KR940006713B1 - 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자 - Google Patents
고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자 Download PDFInfo
- Publication number
- KR940006713B1 KR940006713B1 KR1019910004032A KR910004032A KR940006713B1 KR 940006713 B1 KR940006713 B1 KR 940006713B1 KR 1019910004032 A KR1019910004032 A KR 1019910004032A KR 910004032 A KR910004032 A KR 910004032A KR 940006713 B1 KR940006713 B1 KR 940006713B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- conductive layer
- layer
- light
- gaas
- schottky barrier
- Prior art date
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims description 22
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 title description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 claims 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 18
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
내용 없음.
Description
제1도 및 제2도는 종래의 고속응답용 GaAs쇼트키 베리어 수광소자의 단면도.
제3도 내지 제5도는 본 발명에 의한 초고속 응답용 n-GaAs쇼트기 베리어 수광소자를 도시한 도면.
제3도는 본 발명에 의한 초고속 응답용 쇼트키 베리어 수광소자의 주요부분을 도시한 평면도.
제4도는 제3도의 A-A'의 단면도.
제5도는제3도의 B-B'의 단면도.
제6도는 본 발명에 의한 초고속 응답용 InP쇼트키 베리어 수광소자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : n+-GaAs기판 2,12,22 : n-GaAs수광층
3,14,24,34 : 반투명금속 4,15,25,35 : 반사방지막
5,6,13,23,26,33 : 금속층 10,20 : 반절연 GaAs기판
11 : n+-GaAs도전층 21 : n+-AlxGa1-xAs(0.2<x<0.45)도전층
27 : 보호막 30 : 반절연 InP기판
31 : n+-InP도전층 또는 n+-In0.52Al0.48As도전층
32 : n-In0.53Ga0.47As도전층 50 : 본딩패드부
60 : 수광부 70 : 콘택부
본 발명은 반도체 소자의 고속응답용 쇼트키 베리어(Schottky Barrier)수광소자에 관한 것으로, 특히 종래의 갈륨비소(GaAs) 쇼트키 베리어 수광소자의 GaAs 수광층 하부에 형성되는 n+-GaAs 도전층 대신 n+-AlGaAs도전층을 형성하거나, n-InGaAs수광층 하부에 형성되는 도전층을 n+-InAlAs도전층으로 형성하여 입사광 신호에 의해 상기 n+-AlGaAs 도전층 또는 n+-InAlAs도전층에서 전자-정공쌍이 발생되지 않도록 하여 광신호의 입력에 대응한 전기신호의 응답을 빠르게한 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs)등의 반도체들은 가시광 및 자외선광 영역에서 광흡수계수가 매우 커서 대부분의 광전력이 표면으로부터 0.1μm이내의 반도체 표면에서 흡수되어 전자-정공쌍을 생성시키므로, PIN-(P-Type/Intrinsic/N-Type)형수광소자는 전자들이 공핍층에 도달하기전에 확산하여야 하므로, 확산시간이 필요하게 되어 고속응답화에 부적당하다. 반면에 쇼트키 베리어 수광소자는 반도체 표면이 쇼트기 금속과 접촉하여 표면에 공핍층을 형성하므로, 표면에서 생성된 전자-정공들은 즉시 공핍층을 통과하여 외부로 광전류를 흘리므로, 고주파, 특성화에 많이 쓰이는 가시광 및 자외선광에서 우수한 고속응답 특성을 갖는다.
종래의 GaAs쇼트키 베리어 수광소자의 구조는 제1도와 같이 n+-GaAs기판(1)위에 n-GaAs수광층(2)을 성장시키고, 그위에 반투명금속(3)을 증착하여 쇼트키 전극을 형성하고, 반사방지막(4)을 형성한후, 반투명금속과 외부와의 연결을 위한 금속층(5)을 형성후, n+-GaAs기판바닥에 AuGe/Ni등을 증착하여 저항성 접촉금속막(6)을 형성하여 광검출기를 형성한다. 그러나 수광소자가 고속응답용에 사용되기 위해서는 전체 용량(Capacitance)을 줄여야하므로, 금속-반도체 접합의 수광부의 면적을 줄여야 한다. 그러나 보통20∼100CHz 응답용의 고속 수광소자는 수광부의 면적이 25μm정도이고 본딩패드(Bonding Pad)의 면적은250μm이상이므로 기생용량이 너무 커서 고속응답용에 적합하지 못하다. 여기서 수광부의 반투명 금속과 외부와의 전기적 연결을 위한 본딩패트와 강한 도전성의 n+-GaAs 도전층기판은 기생용량을 형성하고, 수광부의 접합용량과 합하여 수광소자의 전체용량이 된다.
