JP2000223736A - 金属−半導体−金属型受光素子 - Google Patents
金属−半導体−金属型受光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 暗電流を抑制するとともに、受光効率および
応答速度をより向上させる。 【解決手段】 半絶縁性の半導体基板（基板１０１）上
に設けられノンドープのＩｎＧａＡｓからなる光吸収層
１０３と、この光吸収層１０３上に設けられこの光吸収
層１０３よりもバンド幅の大きい化合物半導体層（傾斜
層１０４）と、この化合物半導体層上に設けられショッ
トキー障壁を有する陰電極１０６と、光吸収層１０３上
に直接設けられショットキー障壁を有する陽電極１０７
とを備える。陰電極１０６と陽電極１０７とは、交互に
配置されている。
応答速度をより向上させる。 【解決手段】 半絶縁性の半導体基板（基板１０１）上
に設けられノンドープのＩｎＧａＡｓからなる光吸収層
１０３と、この光吸収層１０３上に設けられこの光吸収
層１０３よりもバンド幅の大きい化合物半導体層（傾斜
層１０４）と、この化合物半導体層上に設けられショッ
トキー障壁を有する陰電極１０６と、光吸収層１０３上
に直接設けられショットキー障壁を有する陽電極１０７
とを備える。陰電極１０６と陽電極１０７とは、交互に
配置されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属−半導体−金
属（MSM:Metal-Semiconductor-Metal ）型の受光素子に
関するものである。
属（MSM:Metal-Semiconductor-Metal ）型の受光素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属−半導体−金属（以下、ＭＳＭとい
う）型受光素子は、平坦な構造を作りやすく、電子デバ
イスおよび光デバイスを集積化する光電子集積回路の製
造に適した構造である。また、ＭＳＭ型受光素子は、光
吸収層が空乏化している場合には素子の電気容量が小さ
くＣＲ時定数による帯域幅の劣化が少ないため、広帯域
の受光素子に適している。長波長帯域（例えば、１．３
ミクロン、１．５ミクロン帯）の受光素子では、吸収端
波長の関係からバンドギャップの狭いＩｎＧａＡｓ，Ｉ
ｎＧａＡｓＰ等が光吸収層に用いられている。
う）型受光素子は、平坦な構造を作りやすく、電子デバ
イスおよび光デバイスを集積化する光電子集積回路の製
造に適した構造である。また、ＭＳＭ型受光素子は、光
吸収層が空乏化している場合には素子の電気容量が小さ
くＣＲ時定数による帯域幅の劣化が少ないため、広帯域
の受光素子に適している。長波長帯域（例えば、１．３
ミクロン、１．５ミクロン帯）の受光素子では、吸収端
波長の関係からバンドギャップの狭いＩｎＧａＡｓ，Ｉ
ｎＧａＡｓＰ等が光吸収層に用いられている。
【０００３】ところが、ＩｎＧａＡｓ上に金属電極を形
成し、ＭＳＭ型受光素子を作製した場合には、暗電流が
大きくなるという欠点がある。すなわち、受光素子が受
光状態にある場合に、その光吸収領域である半導体には
入射光に応じて電子・正孔対が生成されるが、その他に
も電極から半導体に流入する電子および正孔があり、こ
の流入する電子および正孔が暗電流となる。
成し、ＭＳＭ型受光素子を作製した場合には、暗電流が
大きくなるという欠点がある。すなわち、受光素子が受
光状態にある場合に、その光吸収領域である半導体には
入射光に応じて電子・正孔対が生成されるが、その他に
も電極から半導体に流入する電子および正孔があり、こ
の流入する電子および正孔が暗電流となる。
【０００４】ＭＳＭ型受光素子の暗電流は、結晶内部の
結晶欠陥による発生電流が小さい場合、バイアス印加下
では主に陰電極側からショットキー障壁を越えて流れる
電子電流成分と、陽電極側からショットキー障壁を越え
て流れる正孔電流成分とからなる。
結晶欠陥による発生電流が小さい場合、バイアス印加下
では主に陰電極側からショットキー障壁を越えて流れる
電子電流成分と、陽電極側からショットキー障壁を越え
て流れる正孔電流成分とからなる。
【０００５】電子電流成分は、ＡnＴ2 ｅｘｐ（−ｑＶ
n ／ｋＴ）ｅｘｐ（ｑｗn／ｋＴ）で表され、正孔電流
成分はＡpＴ2ｅｘｐ（−ｑＶp ／ｋＴ）ｅｘｐ（ｑｗp
／ｋＴ）で表わされる。ここで、Ａn，Ａpは電子および
正孔のリチャードソン定数、Ｖn，Ｖpは陰電極の電子お
よび陽電極の正孔のショットキー障壁高さ、Ｗn，Ｗpは
鏡像効果による障壁高さの減少量である。またｑ，ｋ，
Ｔは電荷，ボルツマン定数，絶対温度である。
n ／ｋＴ）ｅｘｐ（ｑｗn／ｋＴ）で表され、正孔電流
成分はＡpＴ2ｅｘｐ（−ｑＶp ／ｋＴ）ｅｘｐ（ｑｗp
／ｋＴ）で表わされる。ここで、Ａn，Ａpは電子および
正孔のリチャードソン定数、Ｖn，Ｖpは陰電極の電子お
よび陽電極の正孔のショットキー障壁高さ、Ｗn，Ｗpは
鏡像効果による障壁高さの減少量である。またｑ，ｋ，
Ｔは電荷，ボルツマン定数，絶対温度である。
【０００６】以上のようなバンドギャップの狭い半導体
材料のうち、ＩｎＧａＡｓでは、ショットキー障壁高さ
Ｖn が０．２ｅＶと極めて小さいため、陰電極から半導
体に流れる電子による暗電流が大きくなり、受光素子実
現の上での大きな障害となっている。そこで、従来はこ
の暗電流を減少させるため、ＩｎＧａＡｓ層に格子整合
するＦｅドープＩｎＰ，ＩｎＡｌＡｓ等のバンドギャッ
プの大きい半導体のエピタキシャル成長層をキャップ層
に用いることにより、ショットキー障壁高さを増大させ
てきた。
