JPS63205971A - シヨツトキ接合型半導体受光装置 - Google Patents

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】 Ｕ直立旦ユ皇ユ 本発明は、ショットキ接合型半導体受光装置に関する。

従来の技術 従来、第３図を伴って次に述べるショットキ接合型半導
体受光装置が提案されている。

すなわち、ＩｎＰでなる半絶縁性半導体基板１上に、Ｐ
＋型を有し且つＩｎＰ’、Ｉｒ１ＡＩＡＳ系またはＩｎ
ＧａＡｓＰ系でなる電極用半導体層２が局部的に形成さ
れている。

また、電極用事ラグ体層２上に、それと同じ導電型を有
するが、それに比し低いキレリア濃度を有し、従って、
ｐ−型を有し且つＩ　ｎＧａＡｓ系でなる光吸収用半導
体層３が、メサ状に形成されている。

さらに、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどでなる絶縁層４が、光吸
収用半導体層３の上面及び側面、電極用半導体層２の側
面及び半絶縁性半導体基板１上に延長して形成されてい
る。この場合、絶縁層４には、光吸収用半導体層３を外
部に臨まじる窓５が形成されている。

また、光吸収用半導体層３に、絶縁層４の窓５に臨む領
域において、Ｎ１でなるショットキ接合形成用電極層６
が、ショットキ接合７を形成するように付されている。

この場合、ショットキ接合形成用電極層６は、絶縁層４
上に延長しているが、絶縁層４の窓５内の部が、透光性
窓８となるように薄い厚さに形成されている。

さらに、電極用半導体層２に、電極層９が、オーミック
に付されている。

以上が、従来提案されているショットキ接合型半導体受
光装置の構成である。

このようなショットキ接合型半導体受光装置によれば、
ショットキ接合形成用電極層６及び電極層９間に、９荷
を通じて、バイアス電源を接続することによって、光吸
収用半導体層３内に、ショットキ接合７から拡がる空乏
層を形成することができる。

また、このようにして、光吸収用半導体層３内に、ショ
ットキ接合７から拡がる空乏層を形成している状態で、
透光性窓８側から、１μｍ帯の波長を右する光１０を照
射されれば、その光１０が光吸収用半導体層３に入射し
、それが光吸収用半導体層３に吸収される。このため、
光吸収用半導体層３内にキャリアが生起し、そのキ１７
リアが、空乏層にかかつている高電界によって加速され
て、光吸収用半導体層３内を走行し、ショットキ接合形
成用電極層６及び′Ｆ１極層９に到達する。よって、シ
ョットキ接合形成用電極層６及び電極１ｉ？Ｊ９間に接
続されている負萄に、それらショットキ接合形成用電極
Ｆ＋６及び９を介して、入射する１μｍ帯の波長を有す
る光１０の強度に応じた電力が得られる。従って、１μ
ｍ帯の波長を右する光に対する受光装置としての機能が
得られる。

この場合、光吸収用半導体層３がｌ　ｎＧａＡｓ系でな
るので、その光吸収用半導体Ｊｍ３が、１μｍ帯の波長
を有する光１０を効果的に吸収する。

及」ＪすＬ犬山」二Σ互ｔ　６１７１罵ぷしかしながら
、第３図に示す従来のショットキ接合型半導体受光装置
の場合、Ｉ　ｎＧａＡｓ系でなる光吸収用半導体層３が
、ｐ−型である。

その理由は、次のとおりである。

すなわち、ＩｎＧａＡＳ系でなる光吸収用半導体層３は
、それに１μｍ帯の波長を右する光１０を効果的に吸収
させ、また、その先１０の吸収によって生起するキレリ
アを′、光吸収用半導体層３内に拡がっている空乏層に
かかつている高電界によって、電極用半導体層２及びシ
ョットキ接合形成用電極層６に向って高速に走行させて
、それら電極用半導体層２及びショットキ接合形成用電
極層６に到達さゼるために、十分低いキャリア濃度を有
することが望ましい。

