としてガスレーザと
電子管以外には無い事が問題視されている。
簡便で経済的な光源を固体素子で実現する努力が長く行
なわれてきた。それらは、インパットダイオードやＳＩ
Ｔの極微細化構造を用いるものであった。そこでは既に
利得を得ているために発振が可能であり、コヒーレント
光を得ることができるが、その動作周波数上限は予想以
上に低いものであった。個々の電子の走行を直接利用す
る従来の素子では、バンド間、あるいはバンド内の電子
緩和等が伴うことは避けられず、それらの動作にかかわ
る時間が長いため、上限周波数が低く抑えられてしまう
。
この種の問題を解決する手段として登場したのが５１−
ＭＯＳＦＥＴの表面反転層内２次元電子のプラズモン放
射の概念である。古くは、物性研究の中でプラズモン検
出の一手法として用いられてきたのであるが、近年の良
質なＭＯ８界面作製技術の進歩によって、遠赤外放射の
ための装置上して用いることができるようになった。周
知のように、表面２次元電子ガス中には、電子の集団運
動にもとすく非輻射の電磁波（ＳＷＣ）が励起される。
この側近に電磁回折格子を設ければ、ｓｗｃ（ｓｕｒｆ
ａｃｅ　ｗａｖｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｔｏ　５ｕｒｆａ
ｃｅ　ｃｈａｒｇｅ）は輻射モードと結合して光源とし
ての能力を有することになる。
（発明の解決すべき問題点） 従来から使用されてきたＳｔ−ＭＯＳＦＥＴの１　　　
　　　　　　表面電子ガスの欠点は電子の平均自由行程
が短かいことにあった。電子は印加電界により平均自由
行程内で加速され、それ自体のエネルギーを高める。こ
の余分に高められたエネルギーがＳＷＣの励起に寄与す
るのである。５１−ＭＯＳＦＥＴを用いる限り短かい平
均自由行程では電子エネルギーを高めることが困難であ
り、したがってＳｗｃの励起の効率も著しく低い値に留
まっていた。
仮に５１−ＭＯＳＦＥＴを低温に冷却しても、これを改
善することは困難であった。５１−ＭＯＳＦＥＴの界面
に内在するイオン仁固定電荷が低温下で益々長距離オー
ダの電子散乱を起すためであり、本素子を用いる場合の
決定的な問題であった。
（発明の目的） 本発明はこれらの欠点を除去するために、高い電子移動
度を有する構成の半導体結晶層を用いた素子構造を提供
するものである。
（発明の構成） 即ち、本発明は半絶縁性結晶面」二にノンドープで成る
第１結晶薄層、第１結晶薄層よりも電子親和力の小さな
組成を有するノンドープで成る第２結晶極薄層、第２結
晶薄層と同一組成で高い濃度の不純物を含有する第３薄
層および第２薄層と同一組成でノンドープで成る第４薄
層を連続エピタキシャル成長したウェハであって、選択
エツチングで現われた第３薄層面上に２箇所のオーミッ
ク電極を設け、該オーミック電極間の第４薄層面上に良
導体金属の回折格子を具備することを特徴とする半導体
装置を提供する。
本発明を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明半導体装置の一態様を示す平面図で第１
ａ図はその部分拡大図、第２図は装置断面図で、第２ａ
図はその部分拡大図である。この例における素子構造を
説明すると以下の如くである。半絶縁性結晶ＧａＡｓ（
３）の面」二に分子線エピタキシャル成長法を用いて、
ノンドープＧ　ａＡ　ｓ（１，５ミクロン厚）の第１の
層（４）、ノンドープＡ　ｆｌｏ、２ａＧａｏ７ｔＡＳ
（６０オングストローム）ノ第２の層（５）、高濃度不
純物添加Ａｆｏ、ｔａＧａｏ、７２Ａｓ（ドナー濃度１
　　ｘ　　Ｉ　０１８７ｃｍ３．３５０オングストロー
ム）の第３の層（６）、ノンドープＡ　ｆｌｏ、ｔｅＧ
ａｏ、７２Ａｓ（５０００オングストローム）の第４の
層（７）を連続成長する。このウェハの第４の層を表面
から一部の領域をエツチングして除き、そのエツチング
部の底が第３の層の中に止る　　　　　　　　　　１よ
うｌ−る。ＡｕＧｅＮｉを用いたオペツク電極　　　　
　　　　　パ（＋）をこのエツチング部に付着してアニ
ールする　　　　　　　　　・・ことにより素子の電極
を形成する。三箇所の電極　　　　　　　　　□“間で
第４の層の表面に約１０００オンダストロームの厚さの
Ａｕを蒸着し、しかるのちりソグラフィ技術を用いてＡ
ｕを加工することにより周期が１ζ 〜５ミクロンの回折格子（２）とする。
半絶縁性結晶（３）はＧａＡｓであるが、これ以外に、
ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ５ＢＮ、ＢＰ。
Ａｌ２Ｐ、ＡＱＮ、ＡＱＳｂや半絶縁性Ｓ　ｉＳＳ　ｉ
ｃ、および場合によっては、Ａ　Ｑ　２０　！ｌ、５ｉ
ｆｔ、ＢｅＯ等の絶縁性並びに誘電体結晶を用いる事も
できる。
第１層（４）もＧａＡｓの他に、ＧａｒｂＳ　ＩｎＰ。
ＩｎＳｂや、これらのＩＩＴ−Ｖ化合物半導体の三元、
四元等、混晶化合物半導体で比較的電子親和力が大きく
移動度も大きい半導体材料を用いてもよい。
第２〜４層（５，６および７）もＡＱＧａＡｓの他に、
　　　　　　　　□第１層に用いる材＄１よりも電子親
和力が小さい条件で、ＧａＳｂ、ＧａＰ及びこれらの混
晶化合物半導体等を用いてもよい。オーミック電極は通
常、Ａ　ｕＧ　ｅＮ　ｉであるが、ＡｕＧｅＰｔ、Ａｕ
Ｇｅ、ＡｕＳｎ。
Ａｇ５ｎＳ　ＩｎＡｕＮｉ、ＡｕＳ　ｉ、ＩｎＴｅ、Ｎ
ｉＳｎ。
ＡｕＳｂを用いてもよい。回折格子（２）はＳＷＣと結
合して光源として作用すればＡｕ以外の金属でもよく、
例えば、八〇、Ａｌｌ！、ｐｔ、　Ｎｉやこれらの合金
