JPS63278282A - Photoconductive photodetector - Google Patents
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- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(1)技術分野
この発明は光導電型受光素子の感度の改善に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field The present invention relates to improving the sensitivity of a photoconductive type light receiving element.
光導電型受光素子というのは、光を照射する事により材
料の抵抗が変わるという事を利用し、照射された光の強
度を検出できるようにした受光素子である。A photoconductive type light-receiving element is a light-receiving element that can detect the intensity of irradiated light by utilizing the fact that the resistance of a material changes when irradiated with light.
対象となる光の波長により、使用される材料も異なる。The materials used differ depending on the wavelength of the target light.
古くから光導電セルとして、CdSセルが広く用いられ
ている。これは可視光に対して大きい感度を持つので使
いやすい素子である。可視光に対してはこの他にCdS
e 、 ZnOなどがある。CdS cells have been widely used as photoconductive cells for a long time. This element is easy to use because it has high sensitivity to visible light. For visible light, in addition to this, CdS
e, ZnO, etc.
光検出に使われる素子として、最も頻用されるものはS
i ホトダイオードである。ホトダイオードの場合、光
を照射する事により光電流が生ずる。The most frequently used element for photodetection is S.
i is a photodiode. In the case of a photodiode, photocurrent is generated by irradiating it with light.
このためpn接合が必須である。For this reason, a pn junction is essential.
しかし、光導電効果は、光を照射することにより材料の
抵抗が変化する事である。これは材料のバルクの性質で
ある。このため、光導電効果素子にはpn接合が必須で
ない。However, the photoconductive effect is a change in the resistance of a material upon irradiation with light. This is a bulk property of the material. Therefore, a pn junction is not essential for a photoconductive effect element.
Si 、 Ge 、 GaAs などの半導体は、P
型、n型半導体を容易に作る事ができる。pn接合も作
りやすい。Semiconductors such as Si, Ge, and GaAs are P
type and n-type semiconductors can be easily produced. PN junctions are also easy to make.
しかし、I−VI族半導体はpn接合を作りにくいもの
が多い。このようにpn接合を作れないものに対しては
、ホトダイオードを作る事ができない。そこで光導電効
果を利用した素子を作るという事になる。However, many I-VI group semiconductors are difficult to form pn junctions with. In this way, it is not possible to make a photodiode for something that cannot make a pn junction. Therefore, we decided to create an element that takes advantage of the photoconductive effect.
バンドギャップによって検出できる光の波長が異なる。The wavelength of light that can be detected differs depending on the band gap.
一般に■−■族化合物半導体は、とりうるバンドギャッ
プの範囲が広いので、どのような波長の光に対しても感
度を持つような材料がある。In general, ■-■ group compound semiconductors have a wide range of possible band gaps, so there are materials that are sensitive to light of any wavelength.
たとえば、赤外光に対しては、PbS 、 InSb
。For example, for infrared light, PbS, InSb
.
CdHgTe 、 Geなどの光導電セルが用いられて
いる。Photoconductive cells such as CdHgTe and Ge are used.
最初に述べたCdSセルなどは、感度が高いが動作速度
は極めて遅い。これに限らず、光導電セルは、一般に動
作速度が遅い。The CdS cells mentioned at the beginning have high sensitivity, but their operating speed is extremely slow. However, photoconductive cells generally have slow operating speeds.
光導電型の受光素子には、この他に、暗電流が大きい、
という難点がある。In addition to this, photoconductive type light receiving elements have a large dark current.
There is a drawback.
本発明はAlInAs / GaInAs積層型の光導
電型素子に於て暗電流を減する事を目的としている。The present invention aims to reduce dark current in an AlInAs/GaInAs stacked photoconductive type device.
(イ)従来技術
従来より、種々の半導体材料を用いた光導電型受光素子
が作製されている。たとえば、S、M。(a) Prior Art Conventionally, photoconductive light receiving elements have been manufactured using various semiconductor materials. For example, S, M.
Sze著「Physics of Sem1condu
ctor Devices。“Physics of Sem1condu” by Sze
ctor Devices.
第2版PP 744〜748 には各種の光導電型の受光素子が説明されている。2nd edition PP 744-748 describes various photoconductive type light receiving elements.
本発明は、AJI nA s層とGaInAs層とを繰
返し積層した構造の光導電型受光素子の改良に関する。The present invention relates to an improvement in a photoconductive light receiving element having a structure in which AJInAs layers and GaInAs layers are repeatedly laminated.