このため、光吸収用半導体層３をＰ型及びｎ型の不純物
のいずれも意図的に導入させずに形成することが考えら
れる。

しかしながら、このようにして光吸収用半導体層３を形
成しても、その光吸収用半導体層３は、ｎ型を有するが
十分低いキャリアＱ度を有し、従ってＮ−型を有するも
のとしてしか形成されない。

一方、光吸収用半導体層３がＰ型を有している場合、そ
の光吸収用半導体層３には、それが１ｎＱａＡｓ系でな
るため、ショク１−キ接合形成用電極層６が、ショット
キ接合７を良好に形成して付されるが、光吸収用半導体
ＦＩ３が上述したようにｎ−型を有するものとして形成
されている場合、その光吸収用半導体層３には、それが
Ｉ　ｎＧａＡｓ系でなるため、ショツ］・主接合形成用
電極層６がほとんどの材料で、ショットキ接合７を良好
に形成して付されない。

以上のことから、第３図に示す従来のショッｉ・主接合
型半導体受光装置の場合、光吸収用半導体層３が、ｎ−
型が補償されるようにｐ型不純物を導入して形成されて
おり、このため、ｐ−型を有している。

以上が、ＩｎＧａＡＳ系でなる光吸収用半導体Ｆｉ３が
ｐ−型である理由である。

しかしながら、光吸収用半導体ＦＩＪ３を、それがＰ型
及びｎ型の不純物のいずれも意図的に導入せずしてｎ−
型に形成されたときのキャリア濃度のような十分低いキ
ャリア濃度に形成することは、極めて困難である。

このため、ｐ−型の光吸収用半導体層３のキャリアＷＪ
ｒ！Ｊが比較的高く、このため、ショットキ接合形成用
電極層６及び電極層９問にバイアス電源を接続すること
によって光吸収用半導体層３内に拡がっている空乏層に
かかる電界を高くずれば、暗電流が、光吸収用半導体層
３を通って、多く流れ、また、このため、空乏層にかか
る電界を高くすることができないので、光吸収用半導体
層３内に生起し、ショットキ接合形成用電ｔ！ｉ層６及
び電極層９に向って走行するキャリアの走行速度を高速
にすることができない。

従って、第３図に示す従来のショットキ接合型半導体受
光装置の場合、受光製筒としての機能が、低い受光感度
と、遅い応答速度でしか得れらない、という欠点を有し
ていた。

問題点を解決するための− よって、本発明は上述した欠点のない、新規なショット
キ接合型半導体受光装置を提案せんどするものである。

本願第１番目の発明によるシ」ットキ接合型半導体受光
装置は、半絶縁性半導体基板上にｎ型の電極用半導体層
が形成され、そして、その電極用半導体層上に、それと
同じ導電型を有するがそれに比し十分低いキャリアＷ　
Ｉｆｆを有し且つｌ　ｒ＋ＧａＡｓ系でなる光吸収用半
導体層が形成され、また、その光吸収用半導体層上に、
それと同じ導電型を有するか半絶縁性を有するショット
キ接合形成用半導体層が形成され、ざらに、ショットキ
接合形成用半導体層上に、ショットキ接合形成用電極層
が、ショットキ接合を形成するように付され、また、半
絶縁性半導体基板、７Ｃ極用半導体居及びショットキ接
合形成用半導体層が、光吸収用半導体層に比し広いバン
ドギャップを右する、という構成を有する。

また、本願第２番目の発明によるショツ！・主接合型半
導体受光装置は、ｎ型の電極兼用半導体基板上に、それ
と同じ導電型を有するかそれに比し十分低いキャリア濃
度を有し且つＩｎＧａＡＳ系でなる光吸収用半導体層が
形成され、そして、その光吸収用半導体層上に、それと
同じ導電型を有するか半絶縁性を有するショットキ接合
形成用半導体層が形成され、また、ショットキ接合形成
用半導体層上に、ショットキ接合形成用電極層が、ショ
ットキ接合を形成するＪ、うに付され、ざらに、電極兼
用半尋体基板及び上記ショッＩ・キ接合形成用’１体層
が、光吸収用半導体層に比し広いバンドギャップを有す
る、という構成を有する。

