JPS62281478A - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JPS62281478A JPS62281478A JP61125463A JP12546386A JPS62281478A JP S62281478 A JPS62281478 A JP S62281478A JP 61125463 A JP61125463 A JP 61125463A JP 12546386 A JP12546386 A JP 12546386A JP S62281478 A JPS62281478 A JP S62281478A
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- semiconductor
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Links
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Landscapes
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
（産業上の利用分野）
本発明は半導体材料を用いた光検出器に関するものであ
る。
る。
（従来の技術）
現在、種々の光システムの中で光信号を電気信号に変換
するための光検出器としては、半導体材料によるフォト
ダイオード（ＰＤ）やアバランシェ・フォトダイオード
（ＡＰＤ）が広く用いられている。近年、これに対し光
導電現象を利用したＰ Ｃ（Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｖｅ ）光検出器は、高速性、低雑音性に優れ、
低電圧で動作し、構造が簡単である等の利点から注目さ
れ研究が盛んになってきている。
するための光検出器としては、半導体材料によるフォト
ダイオード（ＰＤ）やアバランシェ・フォトダイオード
（ＡＰＤ）が広く用いられている。近年、これに対し光
導電現象を利用したＰ Ｃ（Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｖｅ ）光検出器は、高速性、低雑音性に優れ、
低電圧で動作し、構造が簡単である等の利点から注目さ
れ研究が盛んになってきている。
第２図は従来のＰＣ光検出器の構造を示す断面図であり
、光吸収層としてＩｎＧａＡｓを用いた１μｍ帯用のデ
バイスの一例を示している。Ｔ？ｅをドープした半絶縁
性ＩｎＰ基板１１上に光吸収層となるｎあるいはｉ −
工ｎＧａＡｓ Ｌ ２’が液相あるいは気相、分子線エ
ピタキシャル法により成長され、ＩｎＧａＡｓ 層１
２上に一対のオーム性電極Ｌ ３ ａ、 Ｌ ３ ｂ
ｂ； Ａ、ｕＧｅＮｉにより形成されている。これらオ
ーム性電極Ｌ ３ ａ＋ ｔ ３ ｂ間にバイアスを
印加し、オーム性電鷺Ｌ ３ ａ＋ １３ ｂ間のＩ
ｎＧａＡｓ 層１２に検出すべき光信号を入射させれ
ばＩｎＧａＡｓ層１２中の光導電現象により、オーム性
電□□□Ｌ ３ ａ、 Ｌ ３ ｂ間に光電変換され
た電気信号をとり出すことができる。
、光吸収層としてＩｎＧａＡｓを用いた１μｍ帯用のデ
バイスの一例を示している。Ｔ？ｅをドープした半絶縁
性ＩｎＰ基板１１上に光吸収層となるｎあるいはｉ −
工ｎＧａＡｓ Ｌ ２’が液相あるいは気相、分子線エ
ピタキシャル法により成長され、ＩｎＧａＡｓ 層１
２上に一対のオーム性電極Ｌ ３ ａ、 Ｌ ３ ｂ
ｂ； Ａ、ｕＧｅＮｉにより形成されている。これらオ
ーム性電極Ｌ ３ ａ＋ ｔ ３ ｂ間にバイアスを
印加し、オーム性電鷺Ｌ ３ ａ＋ １３ ｂ間のＩ
ｎＧａＡｓ 層１２に検出すべき光信号を入射させれ
ばＩｎＧａＡｓ層１２中の光導電現象により、オーム性
電□□□Ｌ ３ ａ、 Ｌ ３ ｂ間に光電変換され
た電気信号をとり出すことができる。
（発明が解決しようとする問題点）
このようなＰＣ光検出器は、高速のパルス光信号を受光
した場合に得られる応答信号の立上り時間が数Ｌ ＯＯ
ｐｓｅｃ程度以下であり、非常に高速に応答する。しか
し、この従来のＰＣ光検出器では、立下りには数Ｔｌｌ
３＠Ｃ程度のすそ引きが生じる。
した場合に得られる応答信号の立上り時間が数Ｌ ＯＯ
ｐｓｅｃ程度以下であり、非常に高速に応答する。しか
し、この従来のＰＣ光検出器では、立下りには数Ｔｌｌ
３＠Ｃ程度のすそ引きが生じる。
この原因は、光照射により生成された正孔・電子対のう
ち正孔の移動度が電子のそれに比へＡｏ程ｖ（ＩｎＧａ
Ａｓでは電子移動度約８０００ｃｒｎ／Ｖｓ、正孔移動
度約２００ ｃｒｒｔ２／Ｖｓ’ ）と小さいことと、
ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２内の厚さ方向（Ｘ方向）Ｋ正
孔および電子を加速するＹ方向の電界強度が減少するこ
とにある（雑誌「アプライド・フィツクス・レターズ（
ＡｐｐＣＰｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、、 ）Ｊ 、第４４巻
、第１号、１９８４年、９９〜１０１頁参照）６つまり
、光吸収層内の表面から深く内部に入った部分で吸収さ
れた光により生成された正孔は元元移動度が低く、かつ
加速のための電界強度も弱いから電櫃間走行時間が長く
なり、これが応答のすそ引きとなって現われる。
ち正孔の移動度が電子のそれに比へＡｏ程ｖ（ＩｎＧａ
Ａｓでは電子移動度約８０００ｃｒｎ／Ｖｓ、正孔移動
度約２００ ｃｒｒｔ２／Ｖｓ’ ）と小さいことと、
ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２内の厚さ方向（Ｘ方向）Ｋ正
孔および電子を加速するＹ方向の電界強度が減少するこ
とにある（雑誌「アプライド・フィツクス・レターズ（
ＡｐｐＣＰｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、、 ）Ｊ 、第４４巻
、第１号、１９８４年、９９〜１０１頁参照）６つまり
、光吸収層内の表面から深く内部に入った部分で吸収さ
れた光により生成された正孔は元元移動度が低く、かつ
加速のための電界強度も弱いから電櫃間走行時間が長く
なり、これが応答のすそ引きとなって現われる。
この問題を解決するための手段として雑誌［アプライド
・フィツクス・レターズ＊（Ａｐｐｌ。
・フィツクス・レターズ＊（Ａｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ 、 Ｌｅｔｔ、 ） Ｊ第４５巻、第１０号
、１０８３〜１０８５頁、１９８３年に述べられている
ように光吸収層にＦ、 ドープ、イオン注入等を行な
いキャリアの捕獲中心を導入し、キャリアの寿命を低減
することによりパルス応答のすそ引きを改善することも
提案されている。しかしながら、この方法では応答速度
は改善されるが応答感度、利得が大幅に劣化してしまう
。
、１０８３〜１０８５頁、１９８３年に述べられている
ように光吸収層にＦ、 ドープ、イオン注入等を行な
いキャリアの捕獲中心を導入し、キャリアの寿命を低減
することによりパルス応答のすそ引きを改善することも
提案されている。しかしながら、この方法では応答速度
は改善されるが応答感度、利得が大幅に劣化してしまう
。
本発明の目的は、このような問題を解決し、パルス応答
のすそ引きを改善しかつ応答感度、利得の劣化のない光
検出器を提供することにある。
のすそ引きを改善しかつ応答感度、利得の劣化のない光
検出器を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
筋述の問題点を解決し上記目的を達成するために本発明
が提供する手段は、半絶縁性または第１の導電型の半導
体基板上に形成された半導体からなる光吸収層と、この
光吸収層上に形成された一対のオーム性電極から成る光
検出器であって、前記光吸収層が比較的低キャリア濃度
の第２の導電型の半導体層とキャリア捕獲中心を多く含
む半導体層とを少くともそれぞれ１層以上含む多層構造
により形成されていることを特徴とする。
が提供する手段は、半絶縁性または第１の導電型の半導
体基板上に形成された半導体からなる光吸収層と、この
光吸収層上に形成された一対のオーム性電極から成る光
検出器であって、前記光吸収層が比較的低キャリア濃度
の第２の導電型の半導体層とキャリア捕獲中心を多く含
む半導体層とを少くともそれぞれ１層以上含む多層構造
により形成されていることを特徴とする。
（作用）
本発明の光検出器では、光吸収層が比較的低キャリア濃
度の高純度な半導体層とキャリア捕獲中心を多く含む半
導体層とから成る多層構造をなし、比較的低キャリア濃
度の高純度な半導体、層を主て電子が走行する部分、キ
ャリア捕獲中心を多く含む半導体層を移動度の低い正孔
の吸収層として用いる。このような構造の採用により、
電子の移動度は全く低下することなしに正孔の寿命を短
かくすることが出来ｇ０そこで、本発明により、応答感
度、利得を劣化させることなしに応答速度の改善が可能
となる。