材料のうち、ＩｎＧａＡｓでは、ショットキー障壁高さ
Ｖn が０．２ｅＶと極めて小さいため、陰電極から半導
体に流れる電子による暗電流が大きくなり、受光素子実
現の上での大きな障害となっている。そこで、従来はこ
の暗電流を減少させるため、ＩｎＧａＡｓ層に格子整合
するＦｅドープＩｎＰ，ＩｎＡｌＡｓ等のバンドギャッ
プの大きい半導体のエピタキシャル成長層をキャップ層
に用いることにより、ショットキー障壁高さを増大させ
てきた。
【０００７】以下に、従来技術の例としてＩｎＡｌＡｓ
をキャップ層に用いたＭＳＭ型受光素子について説明す
る。図５は、ＩｎＡｌＡｓをキャップ層に用いたＭＳＭ
素子の構造の概略的な断面図を示す。図６は、そのＭＳ
Ｍ素子のバンド状態を１次元モデルで示したバンド図で
ある。
をキャップ層に用いたＭＳＭ型受光素子について説明す
る。図５は、ＩｎＡｌＡｓをキャップ層に用いたＭＳＭ
素子の構造の概略的な断面図を示す。図６は、そのＭＳ
Ｍ素子のバンド状態を１次元モデルで示したバンド図で
ある。
【０００８】図５に示すＭＳＭ素子は、半絶縁性のＩｎ
Ｐからなる基板５０１上にノンドープのＩｎＰからなる
バッファ層５０２を備え、その上にノンドープのＩｎＧ
ａＡｓからなる光吸収層５０３を備えている。光吸収層
５０３上には、Ｉｎ（ＧａxＡｌ1-x）Ａｓからなる傾斜
層５０４と、ＩｎＡｌＡｓからなるキャップ層５０５と
を介して、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陰電極５０６およ
び陽電極５０７が交互に配置されている。ＩｎＡｌＡｓ
からなるキャップ層５０５およびＩｎ（ＧａxＡｌ1-x）
Ａｓからなる傾斜層５０４は、ＩｎＧａＡｓに格子整合
している。傾斜層５０４自体は、Ｉｎ（ＧａxＡｌ1-x）
Ａｓの組成ｘを基板側から１から０に、徐々に変化させ
ることで形成されている。
Ｐからなる基板５０１上にノンドープのＩｎＰからなる
バッファ層５０２を備え、その上にノンドープのＩｎＧ
ａＡｓからなる光吸収層５０３を備えている。光吸収層
５０３上には、Ｉｎ（ＧａxＡｌ1-x）Ａｓからなる傾斜
層５０４と、ＩｎＡｌＡｓからなるキャップ層５０５と
を介して、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陰電極５０６およ
び陽電極５０７が交互に配置されている。ＩｎＡｌＡｓ
からなるキャップ層５０５およびＩｎ（ＧａxＡｌ1-x）
Ａｓからなる傾斜層５０４は、ＩｎＧａＡｓに格子整合
している。傾斜層５０４自体は、Ｉｎ（ＧａxＡｌ1-x）
Ａｓの組成ｘを基板側から１から０に、徐々に変化させ
ることで形成されている。
【０００９】一方、図６に示すように、Ｉｎ（ＧａxＡ
ｌ1-x）Ａｓからなる傾斜層５０４は、ＩｎＧａＡｓか
らなる光吸収層５０３およびＩｎＡｌＡｓからなるキャ
ップ層５０５の伝導体端および価電子帯端に、傾斜した
ポテンシャル構造を持つ。ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓ
間の価電子帯端のエネルギー差が小さい（＝０．２３ｅ
Ｖ）ため、傾斜層５０４の挿入によりバイアスが比較的
大きい場合には光吸収層５０３で光励起された正孔は、
容易に陰電極５０６に引き抜かれる。ＩｎＡｌＡｓ（キ
ャップ層５０５）は、ＩｎＧａＡｓ（光吸収層５０３）
よりもバンドギャップが大きく、陰電極５０６の電子に
対するショットキー障壁高さ（Ｖn ＝０．８２ｅＶ）お
よび陽電極５０７の正孔に対するショットキー障壁高さ
（Ｖp ＝０．６７ｅＶ）が共に大きいため、電子および
正孔が陰電極５０６および陽電極５０７から半導体に流
れることによる暗電流を極めて小さな値に抑えることが
できる。
ｌ1-x）Ａｓからなる傾斜層５０４は、ＩｎＧａＡｓか
らなる光吸収層５０３およびＩｎＡｌＡｓからなるキャ
ップ層５０５の伝導体端および価電子帯端に、傾斜した
ポテンシャル構造を持つ。ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓ
間の価電子帯端のエネルギー差が小さい（＝０．２３ｅ
Ｖ）ため、傾斜層５０４の挿入によりバイアスが比較的
大きい場合には光吸収層５０３で光励起された正孔は、
容易に陰電極５０６に引き抜かれる。ＩｎＡｌＡｓ（キ
ャップ層５０５）は、ＩｎＧａＡｓ（光吸収層５０３）
よりもバンドギャップが大きく、陰電極５０６の電子に
対するショットキー障壁高さ（Ｖn ＝０．８２ｅＶ）お
よび陽電極５０７の正孔に対するショットキー障壁高さ
（Ｖp ＝０．６７ｅＶ）が共に大きいため、電子および
正孔が陰電極５０６および陽電極５０７から半導体に流
れることによる暗電流を極めて小さな値に抑えることが
できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光吸収
層５０３で光励起された電子は、印加されたバイアスに
よって陽電極５０７側に引き寄せられるが、ＩｎＧａＡ
ｓとＩｎＡｌＡｓとの伝導帯端のエネルギー差が０．５
１ｅＶと大きいため、傾斜層５０４を導入しても一部の
電子は、光吸収層５０３，傾斜層５０４およびキャップ
層５０５が作るポテンシャル障壁を乗り越えることがで
きず、光吸収層５０３−傾斜層５０４界面に蓄積され
る。そして、この光励起された電子は、傾斜層５０４が
作るポテンシャル障壁をトンネル効果によって通過し、
陽電極５０７に引き抜かれる。そのため、このような構
成では、感度および応答速度が低下してしまう。
層５０３で光励起された電子は、印加されたバイアスに
よって陽電極５０７側に引き寄せられるが、ＩｎＧａＡ
