JPS6290985A - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
- Publication number
- JPS6290985A JPS6290985A JP60231650A JP23165085A JPS6290985A JP S6290985 A JPS6290985 A JP S6290985A JP 60231650 A JP60231650 A JP 60231650A JP 23165085 A JP23165085 A JP 23165085A JP S6290985 A JPS6290985 A JP S6290985A
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- Japan
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- layer
- holes
- electrons
- light absorption
- ingaas
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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）
本発明は光導電現象を利用した高速の光検出器に関する
ものである。
ものである。
（従来の技術）
現在、種々の光システムの中で光信号ｔ−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（）’Ｄ）やアバランシェ会フォトダイオ
ード（ＡＰＤ ）が広く用いられてｂる。これに対し近
年光導電現象を利用した光導電型光検出器（ＰＣＤ ：
Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｄｅｔｅ −ｃ
ｔｏｒ ）が、高速性、低雑音性があり、低電圧で動作
し、構造が簡単で集積化が容易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。
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（）’Ｄ）やアバランシェ会フォトダイオ
ード（ＡＰＤ ）が広く用いられてｂる。これに対し近
年光導電現象を利用した光導電型光検出器（ＰＣＤ ：
Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｄｅｔｅ −ｃ
ｔｏｒ ）が、高速性、低雑音性があり、低電圧で動作
し、構造が簡単で集積化が容易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。
このようなＰＣＤの１つの構造として接合部の空乏層全
利用した構造が報告されている（雑誌「アプライド・フ
ィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ ｉｅｄ Ｐ−ｈｙｓｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ 、第４６巻、第１２号
。
利用した構造が報告されている（雑誌「アプライド・フ
ィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ ｉｅｄ Ｐ−ｈｙｓｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ） Ｊ 、第４６巻、第１２号
。
（１９８５年＞ 、１１６４〜１１６６頁参照）。
第２図はこのＰＣＤの構造動作を説明する断面図である
。このＰＣＤは、ｐ −１ｎＰ基板２１上にｐｌ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ層２２．ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収Ａｓ光
が液相エピタキシャル（ＬＰＥ）成長法により成長され
たウェハのＩｎＧａＡｓ光吸収層２３上に１対のオーム
性電極１４ａ 、 １４ｂが形成され、光の受光部以外
の半導体層がｐ−１ｎＧａＡｓ ２２途中迄エツチング
により除去されている。これら一対のオーム性電極１４
ａ、１４ｂ間に入射した光１５により、ＩｎＧａＡｓｎ
ＧａＡｓ光吸収主２３中た正孔−電子対はオーム性電極
１４ａ、１４ｂ間に印加され几バイアス電圧により電極
間を走行し、オーム性電極１４ａ、１４ｂ間に光信号に
対応し几電気信号が出力される。ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２
３表面から深いところでは、表面に比べ電界強度が弱く
、また正孔は元々電子に比べ移動度が低いため、この部
分で生成され几正孔は通常ＰＣＤのパルス応答の大きな
すそ引きの原因となっている。しかし、この構造ではｎ
−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光吸収面２３深いところで生
成された正孔は、ｐ−１ｎＧａＡｓ層２２．ｎ−Ｉ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層２３間のｐ−ｎ接合のビルト
インポテンシャルにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２２側に
引き寄せられるので、光電流に寄与せず結果的にＰＣＤ
の立下り時間が改善される。ｔｅ、光電流のチャンネル
がｐ−ｎ接合により空乏化されているので非常に暗電流
が低いという特徴ももっている。
。このＰＣＤは、ｐ −１ｎＰ基板２１上にｐｌ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ層２２．ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収Ａｓ光
が液相エピタキシャル（ＬＰＥ）成長法により成長され
たウェハのＩｎＧａＡｓ光吸収層２３上に１対のオーム
性電極１４ａ 、 １４ｂが形成され、光の受光部以外
の半導体層がｐ−１ｎＧａＡｓ ２２途中迄エツチング
により除去されている。これら一対のオーム性電極１４
ａ、１４ｂ間に入射した光１５により、ＩｎＧａＡｓｎ
ＧａＡｓ光吸収主２３中た正孔−電子対はオーム性電極
１４ａ、１４ｂ間に印加され几バイアス電圧により電極
間を走行し、オーム性電極１４ａ、１４ｂ間に光信号に
対応し几電気信号が出力される。ｎ−ＩｎＧａＡｓ層２
３表面から深いところでは、表面に比べ電界強度が弱く
、また正孔は元々電子に比べ移動度が低いため、この部
分で生成され几正孔は通常ＰＣＤのパルス応答の大きな
すそ引きの原因となっている。しかし、この構造ではｎ
−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ光吸収面２３深いところで生
成された正孔は、ｐ−１ｎＧａＡｓ層２２．ｎ−Ｉ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ光吸収層２３間のｐ−ｎ接合のビルト
インポテンシャルにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２２側に
引き寄せられるので、光電流に寄与せず結果的にＰＣＤ
の立下り時間が改善される。ｔｅ、光電流のチャンネル
がｐ−ｎ接合により空乏化されているので非常に暗電流
が低いという特徴ももっている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、この従来の構造では、ｎ−ｊｎＧａＡｓ
ｎＧａＡｓ光吸収層面３中深いところで生成された正孔
がｐ−ＩｎＰ基板２１側に引き寄せられたまま電流とし
ては流れないため、光の照射を切った際にその緩和過程
が存在する。実際、この構造のＰＣＤでは、インパルス
応答にパルス立下り後に非常に遅い応答成分が観測され
ている。また、基板としてｐ−ＩｎＰｆ用いているため
通常の接合型ＦＥＴ 等の電子デバイスと集積化をする
のが難しい。
ｎＧａＡｓ光吸収層面３中深いところで生成された正孔
がｐ−ＩｎＰ基板２１側に引き寄せられたまま電流とし
ては流れないため、光の照射を切った際にその緩和過程
が存在する。実際、この構造のＰＣＤでは、インパルス
応答にパルス立下り後に非常に遅い応答成分が観測され
ている。また、基板としてｐ−ＩｎＰｆ用いているため
通常の接合型ＦＥＴ 等の電子デバイスと集積化をする
のが難しい。
本発明の目的は、このような問題点全解決し、電子デバ
イスとの集積化に適し九半絶縁性ＩｎＰを基板として用
い、インパルス応答が改善された光導電型の光検出器を
提供することにある。
イスとの集積化に適し九半絶縁性ＩｎＰを基板として用
い、インパルス応答が改善された光導電型の光検出器を
提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の光検出器の構成は、半絶縁性半導体基板上に形
成されたｎ型半導体材料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、この一対の
オーム性電極の間で前記光吸収層の表面の部分に形成さ
れたｐ型半導体層とから成ることを特徴とする。
成されたｎ型半導体材料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、この一対の
オーム性電極の間で前記光吸収層の表面の部分に形成さ
れたｐ型半導体層とから成ることを特徴とする。
（作用）
ｎ型光吸収層とその上に形成されたｐ型半導体層の間に
はｐｎ接合が形成されており、このｎ型光吸収層中には
空乏層が拡がっている。この光吸収層に入射した光によ
り生成され几正孔−電子対は、空乏層中のビルトインポ
テンシャルによシ正孔は光吸収層表面側に、電子は空乏
層先端側（光吸収層内部側）へと分離される。この光吸
収層上に形成された１対のオーム性電極間に印加され比
電圧により、光吸収層中に生じる電界は通常のコプレー
ナ構造電極では表面に近い程強くなる。従って、光によ
り、生成された正孔は非常に強い電界を受けることにな
り、反対に電子は光吸収層内部に局在するため加速電界
強度は低くなる。
はｐｎ接合が形成されており、このｎ型光吸収層中には
空乏層が拡がっている。この光吸収層に入射した光によ
り生成され几正孔−電子対は、空乏層中のビルトインポ
テンシャルによシ正孔は光吸収層表面側に、電子は空乏
層先端側（光吸収層内部側）へと分離される。この光吸
収層上に形成された１対のオーム性電極間に印加され比
電圧により、光吸収層中に生じる電界は通常のコプレー
ナ構造電極では表面に近い程強くなる。従って、光によ
り、生成された正孔は非常に強い電界を受けることにな
り、反対に電子は光吸収層内部に局在するため加速電界
強度は低くなる。
しかし、通常電子の移動度は正孔に比べ大きい（１ｎＧ
ａＡｓで約４０倍）ので電子の走行時間の劣化は殆ど問
題にならない。これに対し正孔は非常に強い電界により
加速されるので、通常正孔の電極間走行時間により決定
されているＰＣＤ の応答特性は著しく改善される。更
に、正孔・電子が空間的に分離されているので、易動度
そのものの改善も期待でき、しかも、基板としては半絶
縁性のものを用いることができるので、ＦＥＴ等の電子
デバイスとの集積化も容易となる。
ａＡｓで約４０倍）ので電子の走行時間の劣化は殆ど問
題にならない。これに対し正孔は非常に強い電界により
加速されるので、通常正孔の電極間走行時間により決定
されているＰＣＤ の応答特性は著しく改善される。更
に、正孔・電子が空間的に分離されているので、易動度
そのものの改善も期待でき、しかも、基板としては半絶
縁性のものを用いることができるので、ＦＥＴ等の電子
デバイスとの集積化も容易となる。
（実施例）
以下本発明につき図面によシ詳細に説明する。
第１図は本発明による光検出器の一実施例を示す断面図
であり、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰｎＧａＡｓ／Ｉｎ−た１
μｍ帯の光検出器について示している。
であり、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰｎＧａＡｓ／Ｉｎ−た１
