JPS6127686A - 非晶質半導体の超格子構造を有する受光素子 - Google Patents
非晶質半導体の超格子構造を有する受光素子Info
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- JPS6127686A JPS6127686A JP59147958A JP14795884A JPS6127686A JP S6127686 A JPS6127686 A JP S6127686A JP 59147958 A JP59147958 A JP 59147958A JP 14795884 A JP14795884 A JP 14795884A JP S6127686 A JPS6127686 A JP S6127686A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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-
- H01L31/035245—
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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。
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、非晶質材料からなる超格子構造を用いた受光
素子に関し、特に電子とホールが空間的に異なる層を走
行する超格子構造を有する高効率、高速応答可能な非晶
質受光素子に関するものである。
素子に関し、特に電子とホールが空間的に異なる層を走
行する超格子構造を有する高効率、高速応答可能な非晶
質受光素子に関するものである。
〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕従来、
超格子構造を有する受光素子は、結晶半導体材料を用い
てのみ製作されているが、その製作は、各層間での格子
整合を取りうる材料のみに限られ、また分子線エピクキ
シ技術や有機金属化学気相成長゛技術などの高度な結晶
成長技術が必要不可欠となっていた。
超格子構造を有する受光素子は、結晶半導体材料を用い
てのみ製作されているが、その製作は、各層間での格子
整合を取りうる材料のみに限られ、また分子線エピクキ
シ技術や有機金属化学気相成長゛技術などの高度な結晶
成長技術が必要不可欠となっていた。
これに対し、非晶質半導体は結晶半導体に比べて光吸収
係数が大きく、非晶質材料を用いた超格子構造の製作に
おいては、各層間の格子整合を重視する必要がない点で
結晶超格子構造の製作に常にともなっていた大きな障害
が除かれ、素子の設計、製作の自由度を大幅に拡大でき
る。また、通常の結晶成長に必要な温度（たとえば６０
０〜８００℃）よりもはるかに低温、たとえば３００℃
以下において、制御が容易で大面積化も可能な非晶質薄
膜製作方法として、原料ガスのグロー放電分解法を適用
できるという大きな利点がある。しかし、非晶質半導体
は、キャリアの寿命や移動度がかなり小さいため、単純
に超格子構造を適用しても、高感度および高速応答の特
性をもつ受光素子が得られないという問題があった。
係数が大きく、非晶質材料を用いた超格子構造の製作に
おいては、各層間の格子整合を重視する必要がない点で
結晶超格子構造の製作に常にともなっていた大きな障害
が除かれ、素子の設計、製作の自由度を大幅に拡大でき
る。また、通常の結晶成長に必要な温度（たとえば６０
０〜８００℃）よりもはるかに低温、たとえば３００℃
以下において、制御が容易で大面積化も可能な非晶質薄
膜製作方法として、原料ガスのグロー放電分解法を適用
できるという大きな利点がある。しかし、非晶質半導体
は、キャリアの寿命や移動度がかなり小さいため、単純
に超格子構造を適用しても、高感度および高速応答の特
性をもつ受光素子が得られないという問題があった。
本発明は、電子とホールをそれぞれ空間的に異なるポテ
ンシャル井戸に閉じ込める超格子構造を用いることによ
り、キャリアの寿命と移動度を増大させ、大面積で高効
率、高速応答可能な非晶質半導体受光素子を提供する。
ンシャル井戸に閉じ込める超格子構造を用いることによ
り、キャリアの寿命と移動度を増大させ、大面積で高効
率、高速応答可能な非晶質半導体受光素子を提供する。
以下に、本発明の詳細を実施例にしたがって説明する。
第１図は、本発明による超格子構造をもつ非晶質半導体
の受光素子の１実施例の断面およびエネルギーバンドを
示し、図において、１は受光素子、２は絶縁物または高
抵抗材料の基板、３はＳ８およびＳ ｉ ＋−ｘ Ｃｘ
の２種類の非晶質半導体の極めて薄い層を交互に積層形
成した一＼テロ接合の超格子構造体、４は超格子構造を
保護するための絶縁層、５および６はオーミック電極、
７は超格子構造体３の一部のエネルギーバンド図、８は
非晶質Ｓ４層、９は非晶質Ｓ ｚ ＋−ｘ Ｃｘ層を表
す。
の受光素子の１実施例の断面およびエネルギーバンドを
示し、図において、１は受光素子、２は絶縁物または高
抵抗材料の基板、３はＳ８およびＳ ｉ ＋−ｘ Ｃｘ
の２種類の非晶質半導体の極めて薄い層を交互に積層形
成した一＼テロ接合の超格子構造体、４は超格子構造を
保護するための絶縁層、５および６はオーミック電極、
７は超格子構造体３の一部のエネルギーバンド図、８は
非晶質Ｓ４層、９は非晶質Ｓ ｚ ＋−ｘ Ｃｘ層を表
す。
なお、超格子構造体３の各層の厚さＷは本実施例の場合
はぼ３０人であるが、数百Å以下、たとえば２０乃至５
００人の範囲の適当な値に設計される。また非晶質Ｓ、
層８および非晶質５ｉｔ−ｘＣＸ層９におりる各禁制帯