따라서 본딩패드로 인한 기생용량을 줄이기 위해 본딩패드를 반절연 기판위에 위치한, 보다 개선된 제2도의 구조를 채택한다. 그림 2의 구조는 반절연 GaAs기판(10)위에 n+-GaAs 도전층(11)을 성장하고, 그위에 n-GaAs수광층(12)을 성장한뒤 수광부만 남기고 나머지 영역은 아래의 n+-GaAs 도전층(11) 표면까지 제거한다. 그뒤 n+-GaAs 도전층위에 저항성 접촉을 위한 금속층(13)을 증착하고 열처리한뒤, 수광부에만 쇼트키 전극을 형성하기 위한 반투명금속(14)을 형성히고, 그 상부와 n-GaAs 수광층(12) 측면에 반사방지막(15)을 형성한다. 그러나 이 구조는 비교적 광흡수 계수가 적은 장파장의 가시광에 대해, 표면으로부터 입사된 광전력이 반도체 표면의 공핍층을 지나 n+-GaAs 도전층(11)에도 도달하여, 전자-정공쌍을 발생시켜 추가로 공핍층까지 정공이 확산하는 시간이 소요되므로, 초고주파 광신호의 입력에 대응한 응답 전기신호의 지연이 생겨, 고주파 응답 특성을 저하시킨다.
따라서, 본 발명은 종래의 GaAs쇼트키 베리어 수광소자의 저항성 접촉단자가 위치하는 n+-GaAs 도전층에도 입사광의 일부가 흡수되어, 전자-정공쌍을 발생시켜 정공이 공핍층까지 확산되어가는 추가적인 시간이 소요되어 고주파 응답 특성을 저하시키는 것을 방지하기 위해, n+-GaAs 도전층보다 더욱 넓은 에너지 밴드폭을 가진 n+-AlGaAs 도전층을 도입하여, n+-AlGaAs 도전층에는 입사광의 광흡수 계수를 크게줄여 공핍층까지 확산되어 신호의 지연을 초래할 전자-정공쌍이 발생되지 않게하고 높은 n-형 불순물 도핑으로 직렬저항을 감소시켜, 고주파 응답 특성을 향상시키는 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 고속응답용 수광소자는 짧은 펄스 및 초고주파 신호 발생, 광섬유의 분산 특성 측정, 광섬유를 통한 초고주파 신호처리, 광커뮤니케이션, 고속광신호 측정기등에 사용된다.
본 발명의 제1실시예에 의하면 n-GaAs수광층 하부의 도전층에 입사광 신호의 흡수로 인하여 전자-정공쌍이 발생하는 것을 방지하고 높은 n형 불순물 도핑으로 도전층의 직렬저항을 감소시킴으로써 입사광 신호에 대응하는 전기신호의 응답속도를 빠르게 하기 위하여, 쇼트키 전극용 반투명 금속 하부의 n-GaAs수광층 하부에 전기적으로 접속되는 도전층을 n-GaAs수광층보다 더 큰 에너지 밴드갭을 갖는 n+-AlxGa1-xAs도전층으로 형성하고, 그 하부에는 반절연 GaAs기판으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예에 의하면 n-In0.53Ga0.47As 수광층 하부의 도전층에 입사광 신호의 흔수로 인하여 전자-정공쌍이 발생하는 것을 방지하고 높은 n형 불순물 도핑으로 도전층의 직렬저항을 감소시켜 입사광 신호에 대응하는 전기신호의 응답속도를 빠르게 하기 위하여, 쇼트키 전극용 반투명 금속 하부의 n-In0.53Ga0.47As 수광층 하부에 전기적으로 접속되는 도전층을 n-In0.53Ga0.47As 수광층보다 더 큰 에너지 밴드캡을 가진 n+-InP 도전층으로 형성하고, 그 하부에는 반절연 InP기판으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1도 및 제2도는 종래기술에 의해 제조된 고속응답용 GaAs 쇼트키 베리어 수광소자들의 단면도를 도시한 것으로 상기의 종래기술에서 설명하였으므로 반복설명은 피하기로 한다.
제3도는 본 발명의 제1실시예에 의한 n-GaAs 쇼트기 베리어 수광소자의 주요부분을 도시한 평면도로서, 반투명금속과 외부와의 연결을 위한 금속층을 형성하는 본딩패드부(50), 입사광을 받아들이는 수광부(60), n+-AlGaAs 도전층과 저항성 콘택을 형성하는 콘택부(70)를 도시한 것이다.