μｍ帯の光検出器について示している。
まず、本実施例の製作方法について説明する。
Ｆｅドープ半絶縁性１ｎＰ基板１１（抵抗率ρ〉１×１
０ Ωｃｒｎ）上にｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２（キ
ャリア濃度≦ｌＸｌ０ ｃｍ 、厚み１．５μｍ）
。
０ Ωｃｒｎ）上にｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２（キ
ャリア濃度≦ｌＸｌ０ ｃｍ 、厚み１．５μｍ）
。
ｐ−１ｎＧａＡｓ Ｎ １３ （キャリア濃度≧１×１
０１８ｍ 、厚み０．２μｍ）′ｆｔハイドライド気
相エピタキシャル（ＶＰＥ）成長法により連続的に成長
する。
０１８ｍ 、厚み０．２μｍ）′ｆｔハイドライド気
相エピタキシャル（ＶＰＥ）成長法により連続的に成長
する。
このように成長したウェハは、シプレー社製ポジ型フォ
トレジストＭ１３００−３１ｔ−マスクとして電極を形
成すべき部分のｐ−１ｎＧａＡｓ層１３がエッチングに
より除去される。このエツチングは、Ｈ３ＰＯ４： Ｈ
２０□：Ｈ２０＝３ ： ３ ： ５０の混液を用い、
液温２０℃の条件で行なった（エッチレート〜０．２４
μｍ／ｍ）。
トレジストＭ１３００−３１ｔ−マスクとして電極を形
成すべき部分のｐ−１ｎＧａＡｓ層１３がエッチングに
より除去される。このエツチングは、Ｈ３ＰＯ４： Ｈ
２０□：Ｈ２０＝３ ： ３ ： ５０の混液を用い、
液温２０℃の条件で行なった（エッチレート〜０．２４
μｍ／ｍ）。
次に、エツチングマスクのフォトレジストＭＰ１３００
−３１残したまま、ウエノ１のエピタキシャル層側にＡ
ｕＧｅＮｉ／ＡｕＮｉ を蒸着し、はく離によりフォト
レジストを除去することにより電極のパターン化を行な
う（リフトオフ法）。このパターン化した電極ｔ Ｈ２
雰囲気中で熱処理することにより、一対のオーム性電極
１４ａ、１４ｂをｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２上に形
成できる。最後に、受光部以外のｎ−ＩｎＧａＡｓ層１
２をエツチングにより除去することにより、第１図の構
造の光検出器全書る。
−３１残したまま、ウエノ１のエピタキシャル層側にＡ
ｕＧｅＮｉ／ＡｕＮｉ を蒸着し、はく離によりフォト
レジストを除去することにより電極のパターン化を行な
う（リフトオフ法）。このパターン化した電極ｔ Ｈ２
雰囲気中で熱処理することにより、一対のオーム性電極
１４ａ、１４ｂをｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２上に形
成できる。最後に、受光部以外のｎ−ＩｎＧａＡｓ層１
２をエツチングにより除去することにより、第１図の構
造の光検出器全書る。
次に、本実施例の動作について説明する。ｎ−ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層１２ 、 ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１３の界面
にはｐ−ｎ接合が形成されており、主にｎ−ＩｎＧ ａ
Ａ ｓ光吸収層１２中に空乏層が拡がっている。
Ａｓ光吸収層１２ 、 ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１３の界面
にはｐ−ｎ接合が形成されており、主にｎ−ＩｎＧ ａ
Ａ ｓ光吸収層１２中に空乏層が拡がっている。
この空乏層厚は、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２のキャ
リア濃度ＮＤ−Ｎ人〜１×１０ ｃｒｎ のとき約１
．５μｍであり、チャンネルはほぼ空乏化される。
リア濃度ＮＤ−Ｎ人〜１×１０ ｃｒｎ のとき約１
．５μｍであり、チャンネルはほぼ空乏化される。
従って、ｐ−４ｎＧａＡｓ層１３全通してｎ−ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収鳩１２に入射した光１５により生成された正
孔、１！子対のうち、正孔はｎ−ＩｎＧａＡｓ層１２−
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１３界面へ、電子はｎ−ＩｎＧａＡ
ｓ層１２．半絶縁性ＩｎＰ基板１１界面へとそれぞれ分
離される。
Ａｓ光吸収鳩１２に入射した光１５により生成された正
孔、１！子対のうち、正孔はｎ−ＩｎＧａＡｓ層１２−
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１３界面へ、電子はｎ−ＩｎＧａＡ
ｓ層１２．半絶縁性ＩｎＰ基板１１界面へとそれぞれ分
離される。
これらオーム性電極１４ａ、１４ｂ間にバイアス電圧全
印加すると、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２中に正孔、
電子をそれぞれ逆方向に加速する電界が発生するが、そ
の強度は先に述べたように正孔には強く、電子には弱く
働く。その結果正孔の電極間走行時間により決定される
インパルス応答は大きく改善される。
印加すると、ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２中に正孔、
電子をそれぞれ逆方向に加速する電界が発生するが、そ
の強度は先に述べたように正孔には強く、電子には弱く
働く。その結果正孔の電極間走行時間により決定される
インパルス応答は大きく改善される。
また、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１３でも光は吸収されるが、
１厚を充分薄くしておけばその影響は無視できる。また
、ｐ層を１ｎＰ等のＩｎＧａＡｓに比ベバンドギャップ
の広い半導体で形成すれば、この部分での光吸収は無く
なるので全く問題はない。また、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１
２上にバンドギャップの広い半導体で９層全形成すれば
、ｐ層はウィンドウ層となりｌ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層
