JPS6337676A - Photoconductive device - Google Patents

Photoconductive device

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Publication number
JPS6337676A
JPS6337676A JP61180990A JP18099086A JPS6337676A JP S6337676 A JPS6337676 A JP S6337676A JP 61180990 A JP61180990 A JP 61180990A JP 18099086 A JP18099086 A JP 18099086A JP S6337676 A JPS6337676 A JP S6337676A
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JP
Japan
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type semiconductor
semiconductor thin
electrode
thin film
substrate
Prior art date
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Application number
JP61180990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Youzou Kouno
河野 容三
Setsuo Kotado
古田土 節夫
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Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
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Publication date
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Publication of JPS6337676A publication Critical patent/JPS6337676A/en
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Abstract

PURPOSE:To facilitate a high speed response by a method wherein one layer of photoconductive p<+> (or n<+>) type semiconductor thin film is inserted between two layers of photoconductive n<-> (or p<->) type semiconductor thin films to constitute a multilayered film structure. CONSTITUTION:A multilayered film is composed of n<-> (or p<->) type semiconductor thin films 5 and p<+> (or n<+>) type semiconductor thin films 6 and formed by accumulating the n<-> (or p<->) type semiconductor thin films 5 and the p<+> (or n<+>) type semiconductor thin films 6 alternately and successively on a substrate. Then 1st electrode 2 and 2nd electrode 3 are formed by vacuum evaporation on one pair of facing wall surfaces of the multilayered film so as to be contacted with all the n<-> (or p<->) type semiconductor thin films 5. In the same way, 3rd electrode 4 is formed on one wall surface of the other pair of facing wall surfaces of the multilayered film so as to be contacted with all the p<+> (or n<+>) type semiconductor thin films 6. The 1st electrode 2 and the 2nd electrode 3 formed like this are connected to the n<-> (or p<->) type semiconductor thin films 5 and the 3rd electrode 4 formed like this is connected to the p<+> (or n<+>) type semiconductor thin films 6 electrically. Then ohmic regions 7 are formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、超高速電子計測に使用するための光導電素
子に係わり、特に半導体中の少数キャリアのライフタイ
ムを短かくすることによる高速応答と、光の波長に対す
る感度特性を改善することを目的とした半導体子I′i
薄膜構造を特長とするマイクロエレクトロニクスの範囲
に属する光導電素子に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to a photoconductive element for use in ultra-high-speed electronic measurement, and in particular, to a photoconductive element for use in ultra-high-speed electronic measurement, and in particular to a high-speed response by shortening the lifetime of minority carriers in a semiconductor. and a semiconductor device I'i whose purpose is to improve the sensitivity characteristics to the wavelength of light.
The present invention relates to photoconductive elements belonging to the field of microelectronics, which are characterized by a thin film structure.

最近、超薄膜製造技術や、微細加工技術を駆使してII
 E M T (1層gh Electron Mob
ility Transist−or )やHB T 
(lletero Bipolar Transist
or)に代表される超高速素子が急激に実用化へと進ん
でおり、各種電子装置のキーデバイスとして使用されつ
つある。
Recently, by making full use of ultra-thin film manufacturing technology and microfabrication technology,
E M T (1 layergh Electron Mob
ity Transist-or) and HBT
(lettero Bipolar Transist
Ultrahigh-speed devices such as or) are rapidly being put into practical use and are being used as key devices in various electronic devices.

従来の技術においては、高速素子の波形解析や速度評価
の手段には純電気的なサンプリングオシロスコープによ
る測定が知られている。
In the prior art, measurement using a purely electrical sampling oscilloscope is known as a means of waveform analysis and speed evaluation of high-speed elements.

しかし、この装置では、時間分解能がせいぜい20ps
e(であるため、HEMTなど10psecオーダの立
上り特性を示す超高速素子の波形の観測等の測定は困難
であった。
However, with this device, the time resolution is at most 20 ps.
e(, therefore, it has been difficult to observe and measure waveforms of ultrahigh-speed devices such as HEMTs that exhibit rise characteristics on the order of 10 psec.

そこで、光の高速性に着目し、光サンプラーの技法すな
わち、電気信号を光でスイッチングしたり、あるいは該
電気信号を検出することによりこの問題を解決しようと
する研究が、最近なされている。
Therefore, focusing on the high speed of light, research has recently been conducted to solve this problem by using optical sampler techniques, that is, switching electrical signals with light or detecting the electrical signals.

この発明の光導電素子は、HEMTやHBTに代表され
る超高速素子の波形の観測等の測定を始めとし、光ゲー
ト素子や信号発生器などに対する種々の応用が考えられ
ており、将来の超高速電子計測の分野において切望され
ている。
The photoconductive element of the present invention is being considered for various applications such as waveform observation of ultra-high-speed elements such as HEMTs and HBTs, as well as optical gate elements and signal generators. It is highly desired in the field of high-speed electronic measurement.

〈従来の技術〉 光導電素子を超高速電子計測の分野に応用する研究は、 1972年にメリーランド大学(米国)のC,H。<Conventional technology> Research on applying photoconductive elements to the field of ultrahigh-speed electronic measurement is C.H. of the University of Maryland (USA) in 1972;

Leeによって、半導体の光導電効果が高速応答するこ
とが確認されたことに始まる。
It began with Lee's confirmation that the photoconductive effect of semiconductors has a high-speed response.

これについては、文献Picosecond 0pto
electr−onic Devices C,ll、
Lee+  ^cademic Press+ New
York (1984)に詳しく紹介されている。
Regarding this, see the document Picosecond 0pto
electr-onic devices C,ll,
Lee+ ^cademic Press+ New
It is introduced in detail in York (1984).

ところが、以後の研究で、素子の高速応答を阻害する原
因が、励起された少数キャアリと、また特に化合物半導
体においてみられる禁止帯の中に偏在するトラップ準位
の長ライフタイムに起因することが判り、これらの問題
点を解決するためにイオン注入技術を用いて半導体の禁
止帯の中へ再結合中心を強制的に導入し、キャリアに対
する捕獲断面積を大きくする方法や、液相結晶成長によ
り基板上に導電形の違う光電材料を形成し、すなわちp
−n接合構造を作り、そのp−n接合間に逆バイアスを
印加して生じる空乏層中の高電界を利用して、該少数キ
ャアリを排除する方法などがとられている。
However, subsequent research has shown that the cause of inhibiting the high-speed response of devices is due to excited minority carriers and the long lifetime of trap levels, which are unevenly distributed in the forbidden band especially in compound semiconductors. In order to solve these problems, there are methods to forcibly introduce recombination centers into the forbidden band of semiconductors using ion implantation technology, increasing the trapping cross section for carriers, and methods using liquid phase crystal growth. A photoelectric material with a different conductivity type is formed on the substrate, that is, p
A method has been adopted to eliminate the minority carrier by creating a -n junction structure and applying a reverse bias between the pn junctions and utilizing a high electric field in the depletion layer.

次に、光導電素子の使用光に対する波長感度依存性につ
いてみると、単一材料から構成される従来の光導電素子
は、光吸収特性や光導電効果が光の波長依存性があるた
め、用いる光によって一様な波長感度特性を示さないこ
とがわかった。
Next, looking at the dependence of the wavelength sensitivity of photoconductive elements on the light used, conventional photoconductive elements made of a single material have light absorption characteristics and photoconductive effects that depend on the wavelength of the light used. It was found that the wavelength sensitivity characteristics were not uniform depending on the light.

〈発明が解決しようとする問題点〉 イオン注入法を用いて少数キャリアやトラップのライフ
タイムを短かくする方法は、半導体中へ結晶欠陥を形づ
くることであり、そのため移動度の低下や特性劣化の問
題が生じる。
<Problems to be solved by the invention> The method of shortening the lifetime of minority carriers and traps using ion implantation is to form crystal defects in the semiconductor, which leads to a decrease in mobility and property deterioration. A problem arises.

また、液相成長法等によってp−n接合を形成した場合
、光電材料の膜厚が厚くなってしまい、少数キャリアの
平均自由行路が限られているために基板側に吸収される
キャリアはおのずと限定されてしまい、素子の高速応答
ということに関していえば不満足な結果しか得られてい
なかった。
In addition, when a p-n junction is formed by liquid phase growth, etc., the film thickness of the photoelectric material becomes thick, and the mean free path of minority carriers is limited, so carriers are naturally absorbed by the substrate side. As a result, only unsatisfactory results have been obtained in terms of high-speed response of the device.

本発明では、以上のことを考慮して、高速電子計測の分
野で利用できる優れた特性、すなわち、高感度で、しか
も応答特性に優れ(高速応答)、かつ、特性劣化がなく
、加えて、用いる光に対して一様な波長感度特性を所持
した光導電素子を実現することを目的とする。
In consideration of the above, the present invention has excellent characteristics that can be used in the field of high-speed electronic measurement, that is, high sensitivity, excellent response characteristics (high-speed response), and no characteristic deterioration. The purpose of this invention is to realize a photoconductive element that has uniform wavelength sensitivity characteristics for the light used.

く問題を解決するための手段〉 そこで、本発明では、前記目的の光導電素子を実現する
ために、超薄膜の製造が可能で、しかも2つ以上の半導
体材料を交互に、あるいは同時にエピタキシャル結晶成
長が可能であるM B E (Molecular B
eam [1pitaxy)技術を用いる。
Therefore, in the present invention, in order to realize the above-mentioned photoconductive element, it is possible to manufacture an ultra-thin film, and moreover, two or more semiconductor materials are epitaxially crystallized alternately or simultaneously. M B E (Molecular B
eam [1pitaxy) technology is used.

そして、本発明の第1の目的である高速応答を実現する
ために、2層以上の光導電性を有するn(又はp−)形
半導体薄膜の膜厚を大きくとも300人の範囲を越えな
い薄膜とし、その半導体薄膜の間に1層のp (又はn
 )形半導体V#膜を挿入して多層膜構造とする。
In order to achieve high-speed response, which is the first objective of the present invention, the thickness of the n (or p-) type semiconductor thin film having two or more layers of photoconductivity should not exceed the range of at most 300 nm. One layer of p (or n
) type semiconductor V# film is inserted to create a multilayer film structure.

また、第2の目的である光の波長感度の改善を図るため
に2種の物質(第1の物質と第2の物質)の混晶よりな
る半導体を用い、基板側から該基板の表面方向に対して
短波長で感度が次第に変化するように混晶比率を変化さ
せた多層膜を形成するものである。
In addition, in order to improve the wavelength sensitivity of light, which is the second objective, we used a semiconductor made of a mixed crystal of two types of substances (a first substance and a second substance), and In this method, a multilayer film is formed in which the mixed crystal ratio is changed so that the sensitivity gradually changes at short wavelengths.

く作用〉 こうようにして製作された本発明の光導電素子では、再
結合中心を強制的に導入した従来の素子と比較して欠陥
密度が少なく、そのため暗導電率を高めたり、移動度の
減少を招くなどといったような素子特性に与える悪影響
を最小限度に押さえることができる。
Effect> The photoconductive element of the present invention manufactured in this manner has a lower defect density than conventional elements in which recombination centers are forcibly introduced, and therefore increases dark conductivity and reduces mobility. It is possible to minimize the adverse effects on the device characteristics, such as a decrease in the characteristics of the device.

また、多層膜構造であるため、該多層膜において、各層
間にp−n接合の空乏層が形成されることから、その空
乏層中における高電界を利用し、確率よく少数キャリア
をp (又はn )側へ引き寄せ除去することができる
In addition, since it has a multilayer film structure, a p-n junction depletion layer is formed between each layer in the multilayer film, so the high electric field in the depletion layer is utilized to transfer minority carriers with high probability to p (or n ) side and remove it.

短波長の光は長波長の光と比較して半導体中での光吸収
係数が大きい。
Short wavelength light has a larger light absorption coefficient in a semiconductor than long wavelength light.

したがって、該多層膜において、光の入射側がより短波
長に高感度となるように2種の半導体の混晶の比率を変
えることができる。
Therefore, in the multilayer film, the ratio of the mixed crystals of the two types of semiconductors can be changed so that the light incident side becomes highly sensitive to shorter wavelengths.

かくして、多層膜の光に対する波長感度を一定にするこ
とができる。
In this way, the wavelength sensitivity of the multilayer film to light can be made constant.

〈実施例〉 以下、図に従って本発明の一実施1タリについて説明す
る。
<Example> Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、多層膜の構造でなる本発明の光導電素子の構
成概念とその形成方法についての一実施例を示す。
FIG. 1 shows an example of the structural concept and method of forming the photoconductive element of the present invention having a multilayer film structure.

図に示すように、本発明では、基板1は、その上に移動
度の大きなn(又はp)形半導体薄膜5をエピタキシャ
ル単結晶(層)としてi[[する必要があることから、
格子定数が、この半導体薄膜と等しいか、あるいは極め
て近傍の値の材料を用いる。
As shown in the figure, in the present invention, a substrate 1 has an n (or p) type semiconductor thin film 5 having high mobility on it as an epitaxial single crystal (layer), so that
A material whose lattice constant is equal to or very close to that of this semiconductor thin film is used.

通常は、同じ材質の半導体材料を用いる。Usually, the same semiconductor material is used.

また、この基板には、n−(又はp−)形半導体薄膜(
5)と反対の導電形を持ち、かつ比抵抗の低いもの(ρ
<10Ωcm)を用いる。
This substrate also has an n- (or p-) type semiconductor thin film (
5) has a conductivity type opposite to 5) and has a low specific resistance (ρ
<10Ωcm).

そして、該基板上に多層膜を形成する。Then, a multilayer film is formed on the substrate.

この多層膜は、n−(又はp″″)半導体薄膜5とp(
又はn )形半導体薄I5!6とからなり、該基板上に
該n−(又はp)形半導体薄膜5とp”(又はn )形
半導体薄膜6とを交互に順次、f(ifflして形成す
る。
This multilayer film consists of an n-(or p″″) semiconductor thin film 5 and a p(
or n) type semiconductor thin film I5!6, and the n- (or p) type semiconductor thin film 5 and the p'' (or n) type semiconductor thin film 6 are alternately and sequentially formed on the substrate by f(iffl). Form.

この形成には、薄膜形成法として優れた特長をもつM 
B E法を本実施例では用いた。
For this formation, M
The BE method was used in this example.

次に、本実施例では、第1の電極2と第2の電極3を、
前記多層膜の一方の対向する壁面に真空蒸着法を用いて
前記n−(又はp−>形半導体薄膜5のすべてに接触す
るように形成Vる。
Next, in this example, the first electrode 2 and the second electrode 3 are
A layer is formed on one opposing wall surface of the multilayer film using a vacuum evaporation method so as to contact all of the n- (or p-> type semiconductor thin film 5).

同様に、第3の電極4を、該多1日膜の他方の対向する
壁面の一方側に、該基板1と前記p(又はn+)形半導
体薄膜6のすべてに接触するように形成する。
Similarly, a third electrode 4 is formed on one side of the other opposing wall surface of the multi-day film so as to be in contact with the substrate 1 and all of the p (or n+) type semiconductor thin film 6.

この場合、電橋材料は、例えばGaAs系化合物半導体
に対してはAu−Ge−Ni合金が、InP系統化合物
半導体に対してはAu−3n合金が、シリコンとゲルマ
ニウムの混晶半導体に対してはAu−Ni合金などを用
いる。
In this case, the bridge material is, for example, an Au-Ge-Ni alloy for a GaAs-based compound semiconductor, an Au-3n alloy for an InP-based compound semiconductor, and an Au-3n alloy for a silicon-germanium mixed crystal semiconductor. Au-Ni alloy or the like is used.

このようにして形成された前記第1の電極2と第2の電
極3はn(又はp−)形半導体薄膜5とまた、第3の電
極4はp”(又はn )形半導体薄膜6と電気的に接続
されることになる。
The first electrode 2 and the second electrode 3 thus formed are formed with an n (or p-) type semiconductor thin film 5, and the third electrode 4 is formed with a p'' (or n) type semiconductor thin film 6. It will be electrically connected.

そして、アロイ法によってオーミック領域7を形成する
。すなわち、400℃前後で短時間熱処理を行い、半導
体と電+IiA金屈を合金化することによって界面lS
@壁を低減化する。
Then, the ohmic region 7 is formed by an alloy method. That is, by performing a short heat treatment at around 400°C and alloying the semiconductor and the electric +IiA metal, the interface lS
@ Reduce the wall.

ここで、第1の電極2とp (又はn )形半導体薄膜
6間、第2の電極3とp(又はn )形半導体薄膜6間
、第3の電極4とn−(又はp)形半導体薄膜5間はそ
れぞれ電気的に絶縁する必要があり、本実施例では、シ
ョットキー接合の逆方向バイアス状態となるように印加
電圧の極性を選んでいる。
Here, between the first electrode 2 and the p (or n) type semiconductor thin film 6, between the second electrode 3 and the p (or n) type semiconductor thin film 6, and between the third electrode 4 and the n- (or p) type It is necessary to electrically insulate the semiconductor thin films 5 from each other, and in this embodiment, the polarity of the applied voltage is selected so that the Schottky junction is in a reverse bias state.

第2図は、半導体薄膜と電極間に高不純物濃度半導体領
域を挿入した構造の一実施例による光導電素子を示す図
であって、第1図で示した光導電素子に比べ、機能的に
は同じものであるが素子形成をより容易にした光導電素
子について説明した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a photoconductive element according to an embodiment of the structure in which a high impurity concentration semiconductor region is inserted between a semiconductor thin film and an electrode. FIG. 2 is a diagram illustrating a photoconductive element that is the same but whose element formation is easier.

この実施例では、多層膜を形成した後、選択イオン注入
法を用いて前記多1ii膜の一方の対向する壁面にそれ
ぞれ第1のn(又はp )形半導体領域8aと第2のn
(又はp )形半導体1Disi8bを、また該多層膜
の他方の対向する壁面の一方側にp+(又はn )形半
導体領域9を形成する。
In this embodiment, after forming a multilayer film, a first n (or p) type semiconductor region 8a and a second n-type semiconductor region 8a are formed on one opposing wall surface of the multilayer film using selective ion implantation.
(or p) type semiconductor 1Disi8b and a p+ (or n) type semiconductor region 9 on one side of the other opposing wall surface of the multilayer film.

このとき、n−(又はp−)形半導体薄膜5と第1のn
+(又はp” )形半導体領域8a、 n−(又はp−
)形半導体薄膜5と第2のn+(又はp” )形半導体
領域8bおよびp(又はn )形半導体薄膜#膜6とp
+(又は + >形半導体領領域9は、同じ導電形であ
るため電気的に導通の状態となる。
At this time, the n- (or p-) type semiconductor thin film 5 and the first n-
+ (or p'') type semiconductor region 8a, n- (or p-
) type semiconductor thin film 5, second n+ (or p") type semiconductor region 8b, p (or n) type semiconductor thin film # film 6 and p
Since the + (or + > type semiconductor regions 9 have the same conductivity type), they become electrically conductive.

一方、導電形が違う場合は、p−n接合が形成されるの
で、印加電圧の極性を選ぶことによって絶縁状態とする
ことができる。
On the other hand, when the conductivity types are different, a pn junction is formed, so that an insulating state can be achieved by selecting the polarity of the applied voltage.

このように第2図で示した実施例の光導電素子は、イオ
ン注入法を用いるために第1の電極2、第2の電極3、
第3の電極4を、基板1の表面上に形成することが可能
となり、該素子の製作が第1図で示した素子と比較して
非常に容易となる。
In this way, the photoconductive element of the embodiment shown in FIG. 2 uses the ion implantation method, so the first electrode 2, the second electrode 3,
The third electrode 4 can be formed on the surface of the substrate 1, making the device much easier to manufacture than the device shown in FIG.

前記n−(又はp)形半導体薄膜5には、暗導−8’ 
    −/ 電率の低い(σ−103ycm)材料を用いる。
The n- (or p) type semiconductor thin film 5 has a dark conductor -8'
-/ Use a material with low electrical conductivity (σ-103ycm).

従って、光が照射されない時は、第1の電極2と第2の
電極3間はほぼ無限大のインピーダンス値をもつ、とこ
ろが、前記多層膜にn−(又はp−)形半導体材料の禁
止帯幅で決まるエネルギー量を越える光を照射した時は
、半導体中に電子・正孔のペアからなるキャリアが生じ
、第1の電極2と第2の電極3間は有限のインピーダン
スをもつようになる。この時のインピーダンスの変化■
は、e1ΔF(τn ′μn+τp 0μp)no W
管dで求まる。
Therefore, when no light is irradiated, the impedance value between the first electrode 2 and the second electrode 3 is almost infinite. However, the forbidden band of the n- (or p-) type semiconductor material in the multilayer film When irradiated with light that exceeds the amount of energy determined by the width, carriers consisting of electron-hole pairs are generated in the semiconductor, and a finite impedance exists between the first electrode 2 and the second electrode 3. . Change in impedance at this time ■
is e1ΔF(τn ′μn+τp 0μp) no W
Determined by tube d.

ここで、eは電荷m (q) 、Fは毎秒当りのキャリ
アの発生率(cm/5ee)、τnとτpは電子と正孔
のライフタイム(sec ) 、μnとμpは電子と正
孔の移動度(c m/v、5ec) 、nは多層膜の層
数、LとWは第1の電極2と第2の電極3間の距離と電
極幅(cm)、dはn−(又はp−)形半導体薄膜−眉
の厚み(cm)、Aは多層膜部におりる光の吸収に関連
する係数である。
Here, e is the electric charge m (q), F is the generation rate of carriers per second (cm/5ee), τn and τp are the lifetimes of electrons and holes (sec), and μn and μp are the lifetimes of electrons and holes. Mobility (cm/v, 5ec), n is the number of layers in the multilayer film, L and W are the distance between the first electrode 2 and the second electrode 3 and the electrode width (cm), d is n-(or p-) type semiconductor thin film-brow thickness (cm), A is a coefficient related to absorption of light passing through the multilayer film portion.

高速電子計測の分野では、この光導電素子を使用する場
合、出力される電気信号が高周波成分を含んでいる(超
短パルス)ために、マイクロストリップライン等の特定
のインピーダンスをもった分布定数回路を用いることが
多い。
In the field of high-speed electronic measurement, when using this photoconductive element, the output electrical signal contains high frequency components (ultra-short pulse), so distributed constant circuits with specific impedance such as microstrip lines are used. is often used.

したがって、このような使用状態においては、光照射時
の素子のインピーダンスと回路との間でインピーダンス
マ・ノチングをとる必要がある。そのため、多層膜の層
数nは、光感度特性とインピーダンス特性の2つの制限
条件を考慮して決定する必要がある。
Therefore, in such usage conditions, it is necessary to take impedance matching between the impedance of the element and the circuit when irradiated with light. Therefore, the number n of layers in the multilayer film must be determined in consideration of two limiting conditions: photosensitivity characteristics and impedance characteristics.

+<又はn )形半導体薄膜6は、光照射によって生成
されたキャリアのうち、少数キャリアのライフタイムτ
pを改善するためのものである。
+< or n ) type semiconductor thin film 6 has a lifetime τ of minority carriers among carriers generated by light irradiation.
This is to improve p.

光照射が終了した時点において移動度のより大きな電子
は第1の電極2より供給される正孔と再結合を行い消滅
する。その結果、n(又はp′″″)形半導体中にとり
残された少数キャリアは再結合の相手を失うことにより
、長いライフタイムτpを持つようになり、このτpが
光導電素子の高速応答を防げることとなる。そのため、
τpを減少するためにn−(又はp−)形半導体薄膜5
に近接してp+(又は +)形半導体薄膜6を形成する
At the time when the light irradiation ends, electrons with higher mobility recombine with holes supplied from the first electrode 2 and disappear. As a result, the minority carriers left behind in the n (or p''''') type semiconductor lose their recombination partner and have a long lifetime τp, which increases the high-speed response of the photoconductive element. This can be prevented. Therefore,
n- (or p-) type semiconductor thin film 5 to reduce τp
A p+ (or +) type semiconductor thin film 6 is formed adjacent to the p+ (or +) type semiconductor thin film 6.

この両薄膜5.6のp−n接合間の空乏層中には高い電
界が生じており、少数キャリアがドリフトによって該高
い電界の中に入ると、少数キャリアは電界に比例した力
でp+(又はn+)側へ引き寄せられ、n−(又はp−
>形半導体から速やかに除去される。少数キャリアのド
リフト距離はそのキャリアの平均自由行路長に強く依存
する。
A high electric field is generated in the depletion layer between the p-n junctions of both thin films 5.6, and when minority carriers drift into the high electric field, the minority carriers are p + ( or n+) side, and n- (or p-
> quickly removed from the shaped semiconductor. The drift distance of a minority carrier strongly depends on the mean free path length of that carrier.

この場合の平均自由行路りは、下記の式で求まり、材料
の移動度μと深い係わりがある。
The mean free path in this case is determined by the following formula, and is closely related to the mobility μ of the material.

ここで、mはキャリアの質量(g) 、kはボルツマン
定数(J/’K)、Tは絶対温度(’K )である。
Here, m is the mass of the carrier (g), k is Boltzmann's constant (J/'K), and T is the absolute temperature ('K).

このしを考慮し、高速応答を阻害する少数キャリアをp
へ又はn+)形半導体薄膜6へ確率良く吸収するために
は、n−(又はp−)形半導体薄膜6の最大厚みdは、
たかだか300人とすることが望ましい。
Considering this problem, the minority carriers that inhibit high-speed response are
In order to absorb into the n- (or p-) type semiconductor thin film 6 with high probability, the maximum thickness d of the n- (or p-) type semiconductor thin film 6 is as follows.
It is desirable to have at most 300 people.

以上、本発明の高速応答に係る一実施例について述べた
が、次に光の波長感度に係る一実施列について述べる。
An embodiment related to high-speed response of the present invention has been described above, and next, an embodiment related to wavelength sensitivity of light will be described.

光導電材料であるn−(又はp−>形半導体薄膜5を一
種類の半導体で形成すると、光の波長に対する感度は、
その材料の禁止帯幅により決まる固有光導電の波長帯域
においてピーク値を示し、長波長側、短波長側ではとも
に急峻に低下する。
When the n- (or p-> type semiconductor thin film 5, which is a photoconductive material, is formed of one type of semiconductor, the sensitivity to the wavelength of light is
It shows a peak value in the wavelength band of intrinsic photoconductivity determined by the forbidden band width of the material, and decreases sharply on both the long wavelength side and the short wavelength side.

そのため、n−(又はp−)形半導体薄膜5を、固有光
導電の波長帯域の違う第1の物質と第2の物質の混晶で
なる薄膜を形成する。ここにある混晶比率でn−(又は
p−)形半導体を形成すれば、第1の物質と第2の物質
の波長帯域内において波長感度スペクトルを自由に制御
することが可能である。次に、基板から表面方向に向か
って混晶比率を徐々に変えた多層膜の場合について述べ
る。
Therefore, the n- (or p-) type semiconductor thin film 5 is formed of a mixed crystal of a first substance and a second substance having different wavelength bands of specific photoconductivity. If an n- (or p-) type semiconductor is formed with this mixed crystal ratio, it is possible to freely control the wavelength sensitivity spectrum within the wavelength band of the first material and the second material. Next, the case of a multilayer film in which the mixed crystal ratio is gradually changed from the substrate toward the surface will be described.

第3図は、混晶半導体からなる多層膜部分の詳細を示し
た図で、例えば第1の物質としてシリコン(Si) 、
第2の物質としてゲルマニウム(Ge)を選択した場合
における多層膜の一実施例を説明したものである0図に
おいて、lは基板、aは多層膜、bはn−(又はp−>
形半導体、Cはp(又はn+)形半導体、dはシリコン
(Si)、fはゲルマニウム(Ge)をそれぞれ示す。
FIG. 3 is a diagram showing details of a multilayer film portion made of a mixed crystal semiconductor. For example, silicon (Si),
In Figure 0, which describes an example of a multilayer film when germanium (Ge) is selected as the second material, l is the substrate, a is the multilayer film, and b is n- (or p->
C represents a p (or n+) type semiconductor, d represents silicon (Si), and f represents germanium (Ge).

図に示すように、基板側のゲルマニウム(Ge)リッチ
な状態から、表面側になるに従ってシリコン(Si)リ
ッチな状態となっている。これは、基板1から表面側に
なるに従ってn−(又はp−)形半導体薄膜5の禁止帯
幅が段々に大きくなっていることを怠味する。すなわち
、表面側が、より短波長の光に対して感度が良く、基板
側が波長の長い光に対して感度が良い構造となっている
As shown in the figure, the state changes from a germanium (Ge) rich state on the substrate side to a silicon (Si) rich state as it approaches the surface side. This neglects the fact that the forbidden band width of the n- (or p-) type semiconductor thin film 5 gradually increases from the substrate 1 toward the front surface. That is, the structure is such that the surface side is sensitive to shorter wavelength light, and the substrate side is sensitive to longer wavelength light.

ここで、光の半導体材料への吸収特性を考えてみると、
波長の短い光は半導体の表面付近で吸収され易く、波長
の長い光は奥深くまで到着する。
Now, if we consider the absorption characteristics of light into semiconductor materials,
Light with short wavelengths is easily absorbed near the surface of the semiconductor, while light with long wavelengths reaches deep inside the semiconductor.

したがって、半導体の固有光導電特性と光の吸収特性を
考慮して混晶比率を決定すると、2つの物質(第1の物
質、第2の物質)のそれぞれの固有光導電のピークスペ
クトルで挟まれた波長帯域で、波長依存性のない感度特
性を持った多層膜の形成が可能となる。
Therefore, when determining the mixed crystal ratio by taking into account the inherent photoconductive properties and light absorption properties of the semiconductor, it is found that the peak spectrum of the inherent photoconductivity of the two substances (the first substance and the second substance) is sandwiched between each other. This makes it possible to form a multilayer film with sensitivity characteristics that are wavelength-independent in the wavelength range.

光は基板1に対して表面側から入射するものとして説明
してきたが、今、基板1をある範囲の波長の光に対して
透明である材料を用いた場合、光は基板1の裏側から入
射しても特に問題はない。
We have explained that light enters the substrate 1 from the front side, but if the substrate 1 is made of a material that is transparent to light within a certain range of wavelengths, the light will enter the substrate 1 from the back side. However, there is no particular problem.

この場合は、第1の物質と第2の物質の配置を逆にする
ことによって波長依存性のない多層膜が形成される。
In this case, a multilayer film without wavelength dependence is formed by reversing the arrangement of the first material and the second material.

く効果〉 以上、説明したように本発明による光導電素子は、次に
示す特有の効果を有する。
Effects> As explained above, the photoconductive element according to the present invention has the following unique effects.

(1)光導電特性を持つn−(又はp−)形半導体薄膜
の膜厚を少数キャリアの平均自由行路長を考慮し、たか
だか300人とし、p (又はn )形半導体薄膜を経
由して少数キャリアの捕獲確率を高め、この効果により
光導電素子の応答時間を10psec程度まで減少する
ことができる。
(1) Considering the average free path length of minority carriers, the thickness of the n- (or p-) type semiconductor thin film with photoconductive properties is set to 300 at most. The probability of capturing minority carriers is increased, and this effect can reduce the response time of the photoconductive element to about 10 psec.

とができ、さらに、特性劣化のない素子の製作が可能で
ある。
Furthermore, it is possible to manufacture an element without deterioration of characteristics.

(3)  μの高い材料を用いることができ、感度(光
照射時の導電率の変化Δσで決まる)の良い光導電素子
の製作が可能である。
(3) Materials with high μ can be used, and a photoconductive element with good sensitivity (determined by the change in conductivity Δσ upon irradiation with light) can be manufactured.

(4)多層膜を混晶で形成することによって波長感度ス
ペクトルの制御が可能である。
(4) The wavelength sensitivity spectrum can be controlled by forming the multilayer film with a mixed crystal.

(5)厚み方向に混晶比率を変えることによって感度の
波長依存性を改善できる。
(5) The wavelength dependence of sensitivity can be improved by changing the mixed crystal ratio in the thickness direction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、多層膜の構造でなる本発明の一実施例による
光導電素子を示す図、第2図は、半導体薄膜と電極間に
高不純物濃度半導体領域を挿入した構造の一実施例によ
る光導電素子を示す図、第3図は、混晶半導体からなる
多層膜部分の詳細を示した図である。図において、lは
基板、2は第1の電極、3は第2の電極、4は第3の電
極、5は +<又はp)  形半導体iJ IIQ、6
はp”(又はn)形半導体薄膜7はオーミック領域、8
aは第1のn(又はp )形半導体@域、8bは第2の
n+(又はp+)形半導体領域、9はp+(又はn+)
髪形半導体領域をそれぞれ示す。 特許出願人     アンリツ株式会社代理人   弁
理士   小池 細太部図面の浄書(内容に変更なし) 1・・・基板 2・・・第1の電極 3・・・第2の電極 4・・・第゛3の電極 5・・・n−(又はp−)形半導体薄膜6・・・p+(
又はn“)形半導体薄膜7・・・オーミ、り領域 1・・・基板  第2図 2・・・第1の電極 3・・・第2の電極 4・・・第3の電極 5・・・n″″(又はp−)形半導体薄膜6・・・p+
(又は♂)形半導体薄膜 8a・・・第1のn゛(又は内形半導体領域8b・・・
第2のn+(又はp”)形半導体領域9・・・ダ(又は
rL+)形半導体装置1・・・基板 a・・・多層膜 b・・・n−(又はp−)形半導体 C・・・pτ(又はn4)形半導体 d・・・St(シリコン) e −S i o、s Ge a、s (混晶比率)f
・・・C,e(ゲルマニウム) 手続補正書動式) 昭和61年1り月/ノ日 昭和61年特許願第180990号 2、 発明の名称 光導電素子 3、補正をする者 住所 ■106東京都港区南麻布五丁目10番27号5
、 補正命令の日付(発送口) 昭和61年10月 8日(昭和61年10月28日)6
、?!正の対象 図面(全図) 7、?!正の内容 第1図、第2図、第3図を別紙の通り補正する。 黒色に鮮明に描いたものである。
FIG. 1 is a diagram showing a photoconductive element according to an embodiment of the present invention having a multilayer film structure, and FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a structure in which a high impurity concentration semiconductor region is inserted between a semiconductor thin film and an electrode. FIG. 3, a diagram showing a photoconductive element, is a diagram showing details of a multilayer film portion made of a mixed crystal semiconductor. In the figure, l is the substrate, 2 is the first electrode, 3 is the second electrode, 4 is the third electrode, 5 is +< or p) type semiconductor iJ IIQ, 6
is a p'' (or n) type semiconductor thin film 7 is an ohmic region, 8
a is the first n (or p) type semiconductor region, 8b is the second n+ (or p+) type semiconductor region, and 9 is the p+ (or n+) type semiconductor region.
Each hairstyle semiconductor region is shown. Patent Applicant Anritsu Corporation Agent Patent Attorney Koike Engraving of thin and thick drawings (no changes in content) 1...Substrate 2...First electrode 3...Second electrode 4...No. 3 electrode 5...n- (or p-) type semiconductor thin film 6...p+(
or n'') type semiconductor thin film 7... Ohmic region 1... Substrate Figure 2 2... First electrode 3... Second electrode 4... Third electrode 5...・n″″ (or p-) type semiconductor thin film 6...p+
(or ♂) type semiconductor thin film 8a...first n゛ (or inner type semiconductor region 8b...
Second n+ (or p'') type semiconductor region 9... da (or rL+) type semiconductor device 1... substrate a... multilayer film b... n- (or p-) type semiconductor C. ...pτ (or n4) type semiconductor d...St (silicon) e -S io,s Ge a,s (mixed crystal ratio) f
...C, e (germanium) Procedural amendment written form) January/Date of 1985 Patent Application No. 180990 2, Name of invention Photoconductive element 3, Address of person making amendment ■106 Tokyo 5-10-27-5 Minami-Azabu, Miyako-ku
, Date of amendment order (shipment address) October 8, 1985 (October 28, 1986) 6
,? ! Positive target drawing (all drawings) 7.? ! Correct contents Figures 1, 2, and 3 are corrected as shown in the attached sheet. It is clearly drawn in black.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板(1)と;該基板(1)上に形成され、2層
以上の光導電性を有するn^−(又はp^−)形半導体
薄膜(5)と、その半導体薄膜(5)の間に形成された
1層のp^+(又はn^+)形半導体薄膜(6)とから
なる多層膜と;該2層以上のn^−(又はp^−)形半
導体薄膜(5)に電気的に接続される第1の電極(2)
及び第2の電極(3)と;該p^+(又はn^+)形半
導体薄膜(6)のすべてに電気的に接続される第3の電
極(4)とを備えた光導電素子。
(1) A substrate (1); an n^- (or p^-) type semiconductor thin film (5) formed on the substrate (1) and having two or more photoconductive layers; ) and one layer of p^+ (or n^+) type semiconductor thin film (6) formed between the two or more layers of n^- (or p^-) type semiconductor thin film ( 5) a first electrode (2) electrically connected to
and a second electrode (3); and a third electrode (4) electrically connected to all of the p^+ (or n^+) type semiconductor thin film (6).
(2)前記第1の電極(2)及び第2の電極(3)の少
なくとも一方の電極と前記2層以上のn^−(又はp^
−)形半導体薄膜(5)とがオーミック領域により電気
的に接続されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載の光導電素子。
(2) At least one of the first electrode (2) and the second electrode (3) and the two or more layers of n^- (or p^
2. The photoconductive element according to claim 1, wherein the photoconductive element is electrically connected to the -) type semiconductor thin film (5) by an ohmic region.
(3)前記基板(1)上に形成されたn^−(又はp^
−)形半導体薄膜(5)の膜厚は、大きくとも300Å
超えないことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の光導電素子。
(3) n^- (or p^) formed on the substrate (1)
-) type semiconductor thin film (5) has a thickness of at most 300 Å.
A photoconductive element according to claim 1, characterized in that the photoconductive element does not exceed the scope of the present invention.
(4)前記第1の電極(2)及び第2の電極(3)の少
なくとも一方の電極と前記2層以上のn^−(又はp^
−)形半導体薄膜(5)とがn^+(又はp^+)形半
導体領域(8)により電気的に接続されることを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の光導電素子。
(4) At least one of the first electrode (2) and the second electrode (3) and the two or more layers of n^- (or p^
-) type semiconductor thin film (5) is electrically connected to the n^+ (or p^+) type semiconductor region (8). .
(5)前記基板(1)は、光透過性を有する透明体であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光導
電素子。
(5) The photoconductive element according to claim 1, wherein the substrate (1) is a transparent body having light transmittance.
(6)基板(1)と;該基板(1)上に形成され、2層
以上の光導電性を有するn^−(又はp^−)形半導体
薄膜(5)と、その半導体薄膜(5)の間に形成された
1層のp^+(又はn^+)形半導体薄膜(6)とから
なる多層膜と;該2層以上のn^−(又はp^−)形半
導体薄膜(5)に電気的に接続される第1の電極(2)
及び第2の電極(3)と;該p^+(又はn^+)形半
導体薄膜(6)のすべてに電気的に接続される第3の電
極(4)とを備え、前記n^−(又はp^−)形半導体
薄膜(5)は第1の物質と第2の物質との混晶よりなる
多層膜であって、前記基板(1)側より該基板(1)の
表面上方になるに従って、短波長で感度が次第に変化す
るように前記第1の物質と第2の物質との混晶比率を変
化させることを特徴とする光導電素子。
(6) a substrate (1); an n^- (or p^-) type semiconductor thin film (5) formed on the substrate (1) and having two or more photoconductive layers; ) and one layer of p^+ (or n^+) type semiconductor thin film (6) formed between the two or more layers of n^- (or p^-) type semiconductor thin film ( 5) a first electrode (2) electrically connected to
and a second electrode (3); and a third electrode (4) electrically connected to all of the p^+ (or n^+) type semiconductor thin film (6); (or p^-) type semiconductor thin film (5) is a multilayer film made of a mixed crystal of a first substance and a second substance, and is formed from the substrate (1) side above the surface of the substrate (1). A photoconductive element characterized in that the mixed crystal ratio of the first substance and the second substance is changed so that the sensitivity gradually changes as the wavelength becomes shorter.
(7)前記第1の電極(2)及び第2の電極(3)の少
なくとも一方の電極と前記2層以上のn^−(又はp^
−)形半導体薄膜(5)とがオーミック領域により電気
的に接続されることを特徴とする特許請求の範囲第6項
に記載の光導電素子。
(7) At least one of the first electrode (2) and the second electrode (3) and the two or more layers of n^- (or p^
7. The photoconductive element according to claim 6, wherein the photoconductive element is electrically connected to the -) type semiconductor thin film (5) by an ohmic region.
(8)前記基板(1)上に形成されたn^−(又はp^
−)形半導体薄膜(5)の膜厚は、大きくとも300Å
を超えないことを特徴とする特許請求の範囲第6項に記
載の光導電素子。
(8) n^- (or p^) formed on the substrate (1)
-) type semiconductor thin film (5) has a thickness of at most 300 Å.
The photoconductive element according to claim 6, characterized in that the photoconductive element does not exceed .
(9)前記第1の電極(2)及び第2の電極(3)の少
なくとも一方の電極と前記2層以上のn^−(又はp^
−)形半導体薄膜(5)とがn^+(又はp^+)形半
導体領域(8)により電気的に接続されることを特徴と
する特許請求の範囲第6項に記載の光導電素子。
(9) At least one of the first electrode (2) and the second electrode (3) and the two or more layers of n^- (or p^
-) type semiconductor thin film (5) is electrically connected to the n^+ (or p^+) type semiconductor region (8). .
(10)前記第1の物質がシリコンで、前記第2の物質
がゲルマニウムであることを特徴とする特許請求の範囲
第6項に記載の光導電素子。
(10) The photoconductive element according to claim 6, wherein the first substance is silicon and the second substance is germanium.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5642386A (en) * 1979-09-14 1981-04-20 Agency Of Ind Science & Technol Semiconductor photodetector
JPS6193681A (en) * 1984-05-30 1986-05-12 マツクス−プランク−ゲゼルシヤフト ツ−ル フオエルデルング デ−ル ヴイセンシヤフテン エ−.フアオ. Semiconductor device

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