、及びΔｕ／Ｔｉ／Ａρ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃ
ｒ等の多層金属が挙げられる。
作製した素子の第１の層（４）と第２の層（５）の界面
付近に２次元電子ガスが溜まっている。本構成の２次元
電子ガスは、ペアレントドナーイオンが空間的に電子ガ
スと切り離されていることから著しく高い電子移動度を
有する。換言すれば、電子は極めて長い平均自由行程を
有している。この特性は、素子を低温下に置くことで一
層増強されｊ　　　　　′″０・ ２つのオーミック電極間（１）に電圧を印加すると、２
次元電子ガス全体が電界のもとに置かれる。
個々の電子はこの電界で加速され、平均自由行程の間は
衝突なしに走りつづける。走行しながら電子は電場より
エネルギーを獲得し、白からのエネルギーを高めるいわ
ゆるホットエレクトロン状態へと移る。この余分なエネ
ルギーは個々の電子からプラズモンの形の素励起を誘起
させるのに消費されて、電子はいわゆる衝突状態に入る
。もちろん光学的フォノンの放出など他の形へのエネル
ギー遷移も起る訳であるが、本実施例の範囲ではプラズ
モン励起に優先的に消費されていく。かくして２次元電
子ガス中に集団運動“プラズモン”が励起され、これは
素子構造全体にわたる表面波プラズモンＳＷＣを励起し
たことにつながる。５１−Ｍ０８Ｆ’ＥＴの界面電子の
平均自由行程は本実施例のそれと比べてはるかに短かい
ために、５１−ＭＯＳＦＥＴではＳＷＣの励起効率が低
いという欠点があった。本実施例では根本的な改善を計
っていることから、少ない入力電力のもとでも強いＳＷ
Ｃを得ることができる利点がある。
励起されたＳＷＣは素子表面に設けたＡｕ回折格子（２
）と結合する。その結果、輻射性の電磁波に変換されて
ＳＷＣの電力の一部が外部へ放射されることになる。第
３図には試作素子を用いて測定された波長３００ミクロ
ン付近の遠赤外強度の素子入力電界強度依存性を示して
いる。入力電界が５０Ｖ／ｃｍと低い範囲で、遠赤外光
の放出が始まっていることがわかる。このように低い電
界で光放出が可能になるのは本発明の大きな特徴である
。
次に本素子を光検出に用いる実施例を示す。遠赤外光を
素子表面に照射する際に、素子の回折格子の法線角度を
調節すると入射光のエネルギーは素子内で２次元電子ガ
スのＳＷＣを直接励起する。
素子の電極間の電流−電圧特性には外部的ＳＷＣ励起に
基ずく微分抵抗増が顕著にあられれ、この信号を増幅し
てとり出すことで高い感度のセンサーとなる。
第２の実施例を第４図および第５図に示す。また、これ
らの部分拡大部を第４ａ図および第５ａ図に示す。この
実施例が前述の第１の実施例と異なるのは、結晶ウェハ
の第４の層（１６）の表面とＡｕ回折格子（１１）の間
に５０　の厚さのニオブ（Ｎｂ）金属膜（１７）を設け
ていることである。この金属膜は可視光に対しても半透
明であり、もちろん赤外、遠赤外光に対してもそうであ
る。したがって２次元電子ガスに伴なうＳＷＣもその金
属膜下に透過して、回折格子と結合できる。本実施例で
はこのＮｂ膜をゲートとして第３の電極に用いる。この
作用は、ゲートに印加した直流電圧がその直下の２次元
電子ガスに電界効果を誘起し、その結果として２次元電
子ガス密度に変調をかけて、発光波長を可変にできるこ
とである。本実施例により、遠赤外発光波長を３００ミ
クロンから長波長側に容易に電子的に変化させることが
できた。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は各々本実施例の平面図、新年面図
を示す図で、第１ａ図および第２ａ図は第１図および第
２図の部分拡大図で、第３図は本実施例の素子を用いた
遠赤外放射実験の１例で印加電界強度と放射遠赤外出力
の関係を示す図、第４図および第５図は本実施例の別の
態様の平面図、断面図を示す。第４ａ図および第５ａ図
は第４図および第５図の部分拡大図である。 図中の記号は以下の通りである。 ｌ・・・ＡｕＧｅＮｉオーミック電極、２・Ａｕ回折格
子、 ３・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ４　ノンド−プＧａＡｓ。 ５・・・ノンドープＡ兇ＧａＡｓ。 ６−ｎ”　Ａ　ｊｊＧａＡｓ。 ７　ノンドープＡ兇ＧａＢｓ。 １０−Ａ　ｕＧ　ｅＮ　ｉオーミック電極、１１　　ニ
オブ（Ｎ　ｂ）金属膜上に形成されたＡｕ回折格子、 １２　　半絶縁性ＧａＡｓ基板、 １３・ノンド−プＧ　ａＡ　ｓ。 １４−・・ノンドープＡ克ＧａＡｓ。 ＋５−　ｎ”　Ａ　ｊｉｊＧａＡｓ。 １６・・ノンドープＡｊｉ！ＧａＡｓ。 １７・・ニオブ薄膜上に形成したＡｕ回折格子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性結晶面上にノンドープで成る第１結晶薄層
    、第１結晶薄層よりも電子親和力の小さな組成を有する
    ノンドープで成る第２結晶極薄層、第２結晶薄層と同一
    組成で高い濃度の不純物を含有する第３薄層および第２
    薄層と同一組成でノンドープで成る第４薄層を連続エピ
    タキシャル成長したウェハであって、選択エッチングで
    現われた第３薄層面上に２箇所のオーミック電極を設け
    、該オーミック電極間の第４薄層面上に良導体金属の回
    折格子を具備することを特徴とする半導体装置。 ２、オーミック電極間の第４薄層面上に金属極薄膜を３
    ０〜１００の厚さで設けてゲート電極とし、該金属極薄