ｓとＩｎＡｌＡｓとの伝導帯端のエネルギー差が０．５
１ｅＶと大きいため、傾斜層５０４を導入しても一部の
電子は、光吸収層５０３，傾斜層５０４およびキャップ
層５０５が作るポテンシャル障壁を乗り越えることがで
きず、光吸収層５０３−傾斜層５０４界面に蓄積され
る。そして、この光励起された電子は、傾斜層５０４が
作るポテンシャル障壁をトンネル効果によって通過し、
陽電極５０７に引き抜かれる。そのため、このような構
成では、感度および応答速度が低下してしまう。
【００１１】以上のように上述した従来のＭＳＭ素子で
は、ワイドギャップ半導体のキャップ層５０５および傾
斜層５０４を導入することにより、暗電流を低減させる
とともに光励起された正孔の引き抜きを容易にした。し
かしながら、光励起された電子の陽電極５０７への引き
抜きを妨げるため、受光効率および応答速度の低下をも
たらすという新たな問題を発生させてしまった。本発明
は、以上のような問題点を解消するためになされたもの
であり、暗電流を抑制するとともに、受光効率および応
答速度をより向上させた金属−半導体−金属型受光素子
を提供することを目的とする。
は、ワイドギャップ半導体のキャップ層５０５および傾
斜層５０４を導入することにより、暗電流を低減させる
とともに光励起された正孔の引き抜きを容易にした。し
かしながら、光励起された電子の陽電極５０７への引き
抜きを妨げるため、受光効率および応答速度の低下をも
たらすという新たな問題を発生させてしまった。本発明
は、以上のような問題点を解消するためになされたもの
であり、暗電流を抑制するとともに、受光効率および応
答速度をより向上させた金属−半導体−金属型受光素子
を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る金属−半導体−金属型受光素子
は、半絶縁性の半導体基板上に設けられノンドープのＩ
ｎＧａＡｓからなる光吸収層と、この光吸収層上に設け
られこの光吸収層よりもバンド幅の大きい化合物半導体
層と、この化合物半導体層上に設けられショットキー障
壁を有する陰電極と、上記光吸収層上に直接設けられシ
ョットキー障壁を有する陽電極とを備え、上記陰電極と
上記陽電極とは、交互に配置されている。また、上記化
合物半導体層を、上記光吸収層上のＩｎ（ＧａxＡ
ｌ1-x）Ａｓからなる傾斜層と、この傾斜層上に設けら
れＩｎＡｌＡｓからなるキャップ層と、によって構成し
てもよい。その場合、上記傾斜層を、その組成ｘが上記
光吸収層側から上記キャップ層側にかけて１から０に変
化するように形成するとよい。さらに、上記化合物半導
体層を、上記光吸収層上のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ
からなる超格子層と、この超格子層上に設けられＩｎＡ
ｌＡｓからなるキャップ層と、によって構成してもよ
い。その場合、上記超格子層を、上記光吸収層側におい
てはＩｎＡｌＡｓよりもＩｎＧａＡｓの割合が多くなる
ように形成し、かつ、上記キャップ層側においてはＩｎ
ＧａＡｓよりもＩｎＡｌＡｓの割合が多くなるように形
成するとよい。
るために、本発明に係る金属−半導体−金属型受光素子
は、半絶縁性の半導体基板上に設けられノンドープのＩ
ｎＧａＡｓからなる光吸収層と、この光吸収層上に設け
られこの光吸収層よりもバンド幅の大きい化合物半導体
層と、この化合物半導体層上に設けられショットキー障
壁を有する陰電極と、上記光吸収層上に直接設けられシ
ョットキー障壁を有する陽電極とを備え、上記陰電極と
上記陽電極とは、交互に配置されている。また、上記化
合物半導体層を、上記光吸収層上のＩｎ（ＧａxＡ
ｌ1-x）Ａｓからなる傾斜層と、この傾斜層上に設けら
れＩｎＡｌＡｓからなるキャップ層と、によって構成し
てもよい。その場合、上記傾斜層を、その組成ｘが上記
光吸収層側から上記キャップ層側にかけて１から０に変
化するように形成するとよい。さらに、上記化合物半導
体層を、上記光吸収層上のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ
からなる超格子層と、この超格子層上に設けられＩｎＡ
ｌＡｓからなるキャップ層と、によって構成してもよ
い。その場合、上記超格子層を、上記光吸収層側におい
てはＩｎＡｌＡｓよりもＩｎＧａＡｓの割合が多くなる
ように形成し、かつ、上記キャップ層側においてはＩｎ
ＧａＡｓよりもＩｎＡｌＡｓの割合が多くなるように形
成するとよい。
【００１３】このように構成することにより本発明は、
陰電極と陽電極に電界を印加した状態では陰電極の電子
および陽電極の正孔に対して障壁が存在するため、暗電
流の抑制が可能となる。また、光吸収層内で生成された
電子に対して障壁が存在しないため、陽電極に速やかに
引き抜かれる。さらに、光吸収層内で生成された正孔に
対して障壁が緩和されているため、正孔は蓄積されるこ
となく陰電極に引き抜かれる。したがって、本発明は、
暗電流を抑制することができ、さらには光吸収層で光励
起された電子の蓄積の問題を解決することができ、受光
効率および応答特性を向上させることができる。
陰電極と陽電極に電界を印加した状態では陰電極の電子
および陽電極の正孔に対して障壁が存在するため、暗電
流の抑制が可能となる。また、光吸収層内で生成された
電子に対して障壁が存在しないため、陽電極に速やかに
引き抜かれる。さらに、光吸収層内で生成された正孔に
対して障壁が緩和されているため、正孔は蓄積されるこ
となく陰電極に引き抜かれる。したがって、本発明は、
暗電流を抑制することができ、さらには光吸収層で光励