제4도는 제3도의 A-A'단면도로서, 반절연 GaAs기판(20)상부에 n+-AlxGa1-x(0.2<x<0.45) 도전층(21) (이하에서는 n+-AlGaAs 이라함)을 형성하고, 그 상부 즉 제3도의 수광부(60)에 n-GaAs 수광층(22)을 형성하고, 그 상부 즉 도 제3도의 수광부(60)에 n-GaAs수광층(22)을 형성한 다음, n +-AlGaAs도전층(21) 상부 즉 제3도의 콘택부(70)에 금속층(23)을 형성하고 열처리하여 n+-AlGaAs 도전층(21)에 저항성 접촉이 되게한 후, 쇼트키 전극을 형성하기 위하여 수광부(22)의 양측면과 반투명금속(24)상부에 반사방지막(25)을 형성한 것을 도시한다.
제5도는 제3도의 B-B'단면도로서, 제4도와, 같은 방법에 의해 반절연 GaAs기판(20) 상부에 n+-AlGaAs 도전층(21)이 형성되고 n+-AlGaAs 도전층(21)의 소정상부에 n-GaAs수광층(22) 및 반투명금속(24)이 각각 적층되고, 제 3도의 콘택부(70)에 n-GaAs수광층(22)과 이격되고, n+-AlGaAs 도전층(21)에 저항성 접촉되는 금속층(23)이 형성되고, 제3도의 본딩패드부(50)에는 반절연 GaAs기판(20) 상부에 n+-AlGaAs 대신에 보호막(27)이 형성되고 그 상부에 반사방지막(25) 및 금속층(26)이 형성되는데, 이 금속층(26)은 상기 반사방지막(25)의 일부가 제거되어 반투명 금속(24)과 접속된 구조이다.
본 발명의 쇼트키 베리어 수광소자 구조는 종래의 구조와 동일하나 종래의 n-GaAs 수광층(12) 하부에있는 n+-GaAs 도전층(11) 대신에 에너지 밴드가 넓은 n+-AlGaAs도전층(21)을 형성함으로 표면으로부터 침투되는 입사광 신호에 의해 n+-AlGaAs 도전층(21) 내에서 전자-정공쌍의 발생을 방지하고 또한 높은n형 불순물 도핑에 의해 n+-AlGaAs 도전층(21)의 직렬저항을 감소시킨다.
제6도는 본 발명의 제2실시예에 의한 초고속 쇼트키 베리어 수광소자의 단면도로서, 반절연 InP기판(30) 상부에 n+-InP도전층(31) (또는 n+-In0.52Al0.48As 도전층)을 형성하고, n+-InP 도전층(31)은 소정상부에 n+-In0.53Al0.47As 수광층(32) (이하에서는 n-InGaAs 수광층이라함)을 형성하고, n-InGaAs 수광층(32) 좌우측면에 소정간격 이격되어 상기 n+-InP 도전층(31)에 저항성 접촉을 이루는 금속층(33)을 형성하고, 상기 n-InGaAs 수광층(32) 상부에 반투명금속(34)을 적층하여 쇼트키전극으로 형성하고, n-InGaAs수광층(32) 측면과 반투명금속(34) 상부에 반사방지막(35)을 형성한 것을 도시한다.
본 발명의 제1실시예에 의해 형성된 쇼트키 베리어 수광소자의 동작을 살펴보기로 한다.
반투명금속에 입사광 신호가 들어오면, 반투명 금속과 n-GaAs 수광층 반도체 사이에 존재하는 공핍층에 전자-정공쌍이 만들어져 공핍층이 전계에 의해 분리되어, 전자는 하부의 n+-AlGaAs 도전층으로 이동하고, 정공은 반투명금속으로 이동하여 결국 광신호의 변화에 비례하는 출력전기신호가 외부회로에 흐른다.
본 발명에 의하면, 응답지연을 주는 공핍층 아래의 도전층에 생성되는 전자-정공쌍을 없애기 위해, 공핍층 영역인 n-GaAs 수광층 아래에 에너지 밴드갭이 큰 n+-AlGaAs 도전층(n-InGAs 수광층 아래에서는n+-InP 도전층 또는 n+-InAls 도전층)을 도입하여, 전자-정공쌍의 생성을 급격히 줄이고 또한 높은 n형 불순물 도핑으로 직렬저항을 감소시켜 고속응답의 효과가 있고 또한 n+-AlGaAs 도전층과 n-GaAs 수광층의 선택적 식각의 종말점 역할도 하여 제조공정을 쉽게 한다.
