JPS62190779A - 集積形受光器 - Google Patents

集積形受光器

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JPS62190779A
JPS62190779A JP61031946A JP3194686A JPS62190779A JP S62190779 A JPS62190779 A JP S62190779A JP 61031946 A JP61031946 A JP 61031946A JP 3194686 A JP3194686 A JP 3194686A JP S62190779 A JPS62190779 A JP S62190779A
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JP
Japan
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layer
type
ingaas
effect transistor
receiving element
Prior art date
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Pending
Application number
JP61031946A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Hata
進 秦
Mutsuo Ikeda
池田 睦夫
Hiroshi Yasaka
洋 八坂
Shingo Uehara
上原 信吾
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は受光素子と電気増幅器が集積化された光伝送用
の高性能受光器に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のこの種の装置の一例を第3図に示す。この受光器
は、たとえば特願昭58−176368に示されている
。半絶縁性InP基板1上にn形I nGaAs層2が
積層されており、同層2内にp形1 nC;aAs層3
.4が形成されている。ここで、受光素子であるPIN
フォトダイオードはn形InGaAs層2. p形In
GaAs層3で構成され、また電気増幅素子である電界
効果トランジスタはnlInGaAs層2.  I)形
1 nGaAs層4で構成されている。すなわち、電界
効果トランジスタにおいては、ドレイン電極5.ソース
電極6.ゲート電極7でもって半導体層2,4に電気的
接触が得られるようになされている。
本構成においては、第3図より明らかなように、n形I
nGaAs層2は、PINフォトダイオードの活性層(
感光層)であるとともに電界効果トランジスタの活性層
にもなっている。ところで、ここに示す集積形受光器に
おいては、PINフォトダイオードと電界効果トランジ
スタとでは、その活性層に対する要求条件は相反するも
のになっている。すなわち、PINフォトダイオードで
のInGaAs層は低キヤリア濃度で且つ厚い層が要求
されるのに対し、電界効果トランジスタのそれでは高キ
ャリア濃度、薄い層が要求される。これは、高性能集積
形受光器を得るには、PINフォトダイオードでは低容
量化が不可欠となり、電界効果トランジスタでは高伝達
コンダクタンス化が不可欠となるためであり、これらは
上述のInGaAs層の条件下で達成できる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、従来の構造においては、PINフォトダ
イオードと電界効果トランジスタとが同InGaAs層
2を活性層として共有しているため、両者の構造を最適
なものにすることができなかった。また、受光素子と電
界効果トランジスタとにそれぞれ別個に異なるInGa
As層を設けることは層構造が複雑になり、製造が困難
になるなどの欠点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
このような欠点を除去するために本発明は、半絶縁性I
nP基板上に、n第1 nGaAsを感光層とする受光
素子と、n形InGaAsとInAj2As層とのヘテ
ロ界面に形成された二次元電子ガス層を電流チャネルと
して用いる電界効果トランジスタとが隣接して構成され
るようにしたちのである。
〔作用〕
本発明においては、受光素子と電気増幅素子の画素子の
n形■nGaAs層への要求条件を全く同一にすること
ができる。
〔実施例〕
まず本発明の概要について説明する。本発明は、電気増
幅素子に二次元電子ガスを利用した電界効果トランジス
タを採用することにより、電流チャネル層となるInG
aAs層と受光素子の感光層となるI nGaAs層が
同一仕様になるようにしたことを最も主要な特徴とする
。すなわち、従来のこの種装置では、電界効果トランジ
スタにはpn接合ゲート構造あるいはショットキゲート
構造が用いられているため、これらの電流チャネルの形
成されるInGaAs層のキャリア濃度は高く且つ膜厚
も薄く設定されている。これに対し、本発明においては
、I nGaAs層の移動度は高く、すなわち低キヤリ
ア濃度に設定される。この条件は、受光素子の感光層に
対するものと全く同一である。
第1図は本発明に係わる集積形受光器の第1の実施例を
示す断面図である。半絶縁性半導体基板10上にn形I
nP層又はn形InA#As層11、高純度1 nGa
As層12.高抵抗InAl1AS113.n形i n
A/As層14が積層された構成において、二次元電子
ガス電界効果トランジスタと受光素子(本実施例ではP
INフォトダイオード)が集積化されている。電界効果
トランジスタはドレイン電極17.ゲート電極18.ソ
ース電極19で構成される。電流チャネルはInGaA
s層12層内のI nGaAs層12.InAlAs層
13ヘテロ界面に形成される二次元電子ガス層に誘起さ
れる。この電子ガス層内の電子はn第1 nA7!As
層14より供給される。また、電子ガス層内電子の移動
度はl nGaAs層12の移動度により規定される。
したがって、二次元電子ガス電界効果トランジスタの伝
達コンダクタンスを大きくするには、I nGaAs層
12の移動度を高く、すなわち、高純度にすることが必
要である。
この電界効果トランジスタを動作させるには、ソース電
極19に対してドレイン電極を+4V。
ゲート電極を−0,5■にそれぞれ印加した状態におい
て、ゲート電極18.ソース電極19の端子間に信号電
圧を入力する。この信号電圧はPINフォトダイオード
により供給される。PINフォトダイオードは、InG
aAs層12と同層内に設けられたp形InGaAs層
15により構成され、n側電極20.n側電極21がそ
れぞれの層にオーミック接触されている。なお、22は
表面絶縁膜である。
このPINフォトダイオードを動作させるには、まずn
側電極21に対してn側電極20を一4■に印加する。
この状態において、波長1.3ミクロンの信号光23が
PINフォトダイオードの受光部に入射される。I n
AI!As層16はこの光に対しては透明であるため、
入射光はInGaAs層15.12に損失を受けること
なく到達する。
InGaAs層12は波長1.6ミクロンまでの光を十
分効率良く吸収するため、1.3ミクロンの入射信号光
はI nGaAs層12内において十分効率良く電気信
号に変換される。なお、感光層となるInGaAs層1
2では、キャリア濃度は5×IQ”cm−’以下である
ことが望まれる。
この変換された電気信号は電極20.21を通して外部
回路に取り出される。外部回路には約1にΩの抵抗がP
INフォトダイオードの負荷として接続されている。こ
の抵抗両端に生じた電圧変化は電極18.19に入力さ
れる。この電圧変化が前述したように電界効果トランジ
スタへの入力信号となる。電界効果トランジスタにより
増幅された信号は電極17より取り出される。
以上の説明では、受光素子としてPINフォトダイオー
ドを用いた装置について述べたが、第2図の第2の実施
例に示す如くショットキフォトダイオードを用いて構成
することもできる。第2図において第1図と同一部分又
は相当部分には同一符号が付しである。第2図において
、ショットキフォトダイオードの感光層はInGaAs
層12であり、ショットキ電極としてAN電極24が設
けられている。このショットキフォトダイオードで構成
した装置の動作についても、第1図の実施例と同様であ
る。
以上説明したように、受光素子の感光層と電界効果トラ
ンジスタの活性層は同一1 nGaAs層12内に形成
されている。このInGaAsJi12では、受光素子
においては5 X 10 ”am−’以下の低キヤリア
濃度が望ましく、また、電界効果トランジスタにおいて
は移動度10000cm2/ V・S以上の高純度が望
ましい。これらの条件はほぼ同義であり、前者の性能下
では後者はほぼ自動的に達成される。このように、受光
素子と電気増幅器が集積化された集積形受光器において
、電気増幅器に二次元電子ガス利用電界効果トランジス
タを用いることにより、I nGaAs層12への要求
条件を両者に共通化することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、InGaAs層を感光層
とする受光素子とInA7!As/InGaAsヘテロ
接合に形成される二次元電子ガス層を用いた電界効果ト
ランジスタとを隣接して構成したことにより、画素子の
I nGaAs層への要求条件を全く同一にすることが
でき、これにより、InGaAs層を共通層とすること
ができるので、同一半導体基板上に集積化された受光素
子と電界効果トランジスタとをそれぞれ個別に最適構造
とすることができ、装置を構成する層構造を簡単化する
ことができる効果がある。
また、電界効果トランジスタの電流チャネルはI nA
nAs/I nGaAsヘテロ界面近傍に局在するため
、I nGaAs層の厚さを受光素子に合わせて3ミク
ロン以上としても、電界効果トランジスタの特性劣化を
もたらすことはないという効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる集積形受光器の一実施例を示す
断面図、第2図は他の実施例を示す断面図、第3図は従
来の集積形受光器を示す断面図である。 10・・・・半絶縁性InP基板、11・・・・n形I
nP層又はn形InAA’As層、12・・・・n形1
 nGaAs層、13・・・・高抵抗I nAjlAs
層、14・・・・n形I nAj!As層、15・・・
・p形InGaAs層、16・・・・p形1nAj!A
s層、17・・・・ドレイン電極、18・・・・ゲート
電極、19・・・・ソース電極、20・・・・p側電極
、21・・・・n側電極、22・・・・表面絶縁膜、2
3・・・・入射光信号、24・・・・ショットキ電極。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半絶縁性InP基板上に、n形InGaAsを感
    光層とする受光素子と、前記n形InGaAsとInA
    lAs層とのヘテロ界面に形成された二次元電子ガス層
    を電流チャネルとして用いる電界効果トランジスタとが
    隣接して構成されたことを特徴とする集積形受光器。
  2. (2)受光素子は、半絶縁性InP基板上に順次積層さ
    れたn形InP層又はn形InAlAs層、n形InG
    aAs層、高抵抗InAlAs層から成り、電界効果ト
    ランジスタは、前記受光素子に接し、前記n形InP層
    又はn形InAlAs層、n形InGaAs層、高抵抗
    InAlAs層およびこの高抵抗InAlAs上に形成
    されたn形InAlAs層より成ることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の集積形受光器。
  3. (3)受光素子は、PINフォトダイオードで構成され
    たことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の集積形
    受光器。
  4. (4)受光素子は、ショットキフォトダイオードで構成
    されたことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の集
    積形受光器。
  5. (5)n形InGaAs層は、キャリア濃度を5×10
    ^1^5cm^−^3以下、移動度を10000cm^
    2/V・s以上、厚さを3μm以上にしたことを特徴と
    する特許請求の範囲第2項、第3項又は第4項記載の集
    積形受光器。
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