起された電子の蓄積の問題を解決することができ、受光
効率および応答特性を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。
て図を用いて説明する。
【００１５】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態における受光素子の構造を示す断面図で
ある。図２は、そのバンド構造を１次元モデルで示した
ときのバンド図である。図１の受光素子の構成について
説明する。この受光素子は、半絶縁性のＩｎＰからなる
基板１０１上にノンドープのＩｎＰからなるバッファ層
１０２を備え、その上にノンドープのＩｎＧａＡｓから
なる光吸収層１０３を備えている。
１の実施の形態における受光素子の構造を示す断面図で
ある。図２は、そのバンド構造を１次元モデルで示した
ときのバンド図である。図１の受光素子の構成について
説明する。この受光素子は、半絶縁性のＩｎＰからなる
基板１０１上にノンドープのＩｎＰからなるバッファ層
１０２を備え、その上にノンドープのＩｎＧａＡｓから
なる光吸収層１０３を備えている。
【００１６】Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陰電極１０６
は、光吸収層１０３上に形成されたＩｎ（ＧａxＡ
ｌ1-x）Ａｓよりなる傾斜層１０４およびＩｎＡｌＡｓ
からなるキャップ層１０５を介して形成されている。傾
斜層１０４は、Ｉｎ（ＧａxＡｌ1-x）Ａｓの組成ｘを、
光吸収層１０３側からキャップ層１０５にかけて１から
０まで徐々に変化させ、光吸収層１０３上に形成されて
いる。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陽電極１０７は、光吸
収層１０３上に形成されている。これら陰電極１０６お
よび陽電極１０７は、交互に配置されている。
は、光吸収層１０３上に形成されたＩｎ（ＧａxＡ
ｌ1-x）Ａｓよりなる傾斜層１０４およびＩｎＡｌＡｓ
からなるキャップ層１０５を介して形成されている。傾
斜層１０４は、Ｉｎ（ＧａxＡｌ1-x）Ａｓの組成ｘを、
光吸収層１０３側からキャップ層１０５にかけて１から
０まで徐々に変化させ、光吸収層１０３上に形成されて
いる。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陽電極１０７は、光吸
収層１０３上に形成されている。これら陰電極１０６お
よび陽電極１０７は、交互に配置されている。
【００１７】したがって、陰電極１０６の電子に対して
は、光吸収層１０３と陰電極１０６の間に、図２に示す
ようなキャップ層１０５よりなる障壁が形成された状態
となる。また、陽電極１０７の正孔には、光吸収層１０
３と陽電極１０７のショットキー接合による障壁が存在
する。光吸収層１０３内の光励起された電子に対して
は、図２に示すように陽電極１０７側に障壁が存在しな
い。また、光吸収層１０３内の光励起された正孔は、キ
ャップ層１０５と光吸収層１０３とのバンド不連続が傾
斜層１０４により緩和されている。陰電極１０６の電子
に対して、陰電極１０６とＩｎＡｌＡｓキャップ層１０
５との障壁は０．８２ｅＶである。また、通常の電子ビ
ーム蒸着法あるいは真空蒸着法を用いて室温で光吸収層
１０３上にショットキー接合を形成し、陽電極１０７を
形成した場合には、陽電極１０７の正孔に対して０．５
５ｅＶの障壁が形成される。
は、光吸収層１０３と陰電極１０６の間に、図２に示す
ようなキャップ層１０５よりなる障壁が形成された状態
となる。また、陽電極１０７の正孔には、光吸収層１０
３と陽電極１０７のショットキー接合による障壁が存在
する。光吸収層１０３内の光励起された電子に対して
は、図２に示すように陽電極１０７側に障壁が存在しな
い。また、光吸収層１０３内の光励起された正孔は、キ
ャップ層１０５と光吸収層１０３とのバンド不連続が傾
斜層１０４により緩和されている。陰電極１０６の電子
に対して、陰電極１０６とＩｎＡｌＡｓキャップ層１０
５との障壁は０．８２ｅＶである。また、通常の電子ビ
ーム蒸着法あるいは真空蒸着法を用いて室温で光吸収層
１０３上にショットキー接合を形成し、陽電極１０７を
形成した場合には、陽電極１０７の正孔に対して０．５
５ｅＶの障壁が形成される。
【００１８】このため、この第１の実施の形態における
受光素子では、バイアス印加時に、陰電極１０６側の電
子に対して高い障壁（＝０．８２ｅＶ）が形成されると
ともに、陽電極１０７の正孔に対しても高い障壁（＝
０．５５ｅＶ）が形成され、暗電流の低減が可能とな
る。光吸収層１０３内の光励起された電子は、陽電極１
０７側には障壁が存在しないため、陽電極１０７に速や
かに引き抜かれる。また、光励起された光吸収層１０３
内の正孔は、キャップ層１０５と光吸収層１０３とのバ
ンド不連続が傾斜層１０４により緩和されているため、
光吸収層１０３−傾斜層１０４界面に蓄積されることな
く、陰電極１０６に引き抜かれる。さらに、陽電極１０
７を光吸収層１０３上に直接形成しているため、空間的
に光吸収層１０３と電極間をあまり離さずに済み、陽電
極１０７と陰電極１０６との間の電界強度の緩和も抑制
できるようになる。
受光素子では、バイアス印加時に、陰電極１０６側の電
子に対して高い障壁（＝０．８２ｅＶ）が形成されると
ともに、陽電極１０７の正孔に対しても高い障壁（＝
０．５５ｅＶ）が形成され、暗電流の低減が可能とな
る。光吸収層１０３内の光励起された電子は、陽電極１
０７側には障壁が存在しないため、陽電極１０７に速や
かに引き抜かれる。また、光励起された光吸収層１０３
内の正孔は、キャップ層１０５と光吸収層１０３とのバ
ンド不連続が傾斜層１０４により緩和されているため、
光吸収層１０３−傾斜層１０４界面に蓄積されることな
く、陰電極１０６に引き抜かれる。さらに、陽電極１０
７を光吸収層１０３上に直接形成しているため、空間的
に光吸収層１０３と電極間をあまり離さずに済み、陽電
極１０７と陰電極１０６との間の電界強度の緩和も抑制
できるようになる。
【００１９】以上説明したように、この第１の実施の形
態によれば、光吸収層１０３で光励起された電子および
正孔を蓄積させることなく、陽電極１０７および陰電極
１０６に引き抜くことが可能となる。このため、ＩｎＧ
ａＡｓを光吸収層１０３に用いた長波長帯域の高感度・
広帯域の受光素子の実現が可能となる。また、光吸収層
１０３のキャリアー濃度を１０14〜１０15ｃｍ-3程度と
非常に小さくし、光吸収層の再結合中心密度を減少させ
ているため、この第１の実施の形態によれば、再結合中
心による発生電流による暗電流も低減できる。
態によれば、光吸収層１０３で光励起された電子および
正孔を蓄積させることなく、陽電極１０７および陰電極
１０６に引き抜くことが可能となる。このため、ＩｎＧ
ａＡｓを光吸収層１０３に用いた長波長帯域の高感度・
広帯域の受光素子の実現が可能となる。また、光吸収層
１０３のキャリアー濃度を１０14〜１０15ｃｍ-3程度と
非常に小さくし、光吸収層の再結合中心密度を減少させ
ているため、この第１の実施の形態によれば、再結合中
心による発生電流による暗電流も低減できる。
【００２０】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。図３は、本発明の第２
の実施の形態における受光素子の構造を示す断面図であ
る。図４は、そのバンド構造を示すバンド図である。図
３の受光素子の構成について説明する。この受光素子は
半絶縁性のＩｎＰからなる基板３０１上にノンドープＩ
ｎＰからなるバッファ層３０２を備え、その上にノンド
ープＩｎＧａＡｓからなる光吸収層３０３を備えてい
る。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陰電極３０６は、光吸収
層３０３上に形成されたＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓよ
りなる超格子層３０４およびＩｎＡｌＡｓからなるキャ
ップ層３０５を介して形成されている。
の実施の形態について説明する。図３は、本発明の第２
の実施の形態における受光素子の構造を示す断面図であ
る。図４は、そのバンド構造を示すバンド図である。図
３の受光素子の構成について説明する。この受光素子は
半絶縁性のＩｎＰからなる基板３０１上にノンドープＩ
ｎＰからなるバッファ層３０２を備え、その上にノンド
ープＩｎＧａＡｓからなる光吸収層３０３を備えてい
る。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陰電極３０６は、光吸収
層３０３上に形成されたＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓよ
りなる超格子層３０４およびＩｎＡｌＡｓからなるキャ
ップ層３０５を介して形成されている。
【００２１】ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓよりなる超格
子層３０４は、ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓの層厚比を
光吸収層３０３側から徐々に変化させ、光吸収層３０３
上に形成されている。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陽電極
３０７は、光吸収層３０３上に形成した。陰電極３０６
および陽電極３０７は、交互に配置されている。したが
って、陰電極３０６の電子に対しては、光吸収層３０３
と陰電極３０６の間に、図３に示すようにキャップ層３
０５よりなる障壁が形成された状態となる。また、陽電
極３０７の正孔には、光吸収層３０３と陽電極３０７の
ショットキー接合による障壁が存在する。光吸収層３０
３内の光励起された電子に対しては、図４に示すように
陽電極３０７側には障壁は存在しない。また、光吸収層
３０３内の光励起された正孔には、キャップ層３０５と
光吸収層３０３とのバンド不連続が超格子層３０４によ
り緩和されるようにしてある。
子層３０４は、ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓの層厚比を
光吸収層３０３側から徐々に変化させ、光吸収層３０３
上に形成されている。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる陽電極
３０７は、光吸収層３０３上に形成した。陰電極３０６
および陽電極３０７は、交互に配置されている。したが
って、陰電極３０６の電子に対しては、光吸収層３０３
と陰電極３０６の間に、図３に示すようにキャップ層３
０５よりなる障壁が形成された状態となる。また、陽電
極３０７の正孔には、光吸収層３０３と陽電極３０７の
ショットキー接合による障壁が存在する。光吸収層３０
３内の光励起された電子に対しては、図４に示すように
陽電極３０７側には障壁は存在しない。また、光吸収層
３０３内の光励起された正孔には、キャップ層３０５と
光吸収層３０３とのバンド不連続が超格子層３０４によ
り緩和されるようにしてある。