Claims (5)
- 반절연 GaAs 기판 위에 도전층을 성장하고 그 위에 n-GaAs 수광층을 성장한뒤 수광부만 남기고 도전층 위에 금속층을 증착하고 n-GaAs 수광층 위에 쇼트키 전극용 반투명 금속을 형성하고 그 상부와 n-GaAs 수광층 측면에 반사방지막을 형성한 구조의 쇼트키 베리어 수광소자에 있어서, n-GaAs 수광층 하부의 도전층에 입사광 신호의 흡수로 인하여 전자-정공쌍이 발생하는 것을 방지하고, 높은 n형 불순물 도핑으로 도전층의 직렬저항을 감소시킴으로써 입사광 신호에 대응하는 전기신호의 응답속도를 빠르게 하기위하여, n-GaAs 수광층(22) 하부에 전기적으로 접속되는 도전층을 n-GaAs 수광층보다 더 큰 에너지 밴드갭을 갖는 n+-AlxGaㅣ-xAs 도전층(21)으로 형성하고, 그 하부에는 반절연 GaAs 기판(20)으로 형성하는것을 특징으로 하는 고속응답용 쇼토키 베리어 수광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 n+-AlxGa1-xAs 도전층에서 0.2<x<0.45인 것을 특징으로 하는 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자.
- 제1항에 있어서, 반절연 GaAs 기판 대신에 반절연 InP기판 위에 도전층을 형성하고 이 도전층 위에n-GaAs 수광층 대신에 n+-In0.53Ga0.47As 수광층을 형성할 경우 n+-In0.53Ga0.47As 수광층 보다 더 큰 에너지 밴드갭을 가진 n+-InP도전층으로 형성하고, 그 하부에는 반절연 InP기판으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자.
- 제3항에 있어서, 상기 n+-InP 도전층 대신에 n+-InxAl1-xAs 도전층으로 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자.
- 제4항에 있어서, 상기 n+-InxAl1-xAs 도천층에서 x는 0.52인 것을 특징으로 하는 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019910004032A KR940006713B1 (ko) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019910004032A KR940006713B1 (ko) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR920018988A KR920018988A (ko) | 1992-10-22 |
| KR940006713B1 true KR940006713B1 (ko) | 1994-07-25 |
Family
ID=19312066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019910004032A KR940006713B1 (ko) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR940006713B1 (ko) |
-
1991
- 1991-03-14 KR KR1019910004032A patent/KR940006713B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR920018988A (ko) | 1992-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5040039A (en) | Semiconductor photodetector device | |
| CA1132693A (en) | Demultiplexing photodetector | |
| US6326654B1 (en) | Hybrid ultraviolet detector | |
| US5185272A (en) | Method of producing semiconductor device having light receiving element with capacitance | |
| JP5011607B2 (ja) | 受光素子 | |
| EP0452801B1 (en) | Semiconductor device having light receiving element and method of producing the same | |
| US4771325A (en) | Integrated photodetector-amplifier device | |
| KR940022930A (ko) | Pin형 수광소자, 그 제조방법 및 광전자 집적회로 | |
| US3604987A (en) | Radiation-sensing device comprising an array of photodiodes and switching devices in a body of semiconductor material | |
| Mullins et al. | A simple high-speed Si Schottky photodiode | |
| US4599632A (en) | Photodetector with graded bandgap region | |
| US4323911A (en) | Demultiplexing photodetectors | |
| US4346394A (en) | Gallium arsenide burrus FET structure for optical detection | |
| JPS60244078A (ja) | 広いバンドギヤツプキヤツプ層を有する背面照明形フオトダイオード | |
| US4745446A (en) | Photodetector and amplifier integration | |
| US4620210A (en) | Phototransistor of the type having an emitter-base heterojunction | |
| JP4109159B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| US4416053A (en) | Method of fabricating gallium arsenide burris FET structure for optical detection | |
| KR940006713B1 (ko) | 고속응답용 쇼트키 베리어 수광소자 | |
| US4553155A (en) | High speed bias-free photodetector | |
| US5420418A (en) | Semiconductor light detection device having secondary region to capture and extinguish unnecessary charges | |
| JP2670553B2 (ja) | 半導体受光・増幅装置 | |
| KR920002092B1 (ko) | 매립형 쇼트키 전극을 이용한 고속 수광소자 | |
| JPH0529642A (ja) | 半導体光検出素子 | |
| Kim et al. | A high‐speed InP‐based In x Ga1− x As Schottky barrier infrared photodiode for fiber‐optic communications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100623 Year of fee payment: 17 |
|
| EXPY | Expiration of term |