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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- holes
- electrons
- light absorption
- ingaas
- 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.)
- Pending
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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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