【００２２】ここで、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格
子層３０４について説明する。ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａ
Ａｓ超格子は、電子および正孔に対してミニバンドを形
成するが、超格子を構成する半導体の層厚比を深さ方向
に徐々に変化させた場合、ミニバンドは傾斜したポテン
シャル構造となる。例えば、ＩｎＡｌＡｓ層の層厚を一
定（＝２ｎｍ）としてＩｎＧａＡｓ層の層厚を表面から
深さ方向に対して１ｎｍから９ｎｍに徐々に変えること
で、価電子帯および伝導帯端に傾斜したポテンシャルを
形成することができる。もちろん、ＩｎＧａＡｓ層の厚
さを一定とし、ＩｎＡｌＡｓ層の厚さを変えてもよい。
また、両者の厚さを変えるようにしてもよい。
子層３０４について説明する。ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａ
Ａｓ超格子は、電子および正孔に対してミニバンドを形
成するが、超格子を構成する半導体の層厚比を深さ方向
に徐々に変化させた場合、ミニバンドは傾斜したポテン
シャル構造となる。例えば、ＩｎＡｌＡｓ層の層厚を一
定（＝２ｎｍ）としてＩｎＧａＡｓ層の層厚を表面から
深さ方向に対して１ｎｍから９ｎｍに徐々に変えること
で、価電子帯および伝導帯端に傾斜したポテンシャルを
形成することができる。もちろん、ＩｎＧａＡｓ層の厚
さを一定とし、ＩｎＡｌＡｓ層の厚さを変えてもよい。
また、両者の厚さを変えるようにしてもよい。
【００２３】図４の斜線（超格子層３０４内の斜線）
に、ミニバンドによる実質的なポテンシャル示す。この
ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子層は、第１の実施の
形態に示した組成変化による傾斜層１０４と同様にバン
ド不連続の緩和層として働く。陰電極３０６の電子に対
して、陰電極３０６とキャップ層３０５との障壁は０．
８２ｅＶである。また、通常の電子ビーム蒸着法あるい
は真空蒸着法を用いて室温で光吸収層３０３上にショッ
トキー接合を形成し、陽電極３０７を形成した場合に
は、陽電極３０７の正孔に対して０．５５ｅＶの障壁が
形成される。このため、第２の実施の形態の受光素子に
おいては、バイアス印加時で陰電極３０６側の電子に対
して高い障壁（＝０．８２ｅＶ）が形成されるととも
に、陽電極３０７の正孔に対しても高い障壁（＝０．５
５ｅＶ）が形成され、暗電流の低減が可能となる。
に、ミニバンドによる実質的なポテンシャル示す。この
ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子層は、第１の実施の
形態に示した組成変化による傾斜層１０４と同様にバン
ド不連続の緩和層として働く。陰電極３０６の電子に対
して、陰電極３０６とキャップ層３０５との障壁は０．
８２ｅＶである。また、通常の電子ビーム蒸着法あるい
は真空蒸着法を用いて室温で光吸収層３０３上にショッ
トキー接合を形成し、陽電極３０７を形成した場合に
は、陽電極３０７の正孔に対して０．５５ｅＶの障壁が
形成される。このため、第２の実施の形態の受光素子に
おいては、バイアス印加時で陰電極３０６側の電子に対
して高い障壁（＝０．８２ｅＶ）が形成されるととも
に、陽電極３０７の正孔に対しても高い障壁（＝０．５
５ｅＶ）が形成され、暗電流の低減が可能となる。
【００２４】光吸収層３０３内の光励起された正孔は、
キャップ層３０５と光吸収層３０３とのバンド不連続が
小さく、また超格子層３０４により不連続性が緩和され
ているため、光吸収層３０３−超格子層３０４界面に蓄
積されることなく陰電極３０６に引き抜かれる。また、
光吸収層３０３内の光励起された電子は、陽電極３０７
側に障壁が存在しないため、陽電極３０７に速やかに引
き抜かれることは言うまでもない。
キャップ層３０５と光吸収層３０３とのバンド不連続が
小さく、また超格子層３０４により不連続性が緩和され
ているため、光吸収層３０３−超格子層３０４界面に蓄
積されることなく陰電極３０６に引き抜かれる。また、
光吸収層３０３内の光励起された電子は、陽電極３０７
側に障壁が存在しないため、陽電極３０７に速やかに引
き抜かれることは言うまでもない。
【００２５】以上説明したように、この第２の実施の形
態の受光素子では、光吸収層３０３で光励起された電子
および正孔を蓄積させることなく陽電極３０７および陰
電極３０６に引き抜くことができる。また、光吸収層３
０３のキャリアー濃度を１０14〜１０15ｃｍ-3程度と非
常に小さくし、光吸収層の再結合中心密度を減少させて
いるため、この第２の実施の形態によれば、再結合中心
による発生電流による暗電流も低減できる。
態の受光素子では、光吸収層３０３で光励起された電子
および正孔を蓄積させることなく陽電極３０７および陰
電極３０６に引き抜くことができる。また、光吸収層３
０３のキャリアー濃度を１０14〜１０15ｃｍ-3程度と非
常に小さくし、光吸収層の再結合中心密度を減少させて
いるため、この第２の実施の形態によれば、再結合中心
による発生電流による暗電流も低減できる。
【００２６】以上のとおり第１および第２の実施の形態
では、キャップ層にＩｎＡｌＡｓを用い、バンド不連続
の緩和層としてＩｎ（ＧａxＡｌ1-x）Ａｓの傾斜層また
はＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓの超格子層を用いた例を
示した。しかし、ＩｎＧａＡｓ結晶にエピタキシャル成
長するその他の半導体、例えば、ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ
Ｐ等のワイドギャップ半導体を用いてもよい。その場合
においても、陰電極を傾斜層または超格子層を介して光
吸収層上に形成し、陽電極をＩｎＧａＡｓ層上に直接形
成する。
では、キャップ層にＩｎＡｌＡｓを用い、バンド不連続
の緩和層としてＩｎ（ＧａxＡｌ1-x）Ａｓの傾斜層また
はＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓの超格子層を用いた例を
示した。しかし、ＩｎＧａＡｓ結晶にエピタキシャル成
長するその他の半導体、例えば、ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ
Ｐ等のワイドギャップ半導体を用いてもよい。その場合
においても、陰電極を傾斜層または超格子層を介して光
吸収層上に形成し、陽電極をＩｎＧａＡｓ層上に直接形
成する。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、半絶縁
性の半導体基板上に設けられノンドープのＩｎＧａＡｓ
からなる光吸収層と、この光吸収層上に設けられこの光
吸収層よりもバンド幅の大きい化合物半導体層と、この
化合物半導体層上に設けられショットキー障壁を有する
陰電極と、上記光吸収層上に直接設けられショットキー
障壁を有する陽電極とを備えている。そして、上記陰電
極と上記陽電極とは、交互に配置されている。したがっ
て、陽電極と陰電極との問に電界を印加した状態で光吸
収層内に生成された電子および正孔は、それぞれ陽電極
および陰電極にすみやかに引き抜かれるため、本発明は
暗電流を抑制した上で受光効率および応答速度をより向
上させることができる。
性の半導体基板上に設けられノンドープのＩｎＧａＡｓ
からなる光吸収層と、この光吸収層上に設けられこの光
吸収層よりもバンド幅の大きい化合物半導体層と、この
化合物半導体層上に設けられショットキー障壁を有する
陰電極と、上記光吸収層上に直接設けられショットキー
障壁を有する陽電極とを備えている。そして、上記陰電
極と上記陽電極とは、交互に配置されている。したがっ
て、陽電極と陰電極との問に電界を印加した状態で光吸
収層内に生成された電子および正孔は、それぞれ陽電極
および陰電極にすみやかに引き抜かれるため、本発明は
暗電流を抑制した上で受光効率および応答速度をより向
上させることができる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【図２】 図１に係る受光素子のバンド状態を説明する
ための１次元モデルによるバンド図である。
ための１次元モデルによるバンド図である。
【図３】 本発明の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【図４】 図３に係る受光素子のバンド状態を説明する
ための１次元モデルによるバンド図である。
ための１次元モデルによるバンド図である。
【図５】 従来例を示す断面図である。
【図６】 図５に係る受光素子のバンド状態を説明する
ための１次元モデルによるバンド図である。
ための１次元モデルによるバンド図である。
１０１，３０１，５０１…基板 、１０２，３０２，５
０２…バッファ層、１０３，３０３，５０３…光吸収
層、１０４，５０４…傾斜層、３０４…超格子層、１０
５，３０５，５０５…キャップ層、１０６，３０６，５
０６…陰電極、１０７，３０７，５０７…陽電極。
０２…バッファ層、１０３，３０３，５０３…光吸収
層、１０４，５０４…傾斜層、３０４…超格子層、１０
５，３０５，５０５…キャップ層、１０６，３０６，５
０６…陰電極、１０７，３０７，５０７…陽電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 裕 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5F049 MA05 MB07 NA03 NA05 PA15 QA16 QA18 SE05 SE12 SS04
Claims (3)
- 【請求項１】 半絶縁性の半導体基板上に設けられノン
ドープのＩｎＧａＡｓからなる光吸収層と、 この光吸収層上に設けられこの光吸収層よりもバンド幅
の大きい化合物半導体層と、 この化合物半導体層上に設けられショットキー障壁を有
する陰電極と、 前記光吸収層上に直接設けられショットキー障壁を有す
る陽電極とを備え、 前記陰電極と前記陽電極とは、交互に配置されているこ
とを特徴とする金属−半導体−金属型受光素子。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記化合物半導体層は、前記光吸収層上のＩｎ（Ｇａx
Ａｌ1-x）Ａｓからなる傾斜層と、この傾斜層上に設け
られＩｎＡｌＡｓからなるキャップ層と、によって構成
され、 前記傾斜層は、その組成ｘが前記光吸収層側から前記キ
ャップ層側にかけて１から０に変化していることを特徴
とする金属−半導体−金属型受光素子。 - 【請求項３】 請求項１において、 前記化合物半導体層は、前記光吸収層上のＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓからなる超格子層と、この超格子層上に
設けられＩｎＡｌＡｓからなるキャップ層と、によって
構成され、 前記超格子層は、前記光吸収層側においてはＩｎＡｌＡ
ｓよりもＩｎＧａＡｓの割合が多くなるように形成さ
れ、かつ、前記キャップ層側においてはＩｎＧａＡｓよ
りもＩｎＡｌＡｓの割合が多くなるように形成されてい
ることを特徴とする金属−半導体−金属型受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11019659A JP2000223736A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 金属−半導体−金属型受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11019659A JP2000223736A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 金属−半導体−金属型受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000223736A true JP2000223736A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=12005387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11019659A Pending JP2000223736A (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 金属−半導体−金属型受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000223736A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006229156A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Ntt Electornics Corp | フォトダイオード |
| JP2007324563A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Emcore Corp | 多接合太陽電池における変成層 |
| KR100899513B1 (ko) * | 2002-08-26 | 2009-05-27 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | p형 ＧａＡｓ기판 ＺｎＳｅ계 pｉｎ 포토다이오드 및 p형 ＧａＡｓ기판 ＺｎＳｅ계 애벌란시포토다이오드 |
| JP2011204779A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 赤外線センサ |
| JP5437486B2 (ja) * | 2010-06-03 | 2014-03-12 | ｎｕｓｏｌａ株式会社 | 光電変換素子 |
| JP2016522578A (ja) * | 2013-05-31 | 2016-07-28 | タイコ エレクトロニクス スベンスカ ホールディングス アーベー | 高速光検出器 |
-
1999
- 1999-01-28 JP JP11019659A patent/JP2000223736A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100899513B1 (ko) * | 2002-08-26 | 2009-05-27 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | p형 ＧａＡｓ기판 ＺｎＳｅ계 pｉｎ 포토다이오드 및 p형 ＧａＡｓ기판 ＺｎＳｅ계 애벌란시포토다이오드 |
| JP2006229156A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Ntt Electornics Corp | フォトダイオード |
| JP2007324563A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Emcore Corp | 多接合太陽電池における変成層 |
| JP2011071548A (ja) * | 2006-06-02 | 2011-04-07 | Emcore Solar Power Inc | 多接合太陽電池における変成層 |
| US10026860B2 (en) | 2006-06-02 | 2018-07-17 | Solaero Technologies Corp. | Metamorphic layers in multijunction solar cells |
| US10553740B2 (en) | 2006-06-02 | 2020-02-04 | Solaero Technologies Corp. | Metamorphic layers in multijunction solar cells |
| JP2011204779A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 赤外線センサ |
| JP5437486B2 (ja) * | 2010-06-03 | 2014-03-12 | ｎｕｓｏｌａ株式会社 | 光電変換素子 |
| JP2016522578A (ja) * | 2013-05-31 | 2016-07-28 | タイコ エレクトロニクス スベンスカ ホールディングス アーベー | 高速光検出器 |
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