度の高純度な半導体層とキャリア捕獲中心を多く含む半
導体層とから成る多層構造をなし、比較的低キャリア濃
度の高純度な半導体、層を主て電子が走行する部分、キ
ャリア捕獲中心を多く含む半導体層を移動度の低い正孔
の吸収層として用いる。このような構造の採用により、
電子の移動度は全く低下することなしに正孔の寿命を短
かくすることが出来ｇ０そこで、本発明により、応答感
度、利得を劣化させることなしに応答速度の改善が可能
となる。
（実施例１）
以下本発明につき実施例により詳細に説明する。
第１図は本発明による光検出器の第１の実施例の断面図
である。まず、本実施例の製作方法について説明する。
である。まず、本実施例の製作方法について説明する。
半絶縁性工ｎＰ基板Ｌ Ｌ （Ｆｓ ド−プ、抵抗率
ρ〉１０ ΩｃｒｒＬ）上に液相エピタキシャル成長法
（ＬＰＥ成長法）ＩＣよりＦｅドープＩ ｎ Ｇａ Ａ
ｓ 光吸収層Ｌ２ａ及びｎ −ＩｎＣ）ａＡｓ光吸収
層１２ｂ（キャリア濃度（（１ｘ ＬＯ＋ ｃＩＬ）を
それぞれ１μｍずつ成長する。このウェハ上にリフトオ
フ法又はドライエツチング法によりＡｎＧｅＮｉ ／
Ａ：ＨＮｉ Ｋよる電極パターンを形成し、Ｈ１中での
熱処理により一対のオーム性電極１３ａ。
ρ〉１０ ΩｃｒｒＬ）上に液相エピタキシャル成長法
（ＬＰＥ成長法）ＩＣよりＦｅドープＩ ｎ Ｇａ Ａ
ｓ 光吸収層Ｌ２ａ及びｎ −ＩｎＣ）ａＡｓ光吸収
層１２ｂ（キャリア濃度（（１ｘ ＬＯ＋ ｃＩＬ）を
それぞれ１μｍずつ成長する。このウェハ上にリフトオ
フ法又はドライエツチング法によりＡｎＧｅＮｉ ／
Ａ：ＨＮｉ Ｋよる電極パターンを形成し、Ｈ１中での
熱処理により一対のオーム性電極１３ａ。
１３ｂを形成する。ことで製作したデバイスではオーム
性電極Ｌ ３ ａ＝ １３ ｔｊの間隔が約５μコ、
電極長が約５０μｍである。
性電極Ｌ ３ ａ＝ １３ ｔｊの間隔が約５μコ、
電極長が約５０μｍである。
次に本実施例の動作について説明する。！復側からウェ
ハに垂直に光を入射すると光吸収層中で光は吸収され表
面から次第にパワーが減少する。
ハに垂直に光を入射すると光吸収層中で光は吸収され表
面から次第にパワーが減少する。
光の波長を１．３μｍとするとＩｎＧａＡｓ中の光の侵
入深さは約１．５μｍであるから、入射光のうちの大部
分けｎ −ｒｎＧａＡｓ 光吸収層１２ｂで吸収され
、一部はＦｅ ドープＩｎＧａＡｓ光吸収層Ｌ２ａで
吸収される。ｎ −ＩｎＧａＡｓ光吸収層ＬＺｂ中では
オーム性電極１３ａ＋１３ｂに近いから正孔〉よび電子
を加速するための電界は強〜・。一方ＦｅドープＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層Ｌ２ａはオーム性電極Ｌ３ａｒ１３ｂか
ら遠いから電界強度が低く通常この部分で吸収された光
により生成された正孔はパルス応答のすそ引きの原因と
なる。しかじ本実施例では電界強度の弱い部分の光吸収
層１２ａがＦｅ ドープによりキャリア捕獲中心を多
く含んでおり正孔寿命はｌ ｎ５ｅｃ程度以下の短いも
のになる。しかも光の大部分はキャリア移動度の大きな
ｎ −ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光吸収層成２ｂ中るから
応答感度、利得はＦａ ドープＩｎＧａＡＳ光吸収層Ｌ
２ａの導入により大きな劣化は生じない。
入深さは約１．５μｍであるから、入射光のうちの大部
分けｎ −ｒｎＧａＡｓ 光吸収層１２ｂで吸収され
、一部はＦｅ ドープＩｎＧａＡｓ光吸収層Ｌ２ａで
吸収される。ｎ −ＩｎＧａＡｓ光吸収層ＬＺｂ中では
オーム性電極１３ａ＋１３ｂに近いから正孔〉よび電子
を加速するための電界は強〜・。一方ＦｅドープＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層Ｌ２ａはオーム性電極Ｌ３ａｒ１３ｂか
ら遠いから電界強度が低く通常この部分で吸収された光
により生成された正孔はパルス応答のすそ引きの原因と
なる。しかじ本実施例では電界強度の弱い部分の光吸収
層１２ａがＦｅ ドープによりキャリア捕獲中心を多
く含んでおり正孔寿命はｌ ｎ５ｅｃ程度以下の短いも
のになる。しかも光の大部分はキャリア移動度の大きな
ｎ −ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光吸収層成２ｂ中るから
応答感度、利得はＦａ ドープＩｎＧａＡＳ光吸収層Ｌ
２ａの導入により大きな劣化は生じない。
（実施例２）
第３図は本発明の第２の実施例の断面図である。
÷
まず本実施例の製作について説明する。ｐ−工ｎｐ基板
２１上にＦｅ ドープＩ ｎ Ｇａ Ａｓ光吸収層Ｌ２
ａ（厚み約１ μｍ ） 、ｎ−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡ
ｓ光吸収層重２ｂμｍ）、Ｆｅ ドープＩｎＧａＡｓ
層２３（厚み約０．１μｍ）をＬＰＥ成長法により連続
成長する。Ｆａ ドープ、ｎ−−ＩｎＧａＡＳ層のキャ
リア濃度はそれぞれ約ｔｘｔＯｃ！ｒＬ ｓ約Ｌ ＸＬ
Ｏ”ｃｒｒＬ″″３であった。欠にフォトレジストパタ
ーン（ＭＰ１３５０）をマスクに電極を形成すべき部分
のＦｅ ドープエｎＧａ １８層２３を除去し、続い
て全面にＡ１ＧｅＮｉ ／ ＡｌＮｉを蒸着した後、メ
チ〃エチルケトン中でフォトレジストを除去し電極パタ
ーンＬ３ａ＊Ｌ３ｂをｎ−−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光
吸収層形２ｂＺ（リフトオフ法）。欠にｐ −Ｉｎｐ基
板２１の裏面にＴ１Ｐｔ／ＴｌＡｕによるオーム性電極
２２を蒸着し、Ｎ２雰囲気中で各オーム性電極のアロイ
化のための熱処理を行なった。
２１上にＦｅ ドープＩ ｎ Ｇａ Ａｓ光吸収層Ｌ２
ａ（厚み約１ μｍ ） 、ｎ−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡ
ｓ光吸収層重２ｂμｍ）、Ｆｅ ドープＩｎＧａＡｓ
層２３（厚み約０．１μｍ）をＬＰＥ成長法により連続
成長する。Ｆａ ドープ、ｎ−−ＩｎＧａＡＳ層のキャ
リア濃度はそれぞれ約ｔｘｔＯｃ！ｒＬ ｓ約Ｌ ＸＬ
Ｏ”ｃｒｒＬ″″３であった。欠にフォトレジストパタ
ーン（ＭＰ１３５０）をマスクに電極を形成すべき部分
のＦｅ ドープエｎＧａ １８層２３を除去し、続い
て全面にＡ１ＧｅＮｉ ／ ＡｌＮｉを蒸着した後、メ
チ〃エチルケトン中でフォトレジストを除去し電極パタ
ーンＬ３ａ＊Ｌ３ｂをｎ−−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光
吸収層形２ｂＺ（リフトオフ法）。欠にｐ −Ｉｎｐ基
板２１の裏面にＴ１Ｐｔ／ＴｌＡｕによるオーム性電極
２２を蒸着し、Ｎ２雰囲気中で各オーム性電極のアロイ
化のための熱処理を行なった。
次に本実施例の動作について説明する。本実施例はｐ
−Ｉｎｐ基板２１とエピタキシャル層の間にｐ−ｎ接
合が形成されている。従って、オーム性電極２２に逆バ
イアスを印加するとその電界によりｎ −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層ＬＺｂ中で吸収された光による正孔は基板２１
側へ、電子は表面側に分離される。このうち、正孔はＦ
ｅ ドープＩｎＧａ入Ｓ光吸収層Ｌ２ａの中に引き込
まれるが、ＦｅドープエｎＧａＡｓ層中のキャリア寿命
が前述のようにＬ ｎ５ｅｃ以下と短から急速に消滅し
パルス応答が改善される。しかも電子は高純度なｎ−−
ＩｎＧａ Ａｓ光吸収層１２１）中を走行するので電子
移動度は全く劣化しない。表面のＦｅ ドープＩｎＧ
ａＡｓ層２３は表面近傍の空間電荷層により表面に蓄積
される正孔（雑誌「ジャパニース・ジャーナル・オプ・
アプライド・フイジクスＪ（Ｊａｐａｎ。
−Ｉｎｐ基板２１とエピタキシャル層の間にｐ−ｎ接
合が形成されている。従って、オーム性電極２２に逆バ
イアスを印加するとその電界によりｎ −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層ＬＺｂ中で吸収された光による正孔は基板２１
側へ、電子は表面側に分離される。このうち、正孔はＦ
ｅ ドープＩｎＧａ入Ｓ光吸収層Ｌ２ａの中に引き込
まれるが、ＦｅドープエｎＧａＡｓ層中のキャリア寿命
が前述のようにＬ ｎ５ｅｃ以下と短から急速に消滅し
パルス応答が改善される。しかも電子は高純度なｎ−−
ＩｎＧａ Ａｓ光吸収層１２１）中を走行するので電子
移動度は全く劣化しない。表面のＦｅ ドープＩｎＧ
ａＡｓ層２３は表面近傍の空間電荷層により表面に蓄積
される正孔（雑誌「ジャパニース・ジャーナル・オプ・
アプライド・フイジクスＪ（Ｊａｐａｎ。
Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ）第２
３巻、第５号、Ｌ２９９−Ｌ３０１頁、１９８４年）の
寿命を低減させるもので低周波域での利得の異常増大を
おさえる効果がある。以上のような効果により本実施例
による光検出器では感度、利得の低下なしにパルス応答
