JPS6333309B2 - - Google Patents
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- JPS6333309B2 JPS6333309B2 JP54117390A JP11739079A JPS6333309B2 JP S6333309 B2 JPS6333309 B2 JP S6333309B2 JP 54117390 A JP54117390 A JP 54117390A JP 11739079 A JP11739079 A JP 11739079A JP S6333309 B2 JPS6333309 B2 JP S6333309B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/041—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L31/00
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-
- H—ELECTRICITY
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体光検出装置、殊に、用いる半
導体固有の禁止帯幅にて検出し得る光波長よりも
長波長の光をも検出し得るようにした半導体光検
出装置に関する。
導体固有の禁止帯幅にて検出し得る光波長よりも
長波長の光をも検出し得るようにした半導体光検
出装置に関する。
光通信特にオブテイカルフアイバを使用した光
情報伝送技術が実用化された場合、従来の電子回
路と光伝送路とのインターフエースが必要とな
る。従来の電子回路は半導体集積回路が主体であ
ることを考えると、このインターフエースとして
は、半導体進積回路にモノリシツクに構成された
光電変換器乃至光検出器であることが望ましい。
一方、半導体集積回路の材料はシリコンが主体で
あり、シリコンの禁止帯幅が1.1eV（室温）であ
ることを考えると、そのまま光検出器を構成した
のでは、約1.1μｍ以上の波長の光に対してはバン
ド間遷移では検出できない。これに対して従来か
らも適当な不純物をドーピングして1.1μｍ以上の
波長の光に対して検出可能な素子も開発されてい
るが、その効率は大変悪いものである。他方、光
伝送路として最も有望なSiO2を主体としたオブ
テイカルフアイバの方の事情からすれば、その光
伝播損失が極小になる波長域は1.3μｍおよび1.6μ
ｍ付近であり、光情報を伝送する波長は将来、
1.0〜1.7μｍの範囲になると考えられる。
情報伝送技術が実用化された場合、従来の電子回
路と光伝送路とのインターフエースが必要とな
る。従来の電子回路は半導体集積回路が主体であ
ることを考えると、このインターフエースとして
は、半導体進積回路にモノリシツクに構成された
光電変換器乃至光検出器であることが望ましい。
一方、半導体集積回路の材料はシリコンが主体で
あり、シリコンの禁止帯幅が1.1eV（室温）であ
ることを考えると、そのまま光検出器を構成した
のでは、約1.1μｍ以上の波長の光に対してはバン
ド間遷移では検出できない。これに対して従来か
らも適当な不純物をドーピングして1.1μｍ以上の
波長の光に対して検出可能な素子も開発されてい
るが、その効率は大変悪いものである。他方、光
伝送路として最も有望なSiO2を主体としたオブ
テイカルフアイバの方の事情からすれば、その光
伝播損失が極小になる波長域は1.3μｍおよび1.6μ
ｍ付近であり、光情報を伝送する波長は将来、
1.0〜1.7μｍの範囲になると考えられる。
従つて、従来の光検出器では、この要請を満足
し、尚且つ半導体基板上にモノシリツクに形成さ
れる光検出器とすることはできないことになる。
し、尚且つ半導体基板上にモノシリツクに形成さ
れる光検出器とすることはできないことになる。
本発明はこれに鑑みてなされたもので、用いる
半導体の固有の禁止帯幅よりも狭い実効禁止帯幅
とし得る光検出器を提供し、半導体集積回路の方
からの要請と光伝送路からの要請を共に満足する
光検出器を構成することを主目的としたものであ
り、これに加えて、この主目的を達成する基本構
成の光検出器の応用例として、多波長の多重光を
も分離的に検出できるようにすることを付随的な
目的としてなされたものである。尚、多波長多重
光情報を分離して同時に検出することは、情報伝
送帯域を広げる意味で重要な技術となる。
半導体の固有の禁止帯幅よりも狭い実効禁止帯幅
とし得る光検出器を提供し、半導体集積回路の方
からの要請と光伝送路からの要請を共に満足する
光検出器を構成することを主目的としたものであ
り、これに加えて、この主目的を達成する基本構
成の光検出器の応用例として、多波長の多重光を
も分離的に検出できるようにすることを付随的な