作用・効果 本願第１番目の発明によるショットキ接合型半導体受光
装置によれば、ショッｉ〜キ接合形成用半導体后上に付
されているショットキ接合形成用電極層と電極用半導体
層との間に、負荷を通じてバイアス電源を接続すること
によって、光吸収用半導体層内に、ショットキ接合から
拡がる空乏層を形成することができる。

また、このようにして、光吸収用半導体層内に空乏層を
形成している状態で、半絶縁性半導体基板側から、１μ
ｍ帯の波長を有する光を照射させれば、半絶縁性半導体
基板及び電極用半導体層が光吸収用半導体層に比し広い
バンドギャップを有するので、それら半絶縁性半導体基
板及び電極用半導体層が光吸収用半導体層に対する窓に
なって、１μｍ帯の波長を有する光が光吸収用半導体層
に効果的に入射し、それが光吸収用半導体層に吸収され
る。このため、光吸収用半導体層内にキャリアが生起し
、そのキレリアが、空乏層にかかっている高電界によっ
て加速されＣ光吸収用事、導体層内を走行して、電極用
半導体層及びショットキ接合形成用電極層に到達する。

よって、電極用半導体層及びショットキ接合形成用電極
層間に接続されている負荷に、それら電極用半導体層及
びショットキ接合形成用電極層を介して、入射する１μ
ｍ帯の波長を右づ°る光の強度に応じた電力がＬ’７ら
れる。

従って、第３図で上述した従来のショットキ接合型半導
体受光装置の場合と同様に、１μｍ帯の波長を有する光
に対する受光装置としての機能が＋！Ｉられる。

しかしながら、本願第１番目の発明によるショットキ接
合型半導体受光装置の場合、ショットキ接合を形成して
いるショットキ接合形成用電極層が、ＩｎＧａＡＳ系で
なる光吸収用半導体層にではなく、ショットキ接合形成
用半導体層に付され、そして、そのショットキ接合形成
用半導体層の材料は、光吸収用半導体層に比し広いバン
ドギャップが得られる材料でありさえすれば、ショット
キ接合形成用電極層との間で良好なショットキ接合が形
成される材料中から任意に選択することができるので、
良好なショットキ接合を形成することができる。

また、ショットキ接合をこのように良好に形成すること
ができるので、■ｎＧａＡｓ系でなる光吸収用半導体層
を、ｎ型の電極用半導体層と同じ導電型としているよう
に、ｐ−型にしなくてもよく、このため、光吸収用半導
体層を、ｎ型及びｎ型不純物のいずれも意図的に導入さ
せずに、ｎ型を有するが十分低いキャリア濃度を有づる
ものとして形成することができ、また、そのように形成
された光吸収用半導体層を用いることができる。

このため、ショットキ接合形成用電極層及び電極用半導
体層間にバイアス電源を接続することによって光吸収用
半導体層内に拡がっている空乏層にかかる電界を十分高
くしても、光吸収用半導体層を通っての暗電流がわずか
しか流れず、また、このため、空乏層にかかる電界を高
くすることができるので、光吸収用半導体層内に生起し
、ショットキ接合形成用電極層及び電極用半導体層に向
って走行する主１１リアの走行速度を高速にすることが
できる。

従って、本願第１番目の発明によるショットキ接合型半
導体受光装置によれば、受光装置としての機能が、第３
図で上述した従来のショットキ接合型半導体受光装置の
場合に比し、十分高い受光感度と、十分速い応答速度で
得られる。

また、本願第１番目の発明によるショットキ接合型半導
体受光装置の場合、半絶縁性半導体基板側から照射され
る光は、上述したように光吸収用半導体層内に入射して
、それに吸収されるが、その光吸収用半導体層に吸収さ
れずにその光吸収用半導体層を通った光は、ショット４
−接合形成用半導体層を通り、次で、ショットキ接合形
成用電極層によって反射し′て、光吸収用半導体層に害
入射し、そして、それが光吸収用半導体層に吸収される
。このため、光の高い利用効率が１ｑられる。