１２０表面準位等の悪影響を除くのにも寄与する。
１厚を充分薄くしておけばその影響は無視できる。また
、ｐ層を１ｎＰ等のＩｎＧａＡｓに比ベバンドギャップ
の広い半導体で形成すれば、この部分での光吸収は無く
なるので全く問題はない。また、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層１
２上にバンドギャップの広い半導体で９層全形成すれば
、ｐ層はウィンドウ層となりｌ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ層
１２０表面準位等の悪影響を除くのにも寄与する。
更に、第１図に示した構造は、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１３
上にゲート電極全形成すれば、電極１４ａ。
上にゲート電極全形成すれば、電極１４ａ。
１４ｔｌ−ソース、ドレイントする接合型ＦＥＴ（Ｊ〜
ＦＥＴ）となる。つまり、本発明による光検出器は光−
電気集積回路（ＯＥＩＣ）用の光検出器に最適なもので
ある。
ＦＥＴ）となる。つまり、本発明による光検出器は光−
電気集積回路（ＯＥＩＣ）用の光検出器に最適なもので
ある。
本実施例では、半導体層の成長にＶＰＥ法を用いたが、
有機金属法、ＬＰＥ法１分子線エピタキシャル（ＭＢＥ
）法も利用できる。ま友、ｐ層の形成には拡散、イオン
注入を利用しても良い。本実施例の材料としては、Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰ素材料を用い比例を説明したが、この
材料に限定されるものでは々いことは明らかであり、Ａ
υＧ ａ Ａ ｓ ／Ｇ ａ Ａ ｓ系等にも適用可能
なことは言う迄もない。
有機金属法、ＬＰＥ法１分子線エピタキシャル（ＭＢＥ
）法も利用できる。ま友、ｐ層の形成には拡散、イオン
注入を利用しても良い。本実施例の材料としては、Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰ素材料を用い比例を説明したが、この
材料に限定されるものでは々いことは明らかであり、Ａ
υＧ ａ Ａ ｓ ／Ｇ ａ Ａ ｓ系等にも適用可能
なことは言う迄もない。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば、インパル
ス応答特性が改善され、集積化に適した光検出器が得ら
れる。
ス応答特性が改善され、集積化に適した光検出器が得ら
れる。
第１図は本発明による光検出器の一実施例を示す断面図
、第２図は従来の光検出器の一例の断面図である。 １１・・・・・・半絶縁性半導体基板、１２．２３・・
・・・・ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、１３ 、２２−・
・ｐ −ＩｎＯａ Ａ ｓ層、ｌ ４ ａ 、 １４
ｂ ・・’ ・・’オーム性電極、１５・・・・・・入
射光。
、第２図は従来の光検出器の一例の断面図である。 １１・・・・・・半絶縁性半導体基板、１２．２３・・
・・・・ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、１３ 、２２−・
・ｐ −ＩｎＯａ Ａ ｓ層、ｌ ４ ａ 、 １４
ｂ ・・’ ・・’オーム性電極、１５・・・・・・入
射光。
Claims (1)
- 半絶縁性半導体基板上に形成されたｎ型半導体材料から
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、この一対のオーム性電極の間で前記光吸
収層の表面の部分に形成されたｐ型半導体層とから成る
ことを特徴とする光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60231650A JPS6290985A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | 光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60231650A JPS6290985A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | 光検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6290985A true JPS6290985A (ja) | 1987-04-25 |
Family
ID=16926819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60231650A Pending JPS6290985A (ja) | 1985-10-16 | 1985-10-16 | 光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6290985A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011179990A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Canon Inc | 光伝導素子 |
-
1985
- 1985-10-16 JP JP60231650A patent/JPS6290985A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011179990A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Canon Inc | 光伝導素子 |
| US8766188B2 (en) | 2010-03-02 | 2014-07-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoconductive element |
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