目的としてなされたものである。尚、多波長多重
光情報を分離して同時に検出することは、情報伝
送帯域を広げる意味で重要な技術となる。
以下、添付の図面に即し、本発明の各実施例に
就き説明するが、先づ、第１Ａ，Ｂ，Ｃ図に即
し、本発明の主目的を達成する基本的実施例とも
ども、本発明の成立過程から説明する。
就き説明するが、先づ、第１Ａ，Ｂ，Ｃ図に即
し、本発明の主目的を達成する基本的実施例とも
ども、本発明の成立過程から説明する。
本発明者は、光検出器をPn多層構造から構成
することに着目した。即ち、第１Ａ図に示すよう
に、Pn層を多層にした場合、この多層構造１の
エネルギ帯図は、用いる半導体の固有の禁止帯幅
をEg0として、周期的なうねりを持つことにな
る。この山と谷の周期間隔が小さくなると、エネ
ルギ帯構造が影響を受け、同図中に同時に示した
ように電子、正孔のサブハンドが形成され、ま
た、電子、正孔の各エネルギ状態密度は第１Ｂ図
に示すようになる。各サブハンドの電子、正孔は
完全にサブバンド内に局在しているのではなく、
それらの波動関数は禁止帯内へ、第１Ａ図では横
方向にしみ込む性質があり、各サブバンド間での
キヤリアの遷移が可能である。従つて、第１Ａ図
から明らかなように、その半導体固有の禁止帯幅
以下のエネルギを持つ長波長光も検出が可能とな
る。具体的には、多層Pn構造の光吸収係数α
（ω）は、 α（ω）α0exp｛−（Eg0−〓）3/2／Δ3/2｝ (1) Δ-3/2＝３／４・mc 1/2／〓eFi (2) で与えられる。ここでα0は定数、Eg0は半導体固
有の禁止帯幅、〓＝ｈ／2π、（ｈはブランク定
数）、ωは光の振動数の2π倍、mcは電子の有効質
量、ｅは電子の電荷量、Fiは半導体中の内蔵電界
である。半導体固有の禁止帯内に、ｐ層、ｎ層別
別に形成されたサブバンド間の電子の遷移確率
は、不純物の空間電荷によるポテンシヤル障壁が
小さいほど大きくなり、ひいては光検出器として
用いる場合の感度が向上する。ポテンシヤル障壁
はｐ層、ｎ層の不純物濃度、及至は各層の厚みを
制御することによつて変化させることができる。
遷移確率はポテンシヤル障壁に対して指数関数的
に変化するから、Egeffも不純物濃度と各層の厚
みの制御をすることによつて変化させることがで
き、検出すべき光の波長に合せることが可能とな
るので、波長選択性を持たせることができること
となる。例えば半導体としてSiを用いた場合、ｐ
層、ｎ層とも1019／cm3の不純物を導入し、各々厚
さを80Åとすれば、用いた半導体の固有の吸収係
数αが１／ｅとなる光エネルギーは、もともとの
バルクSiの値よりも約0.2eV小さなエネルギーと
なる。即ち、バンド端がSiの禁止帯内に入ること
になつて、本願の効果が達成される。ここで多層
構造の積層数自体は実験的乃至は設計的な問題で
あつて、各層厚がデバイ長以下、例えば100Åの
場合は50〜100層あれば十分再現性良くEgeffのエ
ネルギーの光検出が可能である。この例の場合、
検出可能な波長に換算すると、バルクSiでは1.1μ
ｍから短波長の光までしか検出できないのに対し
て、本発明による多層構造では1.35μｍの波長の
光まで検出できることになり、オプテイカルフア
イバの伝送最適波長の範囲まで検出可能となる。
この例で示した1019／cm3の不純物濃度は、分子線
エピタキシヤル成長でドーピングを行なえること
を実験で確かめており、更に、不純物濃度を高め
各ｐ、ｎ層を薄くすることにより、更に長波長の
赤外光まで検出することもでき、これも不純物を
イオン化することによつて製作可能であることを
確認している。
することに着目した。即ち、第１Ａ図に示すよう
に、Pn層を多層にした場合、この多層構造１の
エネルギ帯図は、用いる半導体の固有の禁止帯幅
をEg0として、周期的なうねりを持つことにな
る。この山と谷の周期間隔が小さくなると、エネ
ルギ帯構造が影響を受け、同図中に同時に示した
ように電子、正孔のサブハンドが形成され、ま
た、電子、正孔の各エネルギ状態密度は第１Ｂ図
に示すようになる。各サブハンドの電子、正孔は
完全にサブバンド内に局在しているのではなく、
それらの波動関数は禁止帯内へ、第１Ａ図では横
方向にしみ込む性質があり、各サブバンド間での
キヤリアの遷移が可能である。従つて、第１Ａ図
から明らかなように、その半導体固有の禁止帯幅
以下のエネルギを持つ長波長光も検出が可能とな
る。具体的には、多層Pn構造の光吸収係数α
（ω）は、 α（ω）α0exp｛−（Eg0−〓）3/2／Δ3/2｝ (1) Δ-3/2＝３／４・mc 1/2／〓eFi (2) で与えられる。ここでα0は定数、Eg0は半導体固
有の禁止帯幅、〓＝ｈ／2π、（ｈはブランク定
数）、ωは光の振動数の2π倍、mcは電子の有効質
量、ｅは電子の電荷量、Fiは半導体中の内蔵電界
である。半導体固有の禁止帯内に、ｐ層、ｎ層別
別に形成されたサブバンド間の電子の遷移確率
は、不純物の空間電荷によるポテンシヤル障壁が
小さいほど大きくなり、ひいては光検出器として
用いる場合の感度が向上する。ポテンシヤル障壁
はｐ層、ｎ層の不純物濃度、及至は各層の厚みを
制御することによつて変化させることができる。
遷移確率はポテンシヤル障壁に対して指数関数的
に変化するから、Egeffも不純物濃度と各層の厚
みの制御をすることによつて変化させることがで
き、検出すべき光の波長に合せることが可能とな
るので、波長選択性を持たせることができること
となる。例えば半導体としてSiを用いた場合、ｐ
層、ｎ層とも1019／cm3の不純物を導入し、各々厚
さを80Åとすれば、用いた半導体の固有の吸収係
数αが１／ｅとなる光エネルギーは、もともとの
バルクSiの値よりも約0.2eV小さなエネルギーと
なる。即ち、バンド端がSiの禁止帯内に入ること
になつて、本願の効果が達成される。ここで多層
構造の積層数自体は実験的乃至は設計的な問題で
あつて、各層厚がデバイ長以下、例えば100Åの
場合は50〜100層あれば十分再現性良くEgeffのエ
ネルギーの光検出が可能である。この例の場合、
検出可能な波長に換算すると、バルクSiでは1.1μ
ｍから短波長の光までしか検出できないのに対し
て、本発明による多層構造では1.35μｍの波長の
光まで検出できることになり、オプテイカルフア
イバの伝送最適波長の範囲まで検出可能となる。
この例で示した1019／cm3の不純物濃度は、分子線
エピタキシヤル成長でドーピングを行なえること
を実験で確かめており、更に、不純物濃度を高め
各ｐ、ｎ層を薄くすることにより、更に長波長の
赤外光まで検出することもでき、これも不純物を
イオン化することによつて製作可能であることを
確認している。
以上に即した基本的実施例は、第１Ｃ図示のよ
うに、半導体基板２上に既述のPn多層構造１を
モノリシツクに形成したものとして得ることがで
き、入射すべき光３を伝搬してくる光フアイバ４
の出射端は、当該多層構造１に臨ませて基板２に
設けたＶ字溝５等にて位置決め、固定すれば良
い。勿論、先に述べた理由から、各層厚はデバイ
長以下とし、層数もサブバンドの安定な形成に必
要数採つておき、また、入射する光の波長に対し
ても検出能を有するように、Ｐ層、ｎ層の少くと
も一方又は双方の不純物濃度及び或いは厚味を制
御して実効禁止帯幅Egeffを設定しておく。
うに、半導体基板２上に既述のPn多層構造１を
モノリシツクに形成したものとして得ることがで
き、入射すべき光３を伝搬してくる光フアイバ４
の出射端は、当該多層構造１に臨ませて基板２に
設けたＶ字溝５等にて位置決め、固定すれば良
い。勿論、先に述べた理由から、各層厚はデバイ
長以下とし、層数もサブバンドの安定な形成に必
要数採つておき、また、入射する光の波長に対し
ても検出能を有するように、Ｐ層、ｎ層の少くと
も一方又は双方の不純物濃度及び或いは厚味を制
御して実効禁止帯幅Egeffを設定しておく。
ところで、実際に半導体基板上に本発明のPn
多層構造１を形成する手法自体は、本発明が直接
これを規定するものではなく、公知技術を任意に
援用して差仕えなく、Ｖ字溝５の成形についても
また然りである。例えば、不純物ドーピングの高
精度制御が可能な分子線エピタキシヤル成長法に
よつて、Pn多層構造１を容易に製作することが
できる。Siの分子線エピタキシヤル成長法によつ
て、260Åのｐ層及びｎ層を80層形成した実験に
おいて、本願発明の製作技術には全く問題がない
ことを確かめている。また、ｐ形層、ｎ形層の不
純物のだれは１原子層オーダーで急峻に形成でき
ることを実験的に確めている。光フアイバ固定用
Ｖ字溝５は、例えばシリコン基板の場合、当該シ
リコンのエツチング速度が、アミン系エツチング
液に対して著しい面方位依存性を持ち、｛111｝面
に対して遅く、｛100｝面に対して速いことから、
｛100｝面のシリコン基板に対して細長く窓あけさ
れたマスクを通して選択エツチングを行えば、
｛111｝面をＶ字の側面として得ることができる。
これ等の点に就いては、後述の各実施例でも同様
である。
多層構造１を形成する手法自体は、本発明が直接
これを規定するものではなく、公知技術を任意に
援用して差仕えなく、Ｖ字溝５の成形についても
また然りである。例えば、不純物ドーピングの高
精度制御が可能な分子線エピタキシヤル成長法に
よつて、Pn多層構造１を容易に製作することが
できる。Siの分子線エピタキシヤル成長法によつ
て、260Åのｐ層及びｎ層を80層形成した実験に
おいて、本願発明の製作技術には全く問題がない
ことを確かめている。また、ｐ形層、ｎ形層の不
純物のだれは１原子層オーダーで急峻に形成でき
ることを実験的に確めている。光フアイバ固定用
Ｖ字溝５は、例えばシリコン基板の場合、当該シ
リコンのエツチング速度が、アミン系エツチング
液に対して著しい面方位依存性を持ち、｛111｝面
に対して遅く、｛100｝面に対して速いことから、
｛100｝面のシリコン基板に対して細長く窓あけさ
れたマスクを通して選択エツチングを行えば、
｛111｝面をＶ字の側面として得ることができる。
これ等の点に就いては、後述の各実施例でも同様
である。
また、Pn多層構造が光情報を検出した時の電
気信号は、例えば第１Ｃ図に示すように、多層構
造の積層方向両端から、一方を基板２、他方を引
出端子６として採り出すこともできるし、第２図
に光の入射方向から見て示すように、Pn多層構
造１の両側に夫々接合面と垂直にＰ層６′、ｎ層
６″を形成して、光吸収によつて発生した正孔を
Ｐ層６′、電子をｎ層６″に集め、電圧又は電流と
しての電気信号に変えても良い。これは、後述す
る各実施例でも同じである。
気信号は、例えば第１Ｃ図に示すように、多層構
造の積層方向両端から、一方を基板２、他方を引
出端子６として採り出すこともできるし、第２図
に光の入射方向から見て示すように、Pn多層構
造１の両側に夫々接合面と垂直にＰ層６′、ｎ層
６″を形成して、光吸収によつて発生した正孔を
Ｐ層６′、電子をｎ層６″に集め、電圧又は電流と
しての電気信号に変えても良い。これは、後述す
る各実施例でも同じである。
勿論、図示していないが、同一基板２上に設け
た検出信号の処理用集積回路の信号入力にこれ等
電極を接続することができる。
た検出信号の処理用集積回路の信号入力にこれ等
電極を接続することができる。
このように、本発明に依れば、半導体基板上に
モノリシツクに半導体集積回路と直結し得る光検
出器を形成するという要請と、当該半導体の固有
の禁止帯幅以下のエネルギの光をも検出可能であ
つてほしいとする光伝送路側からの要請とを共に
満足することができるのである。
モノリシツクに半導体集積回路と直結し得る光検
出器を形成するという要請と、当該半導体の固有
の禁止帯幅以下のエネルギの光をも検出可能であ
つてほしいとする光伝送路側からの要請とを共に
満足することができるのである。
以下述べる実施例は、基本的に上記のように優
れている本発明を更に有効に応用して、多波長多
重光をも分離的に検出することができるようにし
たものである。
れている本発明を更に有効に応用して、多波長多
重光をも分離的に検出することができるようにし
たものである。
先に述べた本発明の思想をもう一度考察する
と、この光検出器の実効禁止帯幅Egeffは、不純
物濃度で変化させることができ、一方、Pn多層
構造１において、接合の方向に直列或いは平列
（接合面に垂直方向或いは平行方向）に不純物濃
度を変えていくことは既存のドーピング技術で可
能であるから、同じ検出器中にあつて、実効禁止
帯幅を領域毎に変えることができる。
と、この光検出器の実効禁止帯幅Egeffは、不純
物濃度で変化させることができ、一方、Pn多層
構造１において、接合の方向に直列或いは平列
（接合面に垂直方向或いは平行方向）に不純物濃
度を変えていくことは既存のドーピング技術で可
能であるから、同じ検出器中にあつて、実効禁止
帯幅を領域毎に変えることができる。
従つて、多波長の光信号に対して、Egeffの大
きい領域からEgeffの小さい領域へ入射させれば、
短い波長の光はEgeffの大きい領域で吸収され、
長い波長の光は、この領域に対しては透明となつ
てこれを通過し、Egeffの小さい領域で吸収され
るので各領域で分離して、検知することが可能と
なる。
きい領域からEgeffの小さい領域へ入射させれば、
短い波長の光はEgeffの大きい領域で吸収され、
長い波長の光は、この領域に対しては透明となつ
てこれを通過し、Egeffの小さい領域で吸収され
るので各領域で分離して、検知することが可能と
なる。
この考えに沿つた一つの実施例が第３図に示す
もので、Pn多層構造１において、接合の方向と
この場合並列に光の入射方向から不純物濃度を順
に濃くして、複数の領域I1、I2、I3…（この場合、
I4迄の四領域を例示した）を形成し、前述のEgeff
を各領域間でEgeff 1＞Egeff 2＞Egeff 3＞…となるよ
うに構成する。したがつて、入射される多波長光
信号３に対して、そのエネルギＥが、Ｅ＝hc／
λ1＞Eg1 effとなる範囲の波長λ1の光信号は領域I1
で吸収されて、その時図中で縦方向に流れる光電
流あるいは縦方向の光起電力で端子６と基板２
（又は図示していないが別途設けた端子）間に電
気的信号として現れる。ここでＣは光速度、ｈは
ブランクの定数である。この関係を一般的に言え
ば、Egeff k＞hc／λk+1＞Egeff k+1の範囲の波長λk+1の
光信号は領域Ik+1で電気信号に変られる。即ち、
Ik+1領域でEgeff k＞hc／λk+1＞Egeff k+1の範囲の波長
の光のみが吸収されて電気信号に変られ、この波
長領域よりも長い波長の光はIk+1領域を実質的に
無損失で通過してIk+1以後の後領域に進み、この
波長領域よりも短い波長の光はIk+1以前の前領域
で吸収されるので、光フアイバ４から入射された
多波長多重光信号３を各波長域毎に分離して同時
に検出することができる。勿論、領域数は任意設
計的な問題である。また、先にも基本的実施例に
就いて触れたと同様に、この光検出器の各領域の
検出信号は同一の基板２上に構成した処理回路に
入力させれば、スペースフアクタも良く、伝送ロ
スも少く、同時に多重信号を処理することができ
る。
もので、Pn多層構造１において、接合の方向と
この場合並列に光の入射方向から不純物濃度を順
に濃くして、複数の領域I1、I2、I3…（この場合、
I4迄の四領域を例示した）を形成し、前述のEgeff
を各領域間でEgeff 1＞Egeff 2＞Egeff 3＞…となるよ
うに構成する。したがつて、入射される多波長光
信号３に対して、そのエネルギＥが、Ｅ＝hc／
λ1＞Eg1 effとなる範囲の波長λ1の光信号は領域I1
で吸収されて、その時図中で縦方向に流れる光電
流あるいは縦方向の光起電力で端子６と基板２
（又は図示していないが別途設けた端子）間に電
気的信号として現れる。ここでＣは光速度、ｈは
ブランクの定数である。この関係を一般的に言え
ば、Egeff k＞hc／λk+1＞Egeff k+1の範囲の波長λk+1の
光信号は領域Ik+1で電気信号に変られる。即ち、
Ik+1領域でEgeff k＞hc／λk+1＞Egeff k+1の範囲の波長
の光のみが吸収されて電気信号に変られ、この波
長領域よりも長い波長の光はIk+1領域を実質的に
無損失で通過してIk+1以後の後領域に進み、この
波長領域よりも短い波長の光はIk+1以前の前領域
で吸収されるので、光フアイバ４から入射された
多波長多重光信号３を各波長域毎に分離して同時
に検出することができる。勿論、領域数は任意設
計的な問題である。また、先にも基本的実施例に
就いて触れたと同様に、この光検出器の各領域の
検出信号は同一の基板２上に構成した処理回路に
入力させれば、スペースフアクタも良く、伝送ロ
スも少く、同時に多重信号を処理することができ
る。
この第３図示の装置も、不純物ドーピングの詳
細制御が可能な分子線エピタキシヤル成長法によ
る等して製作が可能であり、各領域I1、I2…の不
純物濃度の制御は、基板上に基板からやや離して
マスクを設けて、蒸発源から飛来する不純物分子
（原子）のマスク端からのまわり込みを利用して
行なうことが可能である。
細制御が可能な分子線エピタキシヤル成長法によ
る等して製作が可能であり、各領域I1、I2…の不
純物濃度の制御は、基板上に基板からやや離して
マスクを設けて、蒸発源から飛来する不純物分子
（原子）のマスク端からのまわり込みを利用して
行なうことが可能である。
ところで、この実施例では、各領域での光検出
（吸収）によつて発生した電流乃至電圧は、大部
分、各領域上の端子６で分離的に検出できるが、
実際上、一部が周囲の領域へ漏話することも考え
られる。
（吸収）によつて発生した電流乃至電圧は、大部
分、各領域上の端子６で分離的に検出できるが、
実際上、一部が周囲の領域へ漏話することも考え
られる。
そこで、このような実際的問題をも回避した実
施例が、第４図示のものである。つまり、基板と
して｛110｝面のSiを用いると、前記の選択エツ
チングにより結晶面に垂直な断面を持つ溝を形成
することができるから、各領域にこのエツチング
を施こして溝７で示すように各領域を分離すれ
ば、周囲からの影響はなくなる。更に別の方法と
して、本発明による多層Pn構造１を成長させる
前に、各領域の周囲に絶縁膜を覆つておけば、多
層Pn構造の成長時に絶縁膜上は単結晶とはなら
ずに多結晶ないしは非晶質となり高い抵抗を示す
ようになるので、同様に各領域の電気的分離が可
能となる。
施例が、第４図示のものである。つまり、基板と
して｛110｝面のSiを用いると、前記の選択エツ
チングにより結晶面に垂直な断面を持つ溝を形成
することができるから、各領域にこのエツチング
を施こして溝７で示すように各領域を分離すれ
ば、周囲からの影響はなくなる。更に別の方法と
して、本発明による多層Pn構造１を成長させる
前に、各領域の周囲に絶縁膜を覆つておけば、多
層Pn構造の成長時に絶縁膜上は単結晶とはなら
ずに多結晶ないしは非晶質となり高い抵抗を示す
ようになるので、同様に各領域の電気的分離が可
能となる。
尚、この第３，４各図示の実施例でも、先に述
べた第２図示のように、各領域毎にPn接合面に
平行にキヤリアを取り出す電極端子構造６′，
６″を採るも自由である。
べた第２図示のように、各領域毎にPn接合面に
平行にキヤリアを取り出す電極端子構造６′，
６″を採るも自由である。
上述した実施例では、いづれも、光信号３は
Pn接合面に平行に入射しているが、勿論、垂直
方向から入射させても良い。そうした実施例が第
５，６図示のものである。
Pn接合面に平行に入射しているが、勿論、垂直
方向から入射させても良い。そうした実施例が第
５，６図示のものである。
第５図示の実施例では、多層Pn接合１の積層
方向上端面（結晶表面）に垂直方向に光フアイバ
４の出射端が臨んでおり、光信号３は積層方向に
入射する。一方、各領域はI1、I2、I3…夫々の実
効禁止帯幅が上から順にEgeff 1＞Egeff 2＞Egeff 3＞…
となるように構成されている。従つて、第３図の
実施例で述べた理由により、多波長の光信号３を
各領域で分離的に検出することができる。尚、こ
の場合、各領域の端側縁を階段状にして夫々の端
子６…を設ける例を示しているが、また、第６図
のように、各領域をn++層ないしはp++層８を介し
て構成すれば、電流として取り出すことも可能で
ある。第５図、第６図の構造は、前記の分子線エ
ピタキシヤル成長法によりマスクを用いて多段成
長させることによつても、又全面を成長させた後
にエツチングを施こすことによつても製作するこ
とができる。
方向上端面（結晶表面）に垂直方向に光フアイバ
４の出射端が臨んでおり、光信号３は積層方向に
入射する。一方、各領域はI1、I2、I3…夫々の実
効禁止帯幅が上から順にEgeff 1＞Egeff 2＞Egeff 3＞…
となるように構成されている。従つて、第３図の
実施例で述べた理由により、多波長の光信号３を
各領域で分離的に検出することができる。尚、こ
の場合、各領域の端側縁を階段状にして夫々の端
子６…を設ける例を示しているが、また、第６図
のように、各領域をn++層ないしはp++層８を介し
て構成すれば、電流として取り出すことも可能で
ある。第５図、第６図の構造は、前記の分子線エ
ピタキシヤル成長法によりマスクを用いて多段成
長させることによつても、又全面を成長させた後
にエツチングを施こすことによつても製作するこ
とができる。
第７図は、本発明の更に他の実施例を示すもの
である。この実施例では、前記の選択エツチング
によつてあらかじめＶ字孔５′を形成した基板に、
第５図の実施例の場合と同様に多層Pn結晶１を
成長させる。この場合、Ｖ字孔の斜面に本発明の
構造が形成されるので、光入射に用いる光フアイ
バ４はこのＶ字孔に固定できる。
である。この実施例では、前記の選択エツチング
によつてあらかじめＶ字孔５′を形成した基板に、
第５図の実施例の場合と同様に多層Pn結晶１を
成長させる。この場合、Ｖ字孔の斜面に本発明の
構造が形成されるので、光入射に用いる光フアイ
バ４はこのＶ字孔に固定できる。
上述した各実施例においては、一つの光検出装
置１の中にEgeffの異なる領域を形成するという
表現であるが、見方によつては、第１図示の基本
実施例の検出装置を、夫々Egeffが異なるいくつ
かを複数個並列又は直列に設けたものと考えても
実質的には同じである。
置１の中にEgeffの異なる領域を形成するという
表現であるが、見方によつては、第１図示の基本
実施例の検出装置を、夫々Egeffが異なるいくつ
かを複数個並列又は直列に設けたものと考えても
実質的には同じである。
また、Pn接合という概念の下には、Pin接合と
か、相対的不純物濃度の問題に過ぎないPi接合と
かも含まれ、実際上、本発明の思想の下に適当に
層厚を配慮すればサブバイド間遷移による光検出
が可能である。従つて、本明細書で言うPn接合
とは、これ等下位概念の各種接合を含むものであ
る。
か、相対的不純物濃度の問題に過ぎないPi接合と
かも含まれ、実際上、本発明の思想の下に適当に
層厚を配慮すればサブバイド間遷移による光検出
が可能である。従つて、本明細書で言うPn接合
とは、これ等下位概念の各種接合を含むものであ
る。
ともかくも、以上詳記のように本発明によれ
ば、まず第一に、半導体の多層Pn構造における
Ｐ層およびｎ層をごく狭い間隔で構成することに
より、量子力学効果によつてその半導体固有の禁
止帯幅以下のエネルギの光に対しても多層Pn構
造のＰ領域又はｎ領域又は両方の不純物濃度を制
御することによつて検出能力を持つことができ、
従つて半導体集積回路の基板上にモノリシツクに
構成して回路との直結化が図れるということがあ
り、第二に、直列あるいは並列に前記不純物濃度
を変化させることにより、多波長の光信号を分離
して検出することも可能となるという極めて顕著
な効果を生むことができる。
ば、まず第一に、半導体の多層Pn構造における
Ｐ層およびｎ層をごく狭い間隔で構成することに
より、量子力学効果によつてその半導体固有の禁
止帯幅以下のエネルギの光に対しても多層Pn構
造のＰ領域又はｎ領域又は両方の不純物濃度を制
御することによつて検出能力を持つことができ、
従つて半導体集積回路の基板上にモノリシツクに
構成して回路との直結化が図れるということがあ
り、第二に、直列あるいは並列に前記不純物濃度
を変化させることにより、多波長の光信号を分離
して検出することも可能となるという極めて顕著
な効果を生むことができる。
即ち、本発明は、光通信での光伝送路と電子回
路とを効果的に結合させるインターフエースを提
供するもので、従来のバルク半導体を用いた光検
出装置では、その半導体固有の禁止帯幅で決まる
光よりも波長の短かい光しか検出能力がなかつた
のにくらべ、本発明によりこの検出波長範囲を長
波長側に任意に伸ばすことができ、光通信−情報
処理における半導体集積回路とオプテイカルフア
イバのインターフエースとして極めて有用なもの
となり、また従来の方法では、光の検出範囲を拡
げるには、禁止帯幅の異なる半導体を用意しなけ
ればならず、そのためには、ヘテロエピタキシヤ
ル成長や混晶成長を行なう必要があり、半導体結
晶の格子定数マツチングを図る点、オートドーピ
ングを避ける点など技術的に困難な問題が多々あ
る。ところが本発明によれば、同一の半導体で不
純物の制御だけで上記目的を達成できるので、技
術的に極めて容易となる。バルクシリコンでは不
可能であつた長波長の光でも、これまで述べたよ
うに検出できるので、本発明をIC技術が高度に
発達したシリコンに適用した場合、オプテイカル
フアイバを伝送手段とした、光通信と半導体集積
回路を結びつけるインターフエースが本発明によ
つて提供されることになる。
路とを効果的に結合させるインターフエースを提
供するもので、従来のバルク半導体を用いた光検
出装置では、その半導体固有の禁止帯幅で決まる
光よりも波長の短かい光しか検出能力がなかつた
のにくらべ、本発明によりこの検出波長範囲を長
波長側に任意に伸ばすことができ、光通信−情報
処理における半導体集積回路とオプテイカルフア
イバのインターフエースとして極めて有用なもの
となり、また従来の方法では、光の検出範囲を拡
げるには、禁止帯幅の異なる半導体を用意しなけ
ればならず、そのためには、ヘテロエピタキシヤ
ル成長や混晶成長を行なう必要があり、半導体結
晶の格子定数マツチングを図る点、オートドーピ
ングを避ける点など技術的に困難な問題が多々あ
る。ところが本発明によれば、同一の半導体で不
純物の制御だけで上記目的を達成できるので、技
術的に極めて容易となる。バルクシリコンでは不
可能であつた長波長の光でも、これまで述べたよ
うに検出できるので、本発明をIC技術が高度に
発達したシリコンに適用した場合、オプテイカル
フアイバを伝送手段とした、光通信と半導体集積
回路を結びつけるインターフエースが本発明によ
つて提供されることになる。
第１図Ａは本発明の原理を示すエネルギ帯図、
第１図Ｂはエネルギ状態密度の説明図、第１Ｃ図
乃至第７図は夫々本発明の各実施例の概略構成
図、である。 １……Pn多層構造、２……基板、３……光信
号、４……光フアイバ。
第１図Ｂはエネルギ状態密度の説明図、第１Ｃ図
乃至第７図は夫々本発明の各実施例の概略構成
図、である。 １……Pn多層構造、２……基板、３……光信
号、４……光フアイバ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体Pn接合をデバイ長以下の間隔で複数
積層してPn多層構造とし、もつて、該Pn多層構
造のＰ層、ｎ層の少くとも一方の不純物濃度及び
或いは厚味を制御することにより、上記半導体固
有の禁止帯幅よりも小さい実効禁止帯幅となし得
ることを特徴とする半導体光検出装置。 ２ 特許請求範囲１記載の光検出装置において、
接合と水平方向に相並んだ位置に複数個の独立な
Pn多層構造を有することを特徴とする光検出装
置。 ３ 特許請求範囲１記載の光検出装置において
Pn接合と垂直方向に相並んだ位置に複数個の独
立なPn多層構造を有することを特徴とする光検
出装置。 ４ 特許請求範囲１から３迄のいづれか一つに記
載の光検出装置において、Pn多層構造の積層方
向両端面に電極端子を設けたことを特徴とする光
検出装置。 ５ 特許請求範囲１から３迄のいづれか一つに記
載の光検出装置において、Pn多層構造の両側面
に電極層を設けたことを特徴とする光検出装置。 ６ 特許請求範囲４記載の光検出装置において、
各々のPn多層構造を選択エツチングにより分離
したことを特徴とする光検出装置。 ７ 特許請求範囲４記載の光検出装置において、
各々のPn多層構造を多結晶または非晶質半導体
で分離したことを特徴とする光検出装置。 ８ 特許請求範囲１から７迄のいづれか一つに記
載の光検出装置において、半導体の選択エツチン
グにより得られる溝に固定された光フアイバから
光信号が入射されることを特徴とする光検出装
置。 ９ 特許請求範囲３記載の光検出装置において、
半導体の選択エツチングにより得られる溝の斜面
にPn多層構造を設けたことを特徴とする光検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11739079A JPS5642386A (en) | 1979-09-14 | 1979-09-14 | Semiconductor photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11739079A JPS5642386A (en) | 1979-09-14 | 1979-09-14 | Semiconductor photodetector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5642386A JPS5642386A (en) | 1981-04-20 |
| JPS6333309B2 true JPS6333309B2 (ja) | 1988-07-05 |
Family
ID=14710458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11739079A Granted JPS5642386A (en) | 1979-09-14 | 1979-09-14 | Semiconductor photodetector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5642386A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927581A (ja) * | 1982-08-03 | 1984-02-14 | Seisan Gijutsu Shinko Kyokai | 光センサ |
| FR2586804B1 (fr) * | 1985-08-30 | 1989-03-31 | Centre Nat Rech Scient | Procede et dispositif de photo-detection rapide a l'aide d'un superreseau |
| JPS6337676A (ja) * | 1986-07-31 | 1988-02-18 | Anritsu Corp | 光導電素子 |
| JPH01140678A (ja) * | 1987-11-26 | 1989-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受光素子 |
| JPH0738124A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-02-07 | Nec Corp | 半導体受光装置 |
| JP2874570B2 (ja) * | 1993-12-20 | 1999-03-24 | 日本電気株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5273686A (en) * | 1975-12-16 | 1977-06-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Production of photoelectric converting element |
| JPS5289083A (en) * | 1976-01-19 | 1977-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Production of semiconductor photoelectric converting element |
-
1979
- 1979-09-14 JP JP11739079A patent/JPS5642386A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5273686A (en) * | 1975-12-16 | 1977-06-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Production of photoelectric converting element |
| JPS5289083A (en) * | 1976-01-19 | 1977-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Production of semiconductor photoelectric converting element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5642386A (en) | 1981-04-20 |
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