従って、本願第１番目の発明によるショットキ接合型上
＞９体受光装置によれば、受光装置としての１１能が、
高い光の利用効率を右して得られる。

また、本願第２番目の発明によるショットキ接合型半導
体受光装置は、本願第１番目の発明によるショットキ接
合型半導体受光装置において、その半絶縁性半導体基板
とその上に形成されている電極用半導体層とからなる積
層体が、電極兼用半導体単板に置換されているという、
構成を１１し、そして、その電極兼用半導体基板が、半
絶縁性半導体基板と電極用半導体層との積層体とほとん
ど等価である。

よって、本願第２番目の発明によるショットキ接合型半
導体受光装置も、詳細説明は省略するが、本願第１番目
の発明によるショットキ接合型半導体受光装置と同様の
作用、効果が得られる。

実施例１ 次に、第１図を伴って本願第１番目の発明によるショッ
トキ接合型上）り体受光装置の実施例を述べよう。

第１図に示す本発明によるショットキ接合型半導体受光
装置は、次に述べる構成を有する。

すなわち、第３図で上述した従来のショットキ接合型半
導体受光装置にＪ３ける半絶縁性半導体基板１ど同様の
、ＩｎＰでなる半８８縁性半導体駐板１１上に、ｎ゛型
を有し且つ第３図で上述した従来のショットキ接合型半
導体受光装置にＪ３ける電極用半導体層１３と同様のＩ
　ｎ　Ｉ）、ｒ　ｎＡ　Ｉ　Ａｓ系または（ｎＱａΔｓ
Ｐ系でなる電極用半導体層１２が局部的に形成されてい
る。

また、電極用半導体層１２上に、それと同じ導電型を右
するがそれに比し低いキレリア）開度を右し、従って、
ｎ−型を右し口つ第３図で上述した従来のショットキ接
合型半導体受光装置における光吸収用半導体層３と同様
のＩｎＧａＡＳ系でなる光吸収用半々体層１３が、メ１
す状に形成されている。

さらに、光吸収用半導体層１３上に、ｎ−型を有するか
半絶縁性を右し■つＩｎＡｌＡｓ系でなるショットキ接
合形成用半導体層２１が形成されている。

また、第３図で上述した従来のショットキ接合型半導体
受光装置における絶縁層４と同様の絶縁層１４が、ショ
ット」゛接合形成用半導体層２１の上面及び側面、光吸
収用半導体層１３の側面、電極用半導体層１２の側面及
び半絶縁性半導体基板１１上に延長して形成されている
。

この場合、絶縁層１４には、シジットキ接合形成用半導
体Ｆｉ２１を外部に臨ませる窓１５が形成されている。

さらに、ショットキ接合形成用半導体層２１に、絶縁層
１４の窓１５に臨む領域において、Δ１でなる、または
Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕの積層体でなる、もしくはＷ及び３
ｉの化合物でなるショットキ接合形成用電極層１６が、
ショットキ接合１７を形成するように付されている。こ
の場合、ショットキ接合形成用電極層１６は、反射層ど
して作用する厚さに形成されている。

また、電極用半導体層１２に、電極層１９が、Ａ−−ミ
ックに付されている。

以上が、本願第１番目の発明によるショットキ接合型半
導体受光装置の実施例の構成である。

このような構成を右する本願第１番目の発明によるショ
ットキ接合型半導体受光装置の実施例の構成によれば、
ショッｌ〜キ接合形成用半導体層２１上にイ］されてい
るショットキ接合形成用電Ｆｉ層１６と電極層１９との
間に、０荷を通じてバイアス電源を接続することによっ
て、光吸収用半導体’Ｆｔ　１３内に、ショクＩ・主接
合１７から拡がる空乏層を形成することができる。