の改善が可能となる。
３巻、第５号、Ｌ２９９−Ｌ３０１頁、１９８４年）の
寿命を低減させるもので低周波域での利得の異常増大を
おさえる効果がある。以上のような効果により本実施例
による光検出器では感度、利得の低下なしにパルス応答
の改善が可能となる。
上述の実施例の製作に於ける工ｎＣ）ａＡｓ 層の成長
はクロライド気相成長法、分子線エピタキシャル成長法
も用いることができる。材料としては長波系への応用を
考えＩｎＧａＡａ／ＩｎＰ系を用いたがこれに限定され
るものではなく ＧａＡｌＡｓ ／ Ｃ）ａＡｓ系等に
も適用可能なのは明らかである。またキャリア浦獲中心
の導入方法としてここではＦｓドープを用いたが、表面
層のみであればイオン注入等により欠陥を導入しても良
い。電極の形状としては、受光部面積を等方かつ大きく
できるくし形電極が望ましい。
はクロライド気相成長法、分子線エピタキシャル成長法
も用いることができる。材料としては長波系への応用を
考えＩｎＧａＡａ／ＩｎＰ系を用いたがこれに限定され
るものではなく ＧａＡｌＡｓ ／ Ｃ）ａＡｓ系等に
も適用可能なのは明らかである。またキャリア浦獲中心
の導入方法としてここではＦｓドープを用いたが、表面
層のみであればイオン注入等により欠陥を導入しても良
い。電極の形状としては、受光部面積を等方かつ大きく
できるくし形電極が望ましい。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、利得、感度の低
下を招くことなしにパルス応答の改善が可能で、応答特
性の優れた光検出器が得られる。
下を招くことなしにパルス応答の改善が可能で、応答特
性の優れた光検出器が得られる。
第１図および第３図は本発明による光検出器の第Ｌｋよ
び第２の実施例をそれぞれ示す断面図、第２図は従来の
光検出器の一例の断面図である。 図に於てｔｔ、２ｔ・は半導体基板、ｌ ２．１２ａ＋
１２ｂ、２３は半導体層、Ｌ３ａ＋ １３ｂは電極で
ある。
び第２の実施例をそれぞれ示す断面図、第２図は従来の
光検出器の一例の断面図である。 図に於てｔｔ、２ｔ・は半導体基板、ｌ ２．１２ａ＋
１２ｂ、２３は半導体層、Ｌ３ａ＋ １３ｂは電極で
ある。
Claims (1)
- 半絶縁性または第１の導電型の半導体基板上に形成され
た半導体からなる光吸収層と、この光吸収層上に形成さ
れた一対のオーム性電極とから成る光検出器に於て、前
記光吸収層が比較的低キャリア濃度の第２の導電型の半
導体層とキャリア捕獲中心を多く含む半導体層とを少く
ともそれぞれ１層以上含む多層構造により形成されてい
ることを特徴とする光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125463A JPS62281478A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61125463A JPS62281478A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 光検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62281478A true JPS62281478A (ja) | 1987-12-07 |
Family
ID=14910711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61125463A Pending JPS62281478A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62281478A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006086227A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Osaka Univ | 光スイッチ |
-
1986
- 1986-05-30 JP JP61125463A patent/JPS62281478A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006086227A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Osaka Univ | 光スイッチ |
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