    膜上に良導体金属の回折格子を備える第１項記載の半導
    体装置。
JP8088785A 1985-04-15 1985-04-15 半導体装置 Expired - Lifetime JPH0614563B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8088785A JPH0614563B2 (ja) 1985-04-15 1985-04-15 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8088785A JPH0614563B2 (ja) 1985-04-15 1985-04-15 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61239679A true JPS61239679A (ja) 1986-10-24
JPH0614563B2 JPH0614563B2 (ja) 1994-02-23

Family

ID=13730854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8088785A Expired - Lifetime JPH0614563B2 (ja) 1985-04-15 1985-04-15 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0614563B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073707A1 (fr) * 2001-03-12 2002-09-19 Japan Science And Technology Corporation Dispositif d'emission de lumiere a plasmon de faible dimension
JP2008187168A (ja) * 2006-12-27 2008-08-14 Fraunhofer Ges Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev 半導体構造間の配線網、集積回路及び信号を送信するための方法
JP2009238940A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 National Univ Corp Shizuoka Univ フォトダイオード及びそれを含む撮像素子
WO2012073539A1 (ja) * 2010-12-01 2012-06-07 住友電気工業株式会社 受光素子、検出装置、半導体エピタキシャルウエハ、およびこれらの製造方法
WO2012073934A1 (ja) * 2010-12-01 2012-06-07 住友電気工業株式会社 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、これらの製造方法および検出装置
JP2012256826A (ja) * 2010-12-01 2012-12-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、これらの製造方法および検出装置
WO2013179901A1 (ja) * 2012-05-30 2013-12-05 住友電気工業株式会社 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、検出装置および受光素子の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5851575A (ja) * 1981-09-22 1983-03-26 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5851575A (ja) * 1981-09-22 1983-03-26 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073707A1 (fr) * 2001-03-12 2002-09-19 Japan Science And Technology Corporation Dispositif d'emission de lumiere a plasmon de faible dimension
JP2002270891A (ja) * 2001-03-12 2002-09-20 Japan Science & Technology Corp 低次元プラズモン発光装置
US6946674B2 (en) 2001-03-12 2005-09-20 Japan Science And Technology Corporation Low-dimensional plasmon light emitting device
JP2008187168A (ja) * 2006-12-27 2008-08-14 Fraunhofer Ges Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev 半導体構造間の配線網、集積回路及び信号を送信するための方法
JP2009238940A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 National Univ Corp Shizuoka Univ フォトダイオード及びそれを含む撮像素子
WO2012073934A1 (ja) * 2010-12-01 2012-06-07 住友電気工業株式会社 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、これらの製造方法および検出装置
WO2012073539A1 (ja) * 2010-12-01 2012-06-07 住友電気工業株式会社 受光素子、検出装置、半導体エピタキシャルウエハ、およびこれらの製造方法
JP2012256826A (ja) * 2010-12-01 2012-12-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、これらの製造方法および検出装置
US9312422B2 (en) 2010-12-01 2016-04-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Light receiving element, semiconductor epitaxial wafer, method for manufacturing the light receiving element, method for manufacturing the semiconductor epitaxial wafer, and detecting device
WO2013179901A1 (ja) * 2012-05-30 2013-12-05 住友電気工業株式会社 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、検出装置および受光素子の製造方法
CN103843158A (zh) * 2012-05-30 2014-06-04 住友电气工业株式会社 光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法
US9391229B2 (en) 2012-05-30 2016-07-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Light receiving element, semiconductor epitaxial wafer, detecting device, and method for manufacturing light receiving element
CN103843158B (zh) * 2012-05-30 2016-09-28 住友电气工业株式会社 光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0614563B2 (ja) 1994-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11231318B2 (en) Photoconductive detector device with plasmonic electrodes
EP1134814B1 (en) Millimeter wave and far-infrared detector
US7705306B2 (en) Infrared photodetector
US7834264B2 (en) Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom
US20070215808A1 (en) Detection device and image forming device
JP5582822B2 (ja) 電磁波発生装置
JP5940656B2 (ja) 光検出器
JPH033268A (ja) 赤外線撮像装置及びその製造方法
US20060153262A1 (en) Terahertz quantum cascade laser
JP2018098263A (ja) 量子カスケード半導体レーザ
JPS61239679A (ja) 半導体装置
JP4107354B2 (ja) ミリ波・遠赤外光検出器
Choi et al. THz hot-electron micro-bolometer based on low-mobility 2-DEG in GaN heterostructure
JPH0243777A (ja) 量子井戸放射線検出素子
US9812642B2 (en) Radiation source and method for the operation thereof
JPH114017A (ja) 光学装置
JPH06109534A (ja) エッジチャネルに断熱輸送を生じる半導体素子
JPH01179490A (ja) 半導体輻射装置
JPH07307462A (ja) 半導体装置およびその製造方法
US20240004263A1 (en) Systems and Methods for Wavelength Conversion through Plasmon-Coupled Surface States
Ramaswamy et al. 2DEG GaN hot electron microbolometers and quantum cascade lasers for THz heterodyne sensing
JPH05175535A (ja) 量子化Ｓｉ光半導体装置
JPH04297078A (ja) 電荷密度波装置
JP2014082273A (ja) 量子ドット型赤外線検出器、赤外線検出装置、及び赤外線検出方法
JPH08110502A (ja) 光半導体装置