また、このようにして、光吸収用半導体層１３内に空乏
層を形成している状態で、半絶縁性半導体基板１１側か
ら、１μｍ帯の波長を有する光１０を照射さければ、半
絶縁性半導体基板１１及び電極用半導体層１２が光吸収
用半導体層１３に比し広いバンドギャップを有するので
、それら半絶縁性半導体基板１１及び電極用半導体層１
２が光吸収用半導体層１３に対する窓になって、１μｍ
帯の波長を有する光１０が光吸収用半導体層１３に効果
的に入射し、それが光吸収用半導体層１３に吸収される
。このため、光吸収用半導体層１３内にキャリアが生起
し、その４゛ヤリアが、空乏層にかかっている高電界に
よって加速されて光吸収用半導体Ｆ１１３内を走行して
、電極層１９及びショットキ接合形成用電極層１６に到
達する。よって、電極層１９及びショットキ接合形成用
７ｒｊ極層１６間に接続されている負荷に、それら電極
層１９及びショットキ接合形成用電極層１６を介して、
入射する１μｍ帯の波長を有づる光１０の強度に応じた
電力が１７られる。従って、第３図で上述した従来のシ
ョットキ接合型半導体受光装置の場合と同様に、１μｍ
帯の波長を有する光１０に対づる受光装置としての機能
が得られる。

しかしながら、第１図に示す本願第１番目の発明による
ショットキ接合型半導体受光装置の場合、ショットキ接
合を形成しているショットキ接合形成用電極層１６が、
ＩｎＧａＡＳ系でなる光吸収用半導体層１３にではなく
、ＩｎＡｌＡｓ系でなるショットキ接合形成用半導体層
２１に付されているので、ショットキ接合１７が良好に
形成されている。

また、光吸収用半導体層１３が、ｎ−型を右するが、そ
の光吸収用半導体層１３を１．ｎ型及びｎ型不純物のい
ずれも意図的に尋人させずに、ｎ型を右するが−Ｆ分低
い主１／リア溌度を右するものとして形成することがで
きる。

このため、ショットキ接合形成用電極層１６及び電極層
１９間にバイアス電源を接続υることによって光吸収用
半導体Ｗ？１１３内に拡がっている空乏層にかかる電界
を十分高くしても、光吸収用半導体層１３を通っての暗
電流がわずかしか流れず、また、このため、空乏層にか
かる電界を高くすることができるので、光吸収用半導体
層１３内に生起し、ショットキ接合形成用電極ＷＩＪ１
６及び電極層１９に向って走行するキャリアの走行速度
を高速にすることができる。

従って、第１図に示す本願第１番目の発明によるショッ
トキ接合型半導体受光装置によれば、受光装置としての
機能が、第３図で上ｊホした従来のショットキ接合型半
導体受光装置の場合に化し、十分高い受光感度と、十分
速い応答速度で得られる。

また、第１図に示す本願第１番目の発明によるショット
キ接合型半導体受光装置の場合、半絶縁性半導体基板１
１側から照射される光は、上述したように光吸収用半導
体ＦＪ１３内に入射して、それに吸収され′るが、その
光吸収用半導体層１３に吸収されずにその光吸収用半導
体層１３を通った光は、ショットキ接合形成用半導体層
２１を通り、次で、ショットキ接合形成用電極層１６に
よって反射して、光吸収用半導体層１３に再入射し、そ
して、それが光吸収用半導体層１３に吸収される。この
ため、光の高い利用効率が１９られる。

従って、第１図に示す本願第１番目の発明によるショッ
トキ接合型半導体受光装置によれば、受光装置としての
機能が、高い光の利用効率を有して得られる。

実施例２ 次に、第２図を伴って本願第２番目の発明によるショッ
トキ接合型半導体受光装置の実施例を）ホベよう。

第２図において、第１図との対応部分には同一符号を付
して詳ＩＩｌ説明を省略する。

第２図に示す本願第２番目の発明にＪ：るショットキ接
合型半導体受光装置は、第１図に示ず本願第１番目の発
明によるショットキ接合型半導体受光装置において、そ
の半絶縁性半＞ダ体し！板１１とその上に形成されてい
る電極用半導体層１２とからなるｖ４層体が、電極兼用
半導体基板２２に置換され、そして、その電極兼用゛Ｉ
−導体基板２２上に、電極層１９がオーミックに付され
ていることを除いて、第１図で上述した本発明によるシ
ョットキ接合型半導体受光装置と同様の構成を有する。

以上が、本願第２番目の発明によるショットキ接合型半
導体受光装置の実施例の構成である。

このような構成を有する本願第２番目の発明によるショ
ットＶ接合型半導体受光装置によれば、それが上述した
事項を除いて、第１図に示１本願第１番目の発明による
ショットキ接合型半ン９体受光装首と同様の構成を右し
、そして、電極兼用半導体基板２２が、第１図で上述し
た本願第１番目の発明によるショットキ接合型半導体受
光装置における半絶縁性半導体基板１１と電極用半導体
層１２との積層体とほとんど等１ｉ１１ｉである。

よって、第２図に示す本願第２番目の発明によるショッ
トキ接合型半導体受光装置も、詳細説明は省略°するが
、本願第１番目の発明によるショットキ接合型半導体受
光装置と同様の作用、効果が得られる。

なお、上述においては、本願第１番目の発明、及び本願
第２番目の発明によるショットキ接合型半導体受光装置
のそれぞれについて、１つの実施例を述べたに留まり、
本発明の精神を脱することなしに、種々の変型、変更を
なし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願第１番目の発明によるショットキ接合型
半導体受光装置の実施例を示す路線的断面図である。 第２図は、本願第２番目の発明によるショットキ接合型
半導体受光装置の実施例を示す路線的断面図である。 第３図は、従来のショットキ接合型半導体受光装置を示
す路線的断面図である。 １．１１・・・・・・・・・半絶縁性半２０体基（反２
．１２・・・・・・・・・電極用半導体層３．１３・・
・・・・・・・光吸収用半導体層４．１４・・・・・・
・・・絶縁層 ５．１５・・・・・・・・・窓 ６．１６・・・・・・・・・ショットキ接合形成用電極
層 ８・・・・・・・・・・・・・・・・・・透光性窓９．
１９・・・・・・・・・電極層 １０・・・・・・・・・・・・・・・光１７・・・・・
・・・・・・・・・・ショットキ接合２１・・・・・・
・・・・・・・・・ショットキ接合形成用半導体層 ２２・・・・・・・・・・・・・・・電極兼用半導体基
板出願人　　日本電信電話株式会社 第１　ツ 第２区 伴１０ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性半導体基板上にｎ型の電極用半導体層が形
   成され、 上記電極用半導体層上に、それと同じ導電型を有するが
   それに比し十分低いキャリア濃度を有し且つＩｎＧａＡ
   ｓ系でなる光吸収用半導体層が形成され、 上記光吸収用半導体層上に、それと同じ導電型を有する
   か半絶縁性を有するショットキ接合形成用半導体層が形
   成され、 上記ショットキ接合形成用半導体層上に、 ショットキ接合形成用電極層が、ショットキ接合を形成
   するように付され、 上記半絶縁性半導体基板、上記電極用半導体層及び上記
   ショットキ接合形成用半導体層が、上記光吸収用半導体
   層に比し広いバンドギャップを有することを特徴とする
   シヨットキ接合型半導体受光装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のショットキ接合型半導
   体受光装置において、 上記半絶縁性半導体基板がＩｎＰでなり、 上記電極用半導体層がＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ系またはＩ
   ｎＧａＡｓＰ系でなり、 上記ショットキ接合形成用半導体層がＩｎＡｌＡｓ系で
   なることを特徴とするショットキ接合型半導体受光装置
   。 ３、ｎ型の電極兼用半導体基板上に、それと同じ導電型
   を有するかそれに比し十分低いキャリア濃度を有し且つ
   ＩｎＧａＡｓ系でなる光吸収用半導体層が形成され、 上記光吸収用半導体層上に、それと同じ導電型を有する
   か半絶縁性を有するショットキ接合形成用半導体層が形
   成され、 上記ショットキ接合形成用半導体層上に、 シヨットキ接合形成用電極層が、ショットキ接合を形成
   するように付され、 上記電極兼用半導体基板及び上記ショットキ接合形成用
   半導体層が、上記光吸収用半導体層に比し広いバンドギ
   ャップを有することを特徴とするショットキ接合型半導
   体受光装置。 ４、特許請求の範囲第３項記載のショットキ接合型半導
   体受光装置において、 上記電極兼用半導体基板がＩｎＰでなり、 上記ショットキ接合形成用半導体層がＩｎＡｌＡｓ系で
   なることを特徴とするショットキ接合型半導体受光装置
   。