InP基板の上に、AI!I nA s層とGaInA
s層とを交互に多層成長させたものである。A、eIn
As / GaInAs の多層構造は分子線エピタ
キシー(MBE)、液相エピタキシー(LPE)などに
よって作る事ができる。AI on the InP substrate! InAs layer and GaInA
This is made by growing multiple layers alternately with s-layers. A,eIn
A multilayer structure of As/GaInAs can be fabricated by molecular beam epitaxy (MBE), liquid phase epitaxy (LPE), or the like.
AlInAs混晶及びGa I nAs混晶は、InP
基板と格子整合する、という条件により混晶比が決まる
。AlInAs mixed crystal and Ga InAs mixed crystal are InP
The mixed crystal ratio is determined by the condition of lattice matching with the substrate.
ただし、簡単のため混晶比は省略する。However, for simplicity, the mixed crystal ratio is omitted.
第2図はこのような光導電型受光素子の略断面図である
。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of such a photoconductive type light receiving element.
InP基板11の上にAlInAs層12、Ga I
nA s層13、AlInAs層12、GaInAs層
13、・・・・・・というように交互多層膜構造となっ
ている。On the InP substrate 11, an AlInAs layer 12, a GaI
It has an alternating multilayer structure including an nAs layer 13, an AlInAs layer 12, a GaInAs layer 13, . . . .
AlInAs層のバンドギャップの方が、GaInAs
層のバンドギャップよりも広い。The bandgap of the AlInAs layer is higher than that of GaInAs.
wider than the bandgap of the layer.
GaInAs層をノンドープとし、AlInAs層にn
型不純物をドープする。n型不純物から供出された電子
はバンドギャップの違いから、GaInAs層の方へ移
る。The GaInAs layer is non-doped, and the AlInAs layer is n-doped.
Dope type impurities. Electrons donated from the n-type impurity move toward the GaInAs layer due to the difference in band gap.
GaInAs層はノンドープである。つまり意図的に不
純物をドープしていない。不純物が極めて少いので、不
純物による電子の散乱が少い。電子散乱が少いので電子
移動度が大きくなる。そこで高速に応答する受光素子が
できる、というわけである。The GaInAs layer is undoped. In other words, it is not intentionally doped with impurities. Since there are very few impurities, there is little scattering of electrons due to impurities. Since there is less electron scattering, electron mobility increases. This makes it possible to create a light-receiving element that responds quickly.
このように、電子を出す不純物の存在する空間と、電子
が走行する空間とを別異にしたデバイスは、2次元電子
ガスを用いた高速のMODFETなどに利用されている
。Devices in which the space in which impurities that emit electrons exist and the space in which electrons travel are separated in this way are used in high-speed MODFETs and the like that use two-dimensional electron gas.
(ハ)発明が解決すべき問題点
ところが、AlInAs / GaInAs交互多層体
による光導電素子は、暗電流が大きく、その結果、光に
対する感度が低い、という欠点があった。(c) Problems to be Solved by the Invention However, photoconductive elements made of alternating AlInAs/GaInAs multilayers have the drawback of large dark current and, as a result, low sensitivity to light.
暗電流というのは、受光素子に光を当てない時に流れる
電流のことである。Dark current is the current that flows when the light receiving element is not exposed to light.
この原因は、光を照射しない時に於ても、素子の中に、
電気伝導に寄与するキャリヤが存在している事による。The reason for this is that even when no light is irradiated, there are
This is due to the presence of carriers that contribute to electrical conduction.
この点を第3図のバンド構造図によって説明する。この
図に於て横軸は、第2図の素子に於て上下方向の空間座
標である。縦軸は電子、正孔のエネルギーである。This point will be explained with reference to the band structure diagram in FIG. In this figure, the horizontal axis is the spatial coordinate in the vertical direction in the element of FIG. 2. The vertical axis is the energy of electrons and holes.
上方の曲線ABCD・・・・・・が伝導帯1の下端であ
る。これより下方の曲線JKが価電子帯2の上端である
。伝導帯1と価電子帯2の中間は自由キャリヤの存在し
えないバンドギャップである。The upper curve ABCD is the lower end of the conduction band 1. The curve JK below this is the upper end of the valence band 2. Between conduction band 1 and valence band 2 is a band gap where no free carriers can exist.
AlInAs層12とGa I nA s層13が交代
に積層した素子であるから、両者に応じたバンド構造が
交代することになる。Since this is a device in which the AlInAs layer 12 and the GaInAs layer 13 are alternately laminated, the band structures corresponding to the two alternate.
AlInAs層の方がGaInAs層よりもバンドギャ
ップが広いので、このような構造になる。This structure is obtained because the AlInAs layer has a wider band gap than the GaInAs layer.
一点鎖線で示す直線はフェルミレベル4である。The straight line indicated by the dashed line is Fermi level 4.
図中「+」印は、n型不純物(ドナー)であって、電子
を失って、正電荷になっているものを示している。In the figure, the "+" mark indicates an n-type impurity (donor) that has lost electrons and has become positively charged.
n型不純物は、AlInAs層にも、ノンドープGaI
nAs層にも存在する。The n-type impurity is also applied to the AlInAs layer and the undoped GaI layer.
It also exists in the nAs layer.
AI!I nA s層のn型不純物5は、伝導帯1のす
ぐ下に準位を形成する。浅い不純物準位である。AI! The n-type impurity 5 in the InAs layer forms a level just below the conduction band 1. It is a shallow impurity level.
ノンドープGaInAs層のn型不純物も、伝導帯1の
すぐ下に不純物準位を形成する。The n-type impurity in the non-doped GaInAs layer also forms an impurity level just below the conduction band 1.
しかし、バンドギャップが異なり、伝導帯1がGaIn
Asでは低く、AlInAsでは高くなるようなパルス
状の変化をしている。このため、GaInAsとAlI
nAsの中でのn型不純物5,6の準位が異なる。However, the bandgap is different and conduction band 1 is GaIn.
There is a pulse-like change in which the value is low for As and high for AlInAs. For this reason, GaInAs and AlI
The levels of n-type impurities 5 and 6 in nAs are different.
GaInAs層の中にあるn型不純物6のレベルの方が
、AlInAs層の中にあるn型不純物5のレベルより
も低い。The level of n-type impurity 6 in the GaInAs layer is lower than the level of n-type impurity 5 in the AlInAs layer.
GaInAs層は、ノンドープであるが材料に含まれる
不純物のため、n型半導体になっている。浅いレベルを
作るn型不純物であるから、伝導帯1(7) t り下
にフェルミレベル4が位置する。Although the GaInAs layer is non-doped, it is an n-type semiconductor due to impurities contained in the material. Since it is an n-type impurity that creates a shallow level, Fermi level 4 is located below the conduction band 1(7) t .
A、/InAs層はn型不純物をドープし、n型半導体
トなっている。フェルミレベル4が、バンドギャップの
中心よりやや上方にある。The A,/InAs layer is doped with n-type impurities and becomes an n-type semiconductor. Fermi level 4 is slightly above the center of the band gap.
Ga I nAs層の中心近傍A、Gでは、フェルミレ
ベル4より伝導帯下端の方が高くなっている。半導体で
あるから、これは轟然の事である。In the vicinity of the center A and G of the GaInAs layer, the lower end of the conduction band is higher than the Fermi level 4. Since it is a semiconductor, this is a big deal.
ところが、 GaInAs層のバンドの両端B、E。However, both ends B and E of the band of the GaInAs layer.
■などでは伝導帯1が下方へ押下げられている。In cases such as (2), the conduction band 1 is pushed downward.
伝導帯1がフェルミレベル4より下にある。このため電
子がn型不純物から離れ、B、E、Iなどの伝導帯の凹
部へ入った方がエネルギーを下げる事になる。Conduction band 1 is below Fermi level 4. Therefore, when the electrons leave the n-type impurity and enter the concave portions of conduction bands such as B, E, and I, the energy is lowered.
GaInAs層のバンド構造が上向きに凸となり、両端
B、E、Iに自由電子が常に存在するという事になる。The band structure of the GaInAs layer is upwardly convex, and free electrons always exist at both ends B, E, and I.
フェルミレベル4より下なのであるから、これは轟然の
事であり、金属に似たような伝導性を示す。This is surprising since it is below Fermi level 4, and exhibits conductivity similar to metal.
光照射がなされていない時であっても、B 、E。Even when no light is irradiated, B and E.
■など伝導帯の凹部に自由電子3が存在する。Free electrons 3 exist in the concave part of the conduction band, such as (2).
このため、電圧がかかつていれば、光が照射されていな
くても、電流が流れてしまう。Therefore, if a voltage is applied, current will flow even if no light is irradiated.
このように、GaInAs層の両端のエツジの部分に於
ける自由電子の存在が暗電流を大きくしているのである
。In this way, the presence of free electrons at the edge portions at both ends of the GaInAs layer increases the dark current.
暗電流は少い方がよい。暗電流が少いと、光を照射しな
い時と、微弱な光を照射した時の抵抗値の比を大きくす
る事ができるからである。The lower the dark current, the better. This is because if the dark current is small, the ratio of the resistance value when no light is irradiated and when weak light is irradiated can be increased.
自由電子3の存在が暗電流の原因となる。The presence of free electrons 3 causes dark current.
そうすると、Ga I nA s層のバンドがどうして
上に凸になり、境界近くに自由電子3が存在するのか?
という事が問題になる。Then, why does the band of the Ga I nAs layer become convex upward and why are there free electrons 3 near the boundary?
That becomes a problem.
AlInAs層の方がバンドギャップが広い。ここにn
型不純物がドープされている。もしも、AlInAsだ
けであるとすると、電子の一部は伝導帯に上り、他はn
型不純物に束縛される事になる。The AlInAs layer has a wider band gap. here n
Doped with type impurities. If it is only AlInAs, some of the electrons will go to the conduction band, and others will go to the n
It will be constrained by type impurities.
ところが、AI!I nA s層のみがあるのではなく
、GaInAs層が隣接している。GaInAs層の伝
導帯の下端の方がAlInAs層のn型不純物レベルよ
りも低い。このためAlInAs層のn型不純物が持っ
ていた電子の殆どが、GaInAsの伝導帯へ落ちる。However, AI! There is not only an InAs layer, but an adjacent GaInAs layer. The lower end of the conduction band of the GaInAs layer is lower than the n-type impurity level of the AlInAs layer. Therefore, most of the electrons possessed by the n-type impurity in the AlInAs layer fall into the conduction band of GaInAs.
この電子は、GaInAsのn型不純物に束縛されて減
少するという事がない。n型不純物は、それと同数の電
子を持っており、n型不純物がこれらの電子を束縛して
いるとすれば、新たにAlInAsから移動した電子を
束縛する余地がないからである。These electrons are bound by the n-type impurity of GaInAs and do not decrease. This is because the n-type impurity has the same number of electrons, and if the n-type impurity binds these electrons, there is no room to bind the electrons newly transferred from AlInAs.
AlInAs層は電子を失ったn型不純物5を持つので
正に帯電する。Since the AlInAs layer has n-type impurities 5 that have lost electrons, it is positively charged.
この正電荷が、GaInAs層にある伝導帯の電子′を
引寄せるので、電子に対して、境界点B、E。This positive charge attracts electrons in the conduction band in the GaInAs layer, so the boundary points B and E are drawn to the electrons.
■がエネルギー的に低くなるようなポテンシャルを形成
する。つまり、AlInAs層の正電荷が、クーロン力
により、GaInAs層のバンドを両端に於て下方へ彎
曲させているのである。■ forms a potential that becomes lower in energy. In other words, the positive charges in the AlInAs layer cause the band of the GaInAs layer to curve downward at both ends due to the Coulomb force.
Ga I nAs層のバンドはこのため上向に凸となる
。The band of the GaInAs layer therefore becomes upwardly convex.
この曲線の実際の形状は、Ga I nAs中の不純物
の分布による。もしも不純物が一様分布しているとすれ
ば、単純にガウスの方程式を解くことができて、バンド
の形状は二次曲線となる。つまり放物線の一部となる。The actual shape of this curve depends on the distribution of impurities in Ga I nAs. If the impurities are uniformly distributed, the Gaussian equation can be simply solved, and the band shape will be a quadratic curve. In other words, it becomes part of a parabola.
Ga I nAs層の両端に於けるバンド構造の凹部は
こうして生ずる。電子はAlInAsの不純物5から離
れて、バンドギャップの狭いGaInAsの伝導帯に入
るが、AlInAsの不純物5との間にクーロン力が働
くので、AlInAsの方へ引きよせられ、境界に溜ま
る事になる。A depression in the band structure at both ends of the GaInAs layer is thus created. The electrons leave the impurity 5 of AlInAs and enter the conduction band of GaInAs, which has a narrow band gap, but a Coulomb force acts between them and the impurity 5 of AlInAs, so they are drawn toward the AlInAs and accumulate at the boundary. .
次に、A、/InAs層のバンドの彎曲について述べる
。Next, the curvature of the band of the A,/InAs layer will be described.
GaInAs層のバンドの両端にある自由電子の数の方
が、Ga I nAs層の電子を失ったn型不純物6よ
りも数が多い。このため、Ga I nA s層は負に
帯電する事になる。A、eInAs層が正に帯電してい
るのだから、GaInAsが負に帯電するのは当然の事
である。The number of free electrons at both ends of the band of the GaInAs layer is greater than the number of n-type impurities 6 that have lost electrons in the GaInAs layer. Therefore, the GaInAs layer becomes negatively charged. A. Since the eInAs layer is positively charged, it is natural that GaInAs is negatively charged.
GaInAs層が負に帯電しているから、AlInAs
層からみると電子に対して斥力を及ぼす事になる。Since the GaInAs layer is negatively charged, AlInAs
When viewed from the layer, it exerts a repulsive force on electrons.
このためAlInAs層の電子に対し、下に凸のポテン
シャルを形成する。Therefore, a downwardly convex potential is formed for electrons in the AlInAs layer.
AlInAsのバンドのゆがみはこうして生ずる。This is how the AlInAs band distortion occurs.
もしもAlInAs層
しているとすれば、ガウスの方程式が簡単に積分できて
、AlInAsのバンドは放物線となる。If there is an AlInAs layer, the Gaussian equation can be easily integrated, and the AlInAs band becomes a parabola.
に)構 成
受光素子としての暗電流を大きくしているのは、Ga
I nA s層の両端に生ずるバンドの凹部に溜った自
由電子である。2) Configuration What increases the dark current as a photodetector is Ga.
These are free electrons accumulated in the concave portions of the band that occur at both ends of the InAs layer.
暗電流を少くするためには、自由電子の溜りを少くすれ
ばよいのである。In order to reduce dark current, it is sufficient to reduce the amount of free electrons accumulated.
本発明に於ては、AlInAs層にn型不純物をドープ
する事にする。これによりGaInAs層の自由電子密
度を減少させる。自由電子密度が減少すれば暗電流が減
少する。このため感度が向上する。In the present invention, the AlInAs layer is doped with n-type impurities. This reduces the free electron density of the GaInAs layer. If the free electron density decreases, the dark current decreases. This improves sensitivity.
場合によっては自由電子密度をOとする事もできるし、
自由正孔を導入するようにしてもよい。In some cases, the free electron density can be set to O,
Free holes may also be introduced.
第1図はAlInAs層にn型不純物をドープした本発
明の光導電型受光素子のバンド構造図である。FIG. 1 is a band structure diagram of a photoconductive type light receiving element of the present invention in which an AlInAs layer is doped with an n-type impurity.
上方の曲線LMNOPQ・・・・・・が伝導帯1である
。The upper curve LMNOPQ is the conduction band 1.
下方の曲線R5TUV・・・・・・が価電子帯2である
。The lower curve R5TUV... is the valence band 2.
伝導帯1と価電子帯2に挾まれる部分がバンドギャップ
(禁制帯)である。The region sandwiched between conduction band 1 and valence band 2 is a band gap (forbidden band).
第3図のバンド構造と違う点を述べる。I will explain the differences from the band structure in Figure 3.
(+) フェルミレベル4が下る。(+) Fermi level 4 falls.
(il) Ga I nAs層のバンド構造が下に向
って凸となる。(il) The band structure of the Ga I nAs layer becomes convex downward.
(lli) AI!I nAs層のバンド構造が上に
向って凸となる。(lli) AI! The band structure of the InAs layer becomes convex upward.
このようにバンド構造が異なるので、Ga I nAs
層に自由電子の溜りができない。Since the band structure is different in this way, GaInAs
Free electrons do not accumulate in the layer.
まずフェルミレベル4が低下する、という点である。First, the Fermi level 4 will decrease.
フェルミレベルは、そのレベルより下にある電子レベル
へ全電子を入れる事のできる最小のエネルギーという事
もできる。n型不純物を入れるという事は、電子を捕捉
できるレベルを増やしたという事であるから、当然、フ
ェルミレベルが下る。The Fermi level can also be said to be the minimum energy that allows all electrons to enter the electron level below that level. Introducing n-type impurities means increasing the level at which electrons can be captured, so naturally the Fermi level decreases.
AlInAs層のn型不純物をドープしたので、価電子
帯2のすぐ上に浅いアクセプタレベルが生ずる。Since the AlInAs layer is doped with n-type impurities, a shallow acceptor level is created just above the valence band 2.
これが「−」で示したn型不純物レベル7である。n型
不純物5よりも、n型不純物7の方が多いので、AlI
nAs層の中には正孔が優越して供給される事になる。This is the n-type impurity level 7 indicated by "-". Since there are more n-type impurities 7 than n-type impurities 5, AlI
Holes are predominantly supplied into the nAs layer.
AlInAsの結晶構造だけであれば、正孔は、AlI
nAsの価電子帯ST間に存在するか、或はn型不純物
に捕捉されるか、いずれかである。If there is only the crystal structure of AlInAs, the hole is AlI
It either exists between the valence band ST of nAs or is captured by n-type impurities.
ところが、バンドギャップの広いAlInAsの隣にバ
ンドギャップの狭いGaInAsが存在している。However, GaInAs with a narrow band gap exists next to AlInAs with a wide band gap.
バンドギャップの差が大きくて、GaInAs層の価電
子帯UVの方が、AlInAs層のn型不純物7に捕え
られたレベル「−」よりも高い。The bandgap difference is large, and the valence band UV of the GaInAs layer is higher than the level "-" trapped in the n-type impurity 7 of the AlInAs layer.
ここで「高い」というのは電子に対して高い、という事
である。正孔は反対の電荷を持つから、電子とは反対の
ポテンシャルを見ることになる。Here, "high" means higher than electrons. Since holes have opposite charges, they will see a potential opposite to that of electrons.
したがって、正孔に対しては「低い」のである。Therefore, it is "low" with respect to holes.
そこで、A、gInAs層の正孔の殆ど全てが、隣接す
るGaInAs層の価電子帯に入る事になる。Therefore, almost all of the holes in the A, gInAs layer enter the valence band of the adjacent GaInAs layer.
AlInAs層にはn型不純物も存在するが、n型不純
物の方が多い。n型不純物の供出した電子は、n型不純
物の供出しな正孔により再結合して実質的に消滅する。Although n-type impurities also exist in the AlInAs layer, there are more n-type impurities. The electrons donated by the n-type impurity are recombined with the holes donated by the n-type impurity and are substantially annihilated.
過剰な正孔は、Ga I nAs層の価電子帯へ入る。Excess holes enter the valence band of the GaInAs layer.
すると、AlInAs層は正孔を失ったn型不純物が残
るので、負に帯電する事になる。負に帯電するので、隣
接するGa I nAs層の正孔を引き寄せる。Then, the AlInAs layer will be negatively charged because n-type impurities that have lost holes remain. Since it is negatively charged, it attracts holes from the adjacent Ga InAs layer.
これはクーロン力で引寄せるのである。This is attracted by Coulomb force.
そうすると、正孔に対してGaInAs層に近い部分で
ポテンシャルが下るようになる。電子に対して書いたも
のがバンド構造であるから、正孔に対しては、反対にな
る。電子に対しては、ポテンシャルが上る。これが、U
点V点での上方への彎曲である。In this case, the potential for holes decreases in a portion close to the GaInAs layer. Since the band structure is written for electrons, it is the opposite for holes. For electrons, the potential increases. This is U
This is an upward curve at point V.
U点V点の近傍に正孔の溜りができる場合がある。U、
V点では正孔に対して、ポテンシャルが特に下る。正孔
ポテンシャルの特異点である。Holes may accumulate near point U and point V in some cases. U,
At point V, the potential is particularly low for holes. This is the singularity of the hole potential.
この正孔は安定である。GaInAs層にn型不純物が
ないからである。This hole is stable. This is because there is no n-type impurity in the GaInAs layer.
全体として過剰の電子がなく、電子の溜りもない。つま
り自由電子が存在しない。Overall, there are no excess electrons and no accumulation of electrons. In other words, there are no free electrons.
n型不純物のドープ量によるが、本発明に於ては、自由
電子を排除できるが、自由正孔が生じる事になる。価電
子帯の端R,U、Vに自由正孔が生じ、これによる暗電
流が間顧になるかもしれない。Depending on the amount of n-type impurity doped, in the present invention, free electrons can be excluded, but free holes are generated. Free holes are generated at the edges R, U, and V of the valence band, and dark current due to this may become a problem.
しかし、正孔は実際にはあまり問題ではない。However, holes are not really a problem.
ひとつには、GaInAsの中での正孔の移動度が、電
子移動度に比べて桁違いに小さいという事がある。電流
は移動度に比例するので、正孔移動度が低いから、これ
に伴う暗電流も小さい。One reason is that the mobility of holes in GaInAs is an order of magnitude smaller than the mobility of electrons. Since the current is proportional to the mobility, the hole mobility is low, so the dark current associated with it is also small.
もうひとつは、正孔の量は制YI#可能な変数である、
という事である。このため、AlInAs層へのn型不
純物のドープ量により、正孔の残存量を任意に調整する
事ができる。Another is that the amount of holes is a variable that can be controlled.
That's what it means. Therefore, the amount of remaining holes can be arbitrarily adjusted by adjusting the amount of n-type impurity doped into the AlInAs layer.
このような理由で、本発明によって生じた残存正孔の問
題は容易に克服できるものである事が分る。For these reasons, it can be seen that the problem of residual holes caused by the present invention can be easily overcome.
け)作 用
第2図のようにInP基板の上に、AlInAs /
GaInAs多層膜をエピタキシャル成長させ電極14
゜14を付けた素子を光導電型受光素子とした。) Function As shown in Figure 2, AlInAs/
The electrode 14 is grown by epitaxially growing a GaInAs multilayer film.
The element with the numeral 14 was used as a photoconductive type light-receiving element.
電極14.14は、オーミックコンタクトする。Electrodes 14.14 make ohmic contact.
多層膜の全てにオーミックコンタクトするのが望ましい
ので、多層膜の中に一部を埋込ませてもよい。Since it is desirable to make ohmic contact with all of the multilayer film, a portion may be buried in the multilayer film.
電極14.14には電圧を加えておく。光を上面から照
射する。光は効率的にCya I nA s層に吸収さ
れる。A voltage is applied to electrode 14.14. Irradiates light from above. Light is efficiently absorbed by the Cya InAs layer.
光の吸収により、電子、正孔の数が、増加する。The number of electrons and holes increases due to absorption of light.
これはGaInAs層に於て起こる。正孔の移動度は遅
いので寄与が少い。移動度の大きい電子の数が光照射量
に比例して増加するから、電流も光照射量に比例して増
大する。This occurs in the GaInAs layer. Since the mobility of holes is slow, their contribution is small. Since the number of electrons with high mobility increases in proportion to the amount of light irradiation, the current also increases in proportion to the amount of light irradiation.
GaInAs層には不純物が少いので、電子の不純物散
乱が少く、電子移動度が大きい。このため、高速応答性
が得られる。Since there are few impurities in the GaInAs layer, impurity scattering of electrons is small and electron mobility is high. Therefore, high-speed response can be obtained.
Ga I nAs層はn型半導体として説明しているが
、意図的にn型不純物としたのではなく、材料の残留不
純物によるものである。ノンドープGaInAs層なの
である。Although the Ga I nAs layer is described as an n-type semiconductor, it is not an intentional n-type impurity, but is due to residual impurities in the material. It is a non-doped GaInAs layer.
AlInAs との境界近くに自由電子が存在しないか
ら、これによる暗電流がなくなる。Since there are no free electrons near the boundary with AlInAs, there is no dark current caused by this.
に))実施例
InP基板11の上に、有機金属熱分解法(OMVPE
)、液相エピタキシャル成長法(L’PE)、分子線エ
ピタキシャル成長法(MBE)などにより、n型不純物
をドープしたAlInAs層12と、不純物無添加のG
aInAs層13さを交−互に積層した。)) Example 1: On the InP substrate 11, organic metal pyrolysis (OMVPE) was applied.
), liquid phase epitaxial growth (L'PE), molecular beam epitaxial growth (MBE), etc., the AlInAs layer 12 doped with an n-type impurity and the impurity-free G
Thirteen AlInAs layers were alternately laminated.
n型不純物として、Zn 、 Be 、 Mg 、 M
nなどを用いた。As n-type impurities, Zn, Be, Mg, M
n, etc. were used.
この除、AlInAs層12へのn型不純物濃度は10
16z−3以上とする。AlInAs層12の層厚は5
0A以上とする。Apart from this, the n-type impurity concentration in the AlInAs layer 12 is 10
16z-3 or higher. The layer thickness of the AlInAs layer 12 is 5
Must be 0A or more.
また、Ga I nAs層の厚みは、0.5μm以下と
する。Further, the thickness of the Ga InAs layer is 0.5 μm or less.
この条件では、Ga I nAs層が空乏化する。伝導
に寄与するキャリヤは、光を照射しない時には殆ど零と
なる。Under this condition, the Ga InAs layer is depleted. The carriers contributing to conduction become almost zero when no light is irradiated.
積層数nについては、GaInAs 層l 3 (7)
厚ミtと、積層数nの積n【が0.5Pm以上になる
ようにする。Regarding the number of stacked layers n, GaInAs layer l 3 (7)
The product n of the thickness t and the number of laminated layers n is set to be 0.5 Pm or more.
この条件で、入射された光は効率的にGaInAs層中
に吸収される。Under this condition, the incident light is efficiently absorbed into the GaInAs layer.
交互多層体の上に、たとえばAuGeなどよりなる電極
14.14をたとえば蒸着法によって形成する。Electrodes 14.14 made of, for example, AuGe are formed on the alternating multilayer body by, for example, a vapor deposition method.
この際、電極の接触抵抗を減少させるために、400℃
程度に加熱し、合金化を行なってもよい。At this time, in order to reduce the contact resistance of the electrodes,
Alloying may be performed by heating to a certain degree.
この素子について暗電流を測定すると、同−条件下で、
従来のものに比べて1/10〜1 / 100 程度に
減少している事が分った。When measuring the dark current of this element, under the same conditions,
It was found that the reduction was about 1/10 to 1/100 compared to the conventional one.
(ホ)効 果
本発明によれば、暗電流の少い高速の光導電型受光素子
を作る事ができる。(e) Effects According to the present invention, a high-speed photoconductive light receiving element with little dark current can be produced.
計測、光通信の分野lこ於て、有効に利用する事ができ
る。It can be effectively used in the fields of measurement and optical communication.
第1図は本発明の光導電素子のバンド構造図。
第2図は本発明の光導電素子の略正面図。
第3図は従来の光導電素子のバンド構造図。
1・・・・・・伝導帯
2・・・・・・価電子帯
3・・・・・・自由電子
4・・・・・・フェルミレベル
5・・・・・・AlInAsのn型不純物6・・・・・
・GaInAsのn型不純物7・・・・・・AlInA
sのP型不純物8・・・・・・正 孔
11・・・・・・InP基板
12−−−−−− AlInAs層
13 ・・−GaInAs層
14・・・・・・電 極
発明者 佐々木吾朗FIG. 1 is a diagram of the band structure of the photoconductive element of the present invention. FIG. 2 is a schematic front view of the photoconductive element of the present invention. FIG. 3 is a diagram of the band structure of a conventional photoconductive element. 1...Conduction band 2...Valence band 3...Free electrons 4...Fermi level 5...N-type impurity of AlInAs 6・・・・・・
・N-type impurity of GaInAs 7...AlInA
s P-type impurity 8...Hole 11...InP substrate 12--AlInAs layer 13...-GaInAs layer 14...Electrode inventor Sasaki Goro
Claims (1)
タキシャル成長させたAlInAs層12、GaInA
s層13の積層構造と、該積層構造の上に設けられた複
数の電極14、14とよりなり、前記AlInAs層1
2にはP型不純物が添加されている事を特徴とする光導
電型受光素子。An InP substrate 11, an AlInAs layer 12 epitaxially grown alternately on the InP substrate 11, and a GaInA layer.
The AlInAs layer 1 is composed of a laminated structure of the S layer 13 and a plurality of electrodes 14 provided on the laminated structure.
2 is a photoconductive type light-receiving element characterized in that a P-type impurity is added.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62113067A JPS63278282A (en) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | Photoconductive photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62113067A JPS63278282A (en) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | Photoconductive photodetector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63278282A true JPS63278282A (en) | 1988-11-15 |
Family
ID=14602661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62113067A Pending JPS63278282A (en) | 1987-05-08 | 1987-05-08 | Photoconductive photodetector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63278282A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6444073A (en) * | 1987-08-11 | 1989-02-16 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu | Photoconductive photodetector |
DE19503974A1 (en) * | 1994-02-07 | 1995-08-10 | Mitsubishi Electric Corp | Cpd. semiconductor layer |
JP2010073814A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Ngk Insulators Ltd | Light reception element, and method of manufacturing the same |
-
1987
- 1987-05-08 JP JP62113067A patent/JPS63278282A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010073814A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Ngk Insulators Ltd | Light reception element, and method of manufacturing the same |
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