の幅Ｅｇｌ、Ｅ９□は、Ｅ９１〈Ｅ９□の関係にある。
はぼ３０人であるが、数百Å以下、たとえば２０乃至５
００人の範囲の適当な値に設計される。また非晶質Ｓ、
層８および非晶質５ｉｔ−ｘＣＸ層９におりる各禁制帯
の幅Ｅｇｌ、Ｅ９□は、Ｅ９１〈Ｅ９□の関係にある。
さらに、非晶質Ｓ８層８はホールのポテンシャル井戸と
なり、非晶質Ｓ工１−ＸＣＸ層９ば電子のポテンシャル
井戸となっている。
なり、非晶質Ｓ工１−ＸＣＸ層９ば電子のポテンシャル
井戸となっている。
この結果、図示のように光が入射すると、入射光子のエ
ネルギーがＥ９．よりも大きければ、非晶質８８層８の
価電子帯内の電子は伝導帯まで励起され（ｅで示す）、
さらにエネルギー的に安定な電子のポテンシャル井戸で
ある非晶質Ｓｉ ＋−ｘ Ｃ８層９へ流れ込んで、ここ
に閉し込められる。他方、非晶質Ｓ５層８に生じたホー
ル（■で示す）は、非晶質Ｓ１層８がホールのポテンシ
ャル井戸であるため、ここに閉じ込められる。このよう
にして生成された電子およびボールは、オーミック電極
５．６に印加されている電圧の極性に応じて、それぞれ
の層の内部に拘束されたまま平行して輸送され、電流と
して取り出される。
ネルギーがＥ９．よりも大きければ、非晶質８８層８の
価電子帯内の電子は伝導帯まで励起され（ｅで示す）、
さらにエネルギー的に安定な電子のポテンシャル井戸で
ある非晶質Ｓｉ ＋−ｘ Ｃ８層９へ流れ込んで、ここ
に閉し込められる。他方、非晶質Ｓ５層８に生じたホー
ル（■で示す）は、非晶質Ｓ１層８がホールのポテンシ
ャル井戸であるため、ここに閉じ込められる。このよう
にして生成された電子およびボールは、オーミック電極
５．６に印加されている電圧の極性に応じて、それぞれ
の層の内部に拘束されたまま平行して輸送され、電流と
して取り出される。
本発明による受光素子の高効率、高速応答特性は、次の
２つの理由によって実現される。
２つの理由によって実現される。
第１には、超格子構造体内に形成されたポテンシャル井
戸層に閉じ込められたキャリア（電子およびホール）が
、井戸層の幅Ｗがド・ブロイ波長程度（数十人）に狭い
場合に、量子サイズ効果により、２次元平面内にのみ分
布するいわゆる２次元キャリアガス状態となることによ
る。すなわちこの２次元キャリアガス状態においては、
井戸層内でのキャリア輸送時の散乱は、２次元等エネル
ギー面内の散乱のみが支配的となって、キャリア散乱確
率が減少するため、キャリア移動度が増大することにな
る。
戸層に閉じ込められたキャリア（電子およびホール）が
、井戸層の幅Ｗがド・ブロイ波長程度（数十人）に狭い
場合に、量子サイズ効果により、２次元平面内にのみ分
布するいわゆる２次元キャリアガス状態となることによ
る。すなわちこの２次元キャリアガス状態においては、
井戸層内でのキャリア輸送時の散乱は、２次元等エネル
ギー面内の散乱のみが支配的となって、キャリア散乱確
率が減少するため、キャリア移動度が増大することにな
る。
第２には、第１図のエネルギーバンド図７に示されるよ
うに、電子とホールは、空間的に分離された異なるポテ
ンシャル井戸層内を走行するため、再結合確率が極めて
小さくなり、キャリアの寿命が著しく増大することによ
るものである。
うに、電子とホールは、空間的に分離された異なるポテ
ンシャル井戸層内を走行するため、再結合確率が極めて
小さくなり、キャリアの寿命が著しく増大することによ
るものである。
次に、第２図に本発明による他の受光素子の１実施例を
示す。第２図は、非晶質半導体Ｓ１の極めて薄い薄膜（
数百Å以下、たとえば２０乃至５００人の範囲）をｎｉ
ｐｉ構造に多層積層して製作したホモ接合超格子構造体
を受光素子に使用した例であり、そのエネルギーバンド
ばて示したものである。動作は、第１図に示した例と全
く同様に行われる。
示す。第２図は、非晶質半導体Ｓ１の極めて薄い薄膜（
数百Å以下、たとえば２０乃至５００人の範囲）をｎｉ
ｐｉ構造に多層積層して製作したホモ接合超格子構造体
を受光素子に使用した例であり、そのエネルギーバンド
ばて示したものである。動作は、第１図に示した例と全
く同様に行われる。
なお、本実施例で使用された非晶質半導体の５ｉ−３ｉ
Ｉ−ｘ ＣＸば、本発明に適用可能なものの１例にす
ぎないもので広い範囲の材料の組み合わせが可能である
。
Ｉ−ｘ ＣＸば、本発明に適用可能なものの１例にす
ぎないもので広い範囲の材料の組み合わせが可能である
。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、電子とホールが空間
的に異なる層を走行する超光子構造を使用することで、
キャリアの移動度の増大および再結合確率の減少による
寿命の増大が図られ、人面積で高効率、高速応答可能な
非晶質半導体の受光素子を得ることができる。
的に異なる層を走行する超光子構造を使用することで、
キャリアの移動度の増大および再結合確率の減少による
寿命の増大が図られ、人面積で高効率、高速応答可能な
非晶質半導体の受光素子を得ることができる。
第１図は本発明による受光素子の１実施例の構造および
エネルギーバンドを示す図、第２図は本発明による他の
受光素子の実施例のエネルギーバンドを示す図である。 図中、１は受光素子、２は基板、３は超格子構造体、４
は絶縁層、５および６はオーミック電極、７はエネルギ
ーバンド図、８ば非晶質Ｓ８層、９は非晶質Ｓ 、 ＋
−１ｘ ｃ、層を示す。
エネルギーバンドを示す図、第２図は本発明による他の
受光素子の実施例のエネルギーバンドを示す図である。 図中、１は受光素子、２は基板、３は超格子構造体、４
は絶縁層、５および６はオーミック電極、７はエネルギ
ーバンド図、８ば非晶質Ｓ８層、９は非晶質Ｓ 、 ＋
−１ｘ ｃ、層を示す。
Claims (2)
- （１）禁制帯幅の異なる２種類の非晶質半導体の極めて
薄い薄膜を交互に積層して形成したヘテロ接合からなり
、電子とホールに対するポテンシャル井戸がそれぞれ隣
接する層に分かれて存在する超格子構造を有する受光素
子。 - （２）ｐ、ｎ制御可能な非晶質半導体の極めて薄い薄膜
をｎｉｐｉ構造に多層積層して形成したホモ接合超格子
構造を有する受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59147958A JPH0732260B2 (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 非晶質半導体の超格子構造を有する受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59147958A JPH0732260B2 (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 非晶質半導体の超格子構造を有する受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6127686A true JPS6127686A (ja) | 1986-02-07 |
| JPH0732260B2 JPH0732260B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=15441926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59147958A Expired - Lifetime JPH0732260B2 (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 非晶質半導体の超格子構造を有する受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732260B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62165129A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-07-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 光センサ |
| JPS6356964A (ja) * | 1986-08-27 | 1988-03-11 | Nec Corp | 半導体光伝導形受光素子 |
| WO1991002381A1 (en) * | 1989-08-04 | 1991-02-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Photo-electric converter |
| US5065205A (en) * | 1989-05-12 | 1991-11-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Long wavelength, high gain InAsSb strained-layer superlattice photoconductive detectors |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56133883A (en) * | 1980-03-24 | 1981-10-20 | Seisan Gijutsu Shinko Kyokai | Photoelectric transducer |
-
1984
- 1984-07-17 JP JP59147958A patent/JPH0732260B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56133883A (en) * | 1980-03-24 | 1981-10-20 | Seisan Gijutsu Shinko Kyokai | Photoelectric transducer |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62165129A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-07-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 光センサ |
| JPS6356964A (ja) * | 1986-08-27 | 1988-03-11 | Nec Corp | 半導体光伝導形受光素子 |
| US5065205A (en) * | 1989-05-12 | 1991-11-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Long wavelength, high gain InAsSb strained-layer superlattice photoconductive detectors |
| WO1991002381A1 (en) * | 1989-08-04 | 1991-02-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Photo-electric converter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0732260B2 (ja) | 1995-04-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |