JPS6396969A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPS6396969A JPS6396969A JP61243643A JP24364386A JPS6396969A JP S6396969 A JPS6396969 A JP S6396969A JP 61243643 A JP61243643 A JP 61243643A JP 24364386 A JP24364386 A JP 24364386A JP S6396969 A JPS6396969 A JP S6396969A
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- layer
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- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 10
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract 1
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- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
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- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高速応答の可能な半導体受光素子に関する。
高速・高感度な半導体受光素子として光伝導形蛍光素子
が注目され、例えば１９８４年のアプライド・フィジッ
クス・レターズ（Ａｐｐｌｙ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、）
のＶｏｌ、４４．Ｎｏ、１２、ｐＨ４２に発表されてい
る。従来知られている素子構造断面図を第４図に示す、
第４図において半絶縁性Ｉｎｐ基板１上にはアンドープ
（ｎ５３Ｇ ａ ６．４７Ａ Ｓ （以下Ｉ ｎＧａＡ
ｓと記す）層６を１．５μｍの厚さに成長させたウェー
ハが用いられ、また電極３はＡｕＧｅＮｉを用いて形成
し電極間隔が５μｍのくし形構造とされている。またこ
の素子の光吸収層の層厚方向のバンド模式図は第５図に
示すとおりである。
が注目され、例えば１９８４年のアプライド・フィジッ
クス・レターズ（Ａｐｐｌｙ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、）
のＶｏｌ、４４．Ｎｏ、１２、ｐＨ４２に発表されてい
る。従来知られている素子構造断面図を第４図に示す、
第４図において半絶縁性Ｉｎｐ基板１上にはアンドープ
（ｎ５３Ｇ ａ ６．４７Ａ Ｓ （以下Ｉ ｎＧａＡ
ｓと記す）層６を１．５μｍの厚さに成長させたウェー
ハが用いられ、また電極３はＡｕＧｅＮｉを用いて形成
し電極間隔が５μｍのくし形構造とされている。またこ
の素子の光吸収層の層厚方向のバンド模式図は第５図に
示すとおりである。
以上の様な構造とすることにより従来の半導体受光素子
はＩ ｎＧａＡｓ層６中で光励起によって生じた電子４
と正孔５は電極３に印加された電圧による電界で外部に
取り出される。このとき、光吸収層であるＩ ｎＧａＡ
ｓ層６中では電極３に近い位置はど高い電界となり、電
極３がら遠い位置はどい弱い電界となる。光励起により
生じた電子４は高い移動度をもつことから電極３まで短
い時間で達することができる。しかし、正孔は電子に比
べて移動度が低いため応答は正孔によって制限される。
はＩ ｎＧａＡｓ層６中で光励起によって生じた電子４
と正孔５は電極３に印加された電圧による電界で外部に
取り出される。このとき、光吸収層であるＩ ｎＧａＡ
ｓ層６中では電極３に近い位置はど高い電界となり、電
極３がら遠い位置はどい弱い電界となる。光励起により
生じた電子４は高い移動度をもつことから電極３まで短
い時間で達することができる。しかし、正孔は電子に比
べて移動度が低いため応答は正孔によって制限される。
特に電界の強い表面近傍で発生した正孔は比較的速く移
動できるが、電界の弱い電極から離れた位置で発生した
正孔は低い移動度によって移動するために遅く、この正
孔のトランジットタイムによってインパルス応答にテー
ルが生じ、高速応答ができなかった。
動できるが、電界の弱い電極から離れた位置で発生した
正孔は低い移動度によって移動するために遅く、この正
孔のトランジットタイムによってインパルス応答にテー
ルが生じ、高速応答ができなかった。
本発明の目的は、従来の問題点を解決し、高速応答可能
な半導体受光素子を提供することにある。
な半導体受光素子を提供することにある。
本発明の半導体受光素子は半導体伝導型受光素子におい
て光吸収層の不純物濃度を表面から層厚方向に向って順
次高くしてあることを特徴としている。
て光吸収層の不純物濃度を表面から層厚方向に向って順
次高くしてあることを特徴としている。
上記した構成にすれば光吸収層中で発生したキャリアの
うち半導体伝導形蛍光素子の応答を決定する正孔を、不
純物濃度の傾斜によって生じさせた内部電界で電極に引
き寄せることにより高速応答が可能となる。
うち半導体伝導形蛍光素子の応答を決定する正孔を、不
純物濃度の傾斜によって生じさせた内部電界で電極に引
き寄せることにより高速応答が可能となる。
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第１図は本発明の一実施例の断面図である。第１
図に示す本実施例では、半絶縁性ＩｎＰ基板１上に１．
５μｍの厚さでｎ型のＩｎＧａＡｓ層２を形成し、Ｉ
ｎＧａＡｓ層２の不純物濃度は層厚方向に指数関数的に
変化させ基板側で不純物濃度ｎ〜２ Ｘ １０ ”ｃ
ｍ−’、表面側でアンドープ（ｎ−１Ｘ １０ ”ｃ
ｍ−’）の変化とした。電極３は従来例と同様にＡｕＧ
ｅＮｉを用いて形成し、電極間隔を５μｍのくし形構造
とした。
する。第１図は本発明の一実施例の断面図である。第１
図に示す本実施例では、半絶縁性ＩｎＰ基板１上に１．
５μｍの厚さでｎ型のＩｎＧａＡｓ層２を形成し、Ｉ
ｎＧａＡｓ層２の不純物濃度は層厚方向に指数関数的に
変化させ基板側で不純物濃度ｎ〜２ Ｘ １０ ”ｃ
ｍ−’、表面側でアンドープ（ｎ−１Ｘ １０ ”ｃ
ｍ−’）の変化とした。電極３は従来例と同様にＡｕＧ
ｅＮｉを用いて形成し、電極間隔を５μｍのくし形構造
とした。
また、この素子の光吸収層の層厚方向のバンド模式図を
第２図に示す、光吸収層ｎ型１ ｎＧａＡｓ層２は２Ｘ
１０”ｃｍ−’から２Ｘ１０”ｃｍ−３の不純物濃度傾
斜があるために、電極３から入射した光により励起され
た電子４と正孔５は図中の矢印で示す様に動く、半導体
伝導形蛍光素子の応答は正孔のトランジットタイムによ
り主に制限されているが正孔５を内部電界により電極方
向に強制的に引き寄せることによってこれを減少させる
ことができる。また本発明では電極３から離れた位置は
ど不純物濃度が高くなっている。キャリアのライフタイ
ムτは不純物濃度が高くなる程短かくなる。我々の実験
においてはｎ型Ｉ ｎＧａＡｓでのキャリアのライフタ
イムτの不純物濃度０丁依存性はτ〜２×１０２５／ｎ
Ｔ２ｓｅｃの関係であった。実施例においてはＩｎｐ基
板１に近い位置はｎｔ〜２Ｘ１０”ｃｍ−’であること
からこの位置で発生したキャリアのライフタイムはτ〜
５００ｐｓｅｃである。しかし、従来の構造の素子でこ
の位置での正孔のトランジットタイムは電極間隔５μｍ
、ｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ層厚１．５μｍ正孔の移動度２０
０ｃｍ２／Ｖ、Ｓを考慮すると近似的に１．３ｎｓｅｃ
となりパルス応答のテールの原因である電極から離れた
位置で発生したキャリアは電極３に達する前に再結合す
ることにより最もトランジットタイムの大きくなる電極
３から離れた位置で発生した正孔のライフタイムも同時
に小さくでき、パルス応答のテールを解消する上で有利
となる。
第２図に示す、光吸収層ｎ型１ ｎＧａＡｓ層２は２Ｘ
１０”ｃｍ−’から２Ｘ１０”ｃｍ−３の不純物濃度傾
斜があるために、電極３から入射した光により励起され
た電子４と正孔５は図中の矢印で示す様に動く、半導体
伝導形蛍光素子の応答は正孔のトランジットタイムによ
り主に制限されているが正孔５を内部電界により電極方
向に強制的に引き寄せることによってこれを減少させる
ことができる。また本発明では電極３から離れた位置は
ど不純物濃度が高くなっている。キャリアのライフタイ
ムτは不純物濃度が高くなる程短かくなる。我々の実験
においてはｎ型Ｉ ｎＧａＡｓでのキャリアのライフタ
イムτの不純物濃度０丁依存性はτ〜２×１０２５／ｎ
Ｔ２ｓｅｃの関係であった。実施例においてはＩｎｐ基
板１に近い位置はｎｔ〜２Ｘ１０”ｃｍ−’であること
からこの位置で発生したキャリアのライフタイムはτ〜
５００ｐｓｅｃである。しかし、従来の構造の素子でこ
の位置での正孔のトランジットタイムは電極間隔５μｍ
、ｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ層厚１．５μｍ正孔の移動度２０
０ｃｍ２／Ｖ、Ｓを考慮すると近似的に１．３ｎｓｅｃ
となりパルス応答のテールの原因である電極から離れた
位置で発生したキャリアは電極３に達する前に再結合す
ることにより最もトランジットタイムの大きくなる電極
３から離れた位置で発生した正孔のライフタイムも同時
に小さくでき、パルス応答のテールを解消する上で有利
となる。
従来構造による素子と本発明の実施例による素子のイン
パルス応答の測定結果を第３図に示す。
パルス応答の測定結果を第３図に示す。
１．３μｍの波長のレーザーダイオードを光源に用い約
８０ｐｓｅｃの半値幅を持つパルス光を照射した。各素
子ともｎ型電極には２Ｖの電圧を印加した。このときの
パルス応答の立ち下り時間（９０％〜１０％）は従来の
素子が約１．２ｎｓｅＣであったものが本発明の素子で
は約７００ＰＳｅｃに短縮され、大幅な改善が実現でき
た。
８０ｐｓｅｃの半値幅を持つパルス光を照射した。各素
子ともｎ型電極には２Ｖの電圧を印加した。このときの
パルス応答の立ち下り時間（９０％〜１０％）は従来の
素子が約１．２ｎｓｅＣであったものが本発明の素子で
は約７００ＰＳｅｃに短縮され、大幅な改善が実現でき
た。
以上詳細に説明したように、本発明によれば光励起によ
り発生した正孔を高い電界のかかる電極に近い位置に集
めることができ、かつパルス応答のテールの主な原因と
なる電極がら最も遠く離れた位置での正孔は、キャリア
のライフタイムも同時に短くすることで高速応答を可能
とした素子が得られる。
り発生した正孔を高い電界のかかる電極に近い位置に集
めることができ、かつパルス応答のテールの主な原因と
なる電極がら最も遠く離れた位置での正孔は、キャリア
のライフタイムも同時に短くすることで高速応答を可能
とした素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
一実施例の光吸収層の層厚方向のバンド模式図、第３図
は従来例および本実施例の光応答波形図、第４図は従来
例の断面図、第５図は第４図の従来例の光吸収層の層厚
方向のバンド模式図である。 １・・・半絶縁性Ｉｎｐ基板、２・・・ｎ型Ｉ ｎＧａ
ＡＳ層、３・・・電極、４・・・電子、５・・・正孔、
６・・・ＩｎＧ ａ Ａ ｓ層。 前 第２ 口 棄３ 図 ： ■ 第Ｓ図 電極 押蛎娼Ｉ６Ｆ基板
一実施例の光吸収層の層厚方向のバンド模式図、第３図
は従来例および本実施例の光応答波形図、第４図は従来
例の断面図、第５図は第４図の従来例の光吸収層の層厚
方向のバンド模式図である。 １・・・半絶縁性Ｉｎｐ基板、２・・・ｎ型Ｉ ｎＧａ
ＡＳ層、３・・・電極、４・・・電子、５・・・正孔、
６・・・ＩｎＧ ａ Ａ ｓ層。 前 第２ 口 棄３ 図 ： ■ 第Ｓ図 電極 押蛎娼Ｉ６Ｆ基板
Claims (1)
- 半導体光伝導形受光素子の光吸収層の不純物濃度を表面
から層厚方向に向って順次高くしてあることを特徴とす
る半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61243643A JPH0770747B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61243643A JPH0770747B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6396969A true JPS6396969A (ja) | 1988-04-27 |
| JPH0770747B2 JPH0770747B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=17106871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61243643A Expired - Lifetime JPH0770747B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770747B2 (ja) |
-
1986
- 1986-10-13 JP JP61243643A patent/JPH0770747B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0770747B2 (ja) | 1995-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |