JPH0245981A - Ｍｓｍ型半導体受光素子 - Google Patents
Ｍｓｍ型半導体受光素子Info
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- JPH0245981A JPH0245981A JP63196837A JP19683788A JPH0245981A JP H0245981 A JPH0245981 A JP H0245981A JP 63196837 A JP63196837 A JP 63196837A JP 19683788 A JP19683788 A JP 19683788A JP H0245981 A JPH0245981 A JP H0245981A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/227—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a Schottky barrier
- H10F30/2275—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a Schottky barrier being a metal-semiconductor-metal [MSM] Schottky barrier
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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〕
この発明はＭ Ｓ Ｍ （Ｍｅｔａｌ−５ｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型半導体受光素子に関し、
特にＭＳＭ型半導体受光素子の不安定な光電流の増倍の
防止に関するものである。
ｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型半導体受光素子に関し、
特にＭＳＭ型半導体受光素子の不安定な光電流の増倍の
防止に関するものである。
第２図は例えば、アイ・イー・イー・イー エレクｌ−
ロン デバイス レターズ ＥＤＬ−２、Ｎｏ、 ５Ｐ
、Ｐ、１１２〜１１４ （ＩＥＥｔ！、Ｈｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ＬｅｔｔｅｒｓＶｏＬ、 ＥＤＬ
−２、Ｎｏ、５ Ｐ、Ｐ、 １１２〜１１４）に示さ
れた従来のＭＳＭ型ホトダイオードを示す断面図であり
、図において、１．２は相対するショットキ型電極、４
は半絶縁性ＧａＡｓ基板、３は半絶縁性ＧａＡＳ基板４
上に例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等によ
り成長させた光吸収層としてのアンドープＧａＡｓ層、
６は入射光である。
ロン デバイス レターズ ＥＤＬ−２、Ｎｏ、 ５Ｐ
、Ｐ、１１２〜１１４ （ＩＥＥｔ！、Ｈｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ＬｅｔｔｅｒｓＶｏＬ、 ＥＤＬ
−２、Ｎｏ、５ Ｐ、Ｐ、 １１２〜１１４）に示さ
れた従来のＭＳＭ型ホトダイオードを示す断面図であり
、図において、１．２は相対するショットキ型電極、４
は半絶縁性ＧａＡｓ基板、３は半絶縁性ＧａＡＳ基板４
上に例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等によ
り成長させた光吸収層としてのアンドープＧａＡｓ層、
６は入射光である。
次に動作について説明する。
まず、相対する電極１，２にバイアス電圧を印加する。
この時、ショットキ電極２は逆方向バイアス、他方のシ
ョットキ電極１は順方向バイアスとなる。従って、バイ
アス電圧を加えていくに従い空乏層が逆方向バイアスの
かかっている電極２から順方向バイアスのかかっている
電極１に伸びていく。高速応答を得るため、印加電圧は
十分大きく、電極１，２間が光吸収層３の表面付近で空
乏化するまでかける。この状態で表面から光が入射する
と、入射光６は光吸収Ｎ３で吸収され、電子・正孔対を
発生する。発生した電子・正孔対は印加された電界によ
り分離し、電子は電極２に、正孔は電極１に到達し、光
電流として外部に取り出される。この様に構成されたＭ
ＳＭ型光検出器は半絶縁性ＧａＡｓ基板４上に形成され
、且つ、両電橋１．２は共平面上にあるため、構造上電
子回路とのコンパチビリティが高（、また、高速応答、
低容量等の特徴を兼ね備えているので、ＯＥＩ Ｃ（Ｏ
ｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｃ１ｒｃｕｉｔ ）用の受光素子として大きな注目を集
めている。
ョットキ電極１は順方向バイアスとなる。従って、バイ
アス電圧を加えていくに従い空乏層が逆方向バイアスの
かかっている電極２から順方向バイアスのかかっている
電極１に伸びていく。高速応答を得るため、印加電圧は
十分大きく、電極１，２間が光吸収層３の表面付近で空
乏化するまでかける。この状態で表面から光が入射する
と、入射光６は光吸収Ｎ３で吸収され、電子・正孔対を
発生する。発生した電子・正孔対は印加された電界によ
り分離し、電子は電極２に、正孔は電極１に到達し、光
電流として外部に取り出される。この様に構成されたＭ
ＳＭ型光検出器は半絶縁性ＧａＡｓ基板４上に形成され
、且つ、両電橋１．２は共平面上にあるため、構造上電
子回路とのコンパチビリティが高（、また、高速応答、
低容量等の特徴を兼ね備えているので、ＯＥＩ Ｃ（Ｏ
ｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｃ１ｒｃｕｉｔ ）用の受光素子として大きな注目を集
めている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のＭＳＭ型半導体受光素子は以上のように構成され
ているが、光吸収層３が素子の最表面に露出しているた
め、以下のような問題点が生ずる。
ているが、光吸収層３が素子の最表面に露出しているた
め、以下のような問題点が生ずる。
第３図は受光素子の断面における電界の面内分布を示す
図である。図に示すように電界は電極１゜２の両端部で
集中しているため、発生したキャリアはこの雪掻１，２
０両端部に集中する。さらに電界自身もこの電極の両端
部で最も大きな値を持つことからこれらの相乗効果によ
り、キャリアによる電界の変化はこの電極１．２の両端
部で最も顕著に起きる。また、光吸収層３で発生したキ
ャリアは結晶中に存在するトラップに捕獲され、そのト
ラップをイオン化する。トラップの寿命は結晶の結晶性
や表面処理等により変化するが、およそ数ｍ／ｓｅｃあ
るいは数μ／ｓｅｃであり、これが入射する信号光の変
調速度と比較して十分に長い場合は、イオン化したトラ
ップは固定電荷となり電界の形を変化させ、キャリアの
輸送を変える。特に本素子のように光吸収層３が素子の
最表面に露出し、半導体表面の表面準位が多い場合には
表面にキャリアが多数トラップされてしまうため、この
現象がさらに加速される。
図である。図に示すように電界は電極１゜２の両端部で
集中しているため、発生したキャリアはこの雪掻１，２
０両端部に集中する。さらに電界自身もこの電極の両端
部で最も大きな値を持つことからこれらの相乗効果によ
り、キャリアによる電界の変化はこの電極１．２の両端
部で最も顕著に起きる。また、光吸収層３で発生したキ
ャリアは結晶中に存在するトラップに捕獲され、そのト
ラップをイオン化する。トラップの寿命は結晶の結晶性
や表面処理等により変化するが、およそ数ｍ／ｓｅｃあ
るいは数μ／ｓｅｃであり、これが入射する信号光の変
調速度と比較して十分に長い場合は、イオン化したトラ
ップは固定電荷となり電界の形を変化させ、キャリアの
輸送を変える。特に本素子のように光吸収層３が素子の
最表面に露出し、半導体表面の表面準位が多い場合には
表面にキャリアが多数トラップされてしまうため、この
現象がさらに加速される。
ここで、第４図（ｂ）に半導体表面付近における電気力
線に沿った電極間のバンド構造を示す。素子に光が入射
していない時は、伝導帯端８及び価電子帯端９は図に示
すポテンシャル位置にある。しかし、素子に光が入射し
、光吸収層１２でキャリアが発生すると、上述のように
発生したキャリアは光吸収層１２の表面近くのトラップ
により捕獲され、そのトラップをイオン化して固定電荷
となる。そのため、第４図（１））の点線８°、９°に
示すように伝導帯端及び価電子帯端のポテンシャル位置
は低下し、しかも光吸収Ｎ１２の最表面でのバンドのポ
テンシャル勾配は急になる。その結果、電子のトンネル
するバンド障壁幅が短くなり、トンネル電流の確率が増
加し、多数キャリアの注入効果を招く。この様な現象は
不安定な電流増幅作用を生じ、周波数応答の劣化を生ず
ることになる。
線に沿った電極間のバンド構造を示す。素子に光が入射
していない時は、伝導帯端８及び価電子帯端９は図に示
すポテンシャル位置にある。しかし、素子に光が入射し
、光吸収層１２でキャリアが発生すると、上述のように
発生したキャリアは光吸収層１２の表面近くのトラップ
により捕獲され、そのトラップをイオン化して固定電荷
となる。そのため、第４図（１））の点線８°、９°に
示すように伝導帯端及び価電子帯端のポテンシャル位置
は低下し、しかも光吸収Ｎ１２の最表面でのバンドのポ
テンシャル勾配は急になる。その結果、電子のトンネル
するバンド障壁幅が短くなり、トンネル電流の確率が増
加し、多数キャリアの注入効果を招く。この様な現象は
不安定な電流増幅作用を生じ、周波数応答の劣化を生ず
ることになる。
なお、第４図（ｂ）において、１０はフェルミレベル、
１１はショットキ型電極である。
１１はショットキ型電極である。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電橋１．２端部での電界の変調をなくし、周
波数応答の劣化を防止するＭＳＭ型半導体受光素子を提
供することを目的とする。
たもので、電橋１．２端部での電界の変調をなくし、周
波数応答の劣化を防止するＭＳＭ型半導体受光素子を提
供することを目的とする。
この発明に係るＭＳＭ型半導体受光素子は、光吸収層上
の電極間の、電極端よりも内側の領域を含む領域に、光
吸収層より禁制帯幅の広い入射光に対して透明な層を設
けるようにしたものである。
の電極間の、電極端よりも内側の領域を含む領域に、光
吸収層より禁制帯幅の広い入射光に対して透明な層を設
けるようにしたものである。
この発明におけるＭＳＭ型半導体受光素子では、光吸収
層上の電極間の、電極端よりも内側の領域を含む領域に
、光吸収層より禁制帯幅の広い層を設けるようにしたの
で、光吸収層で発生したキャリアは電界の集中する電極
端部を通らず、電極の中央部より電極に到達することに
なる。
層上の電極間の、電極端よりも内側の領域を含む領域に
、光吸収層より禁制帯幅の広い層を設けるようにしたの
で、光吸収層で発生したキャリアは電界の集中する電極
端部を通らず、電極の中央部より電極に到達することに
なる。
以下、本発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例によるＭＳＭ型半導体受光素
子の断面図であり、図において、１．２はＡＩ、ＷＳｉ
からなる相対するショットキ性電極、３はアンドープＧ
ａＡｓからなる光吸収層、４は半絶縁性ＧａＡｓ基板、
５は本発明により新たに設けた光吸収Ｉ′Ｉ３よりも禁
制帯幅が広いアンドープＡ！！ＧａＡｓ層である。この
ＭＳＭ型半導体受光素子は、半絶縁性ＧａＡｓ基板４上
にＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、あるいはＬＰＥ法等により
アンドープＧａＡｓ層３を形成し、続し１て同様の方法
でアンドープＡ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ 層５を形成し・
次に一ウェットエツチング等によりアンドープＡＩＧ
ａ Ａ ｓ ［１５のパターンニングを行い、スパッタ
あるいは蒸着によりショットキ型電極１，２を堆積して
形成したものである。
子の断面図であり、図において、１．２はＡＩ、ＷＳｉ
からなる相対するショットキ性電極、３はアンドープＧ
ａＡｓからなる光吸収層、４は半絶縁性ＧａＡｓ基板、
５は本発明により新たに設けた光吸収Ｉ′Ｉ３よりも禁
制帯幅が広いアンドープＡ！！ＧａＡｓ層である。この
ＭＳＭ型半導体受光素子は、半絶縁性ＧａＡｓ基板４上
にＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、あるいはＬＰＥ法等により
アンドープＧａＡｓ層３を形成し、続し１て同様の方法
でアンドープＡ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ 層５を形成し・
次に一ウェットエツチング等によりアンドープＡＩＧ
ａ Ａ ｓ ［１５のパターンニングを行い、スパッタ
あるいは蒸着によりショットキ型電極１，２を堆積して
形成したものである。
また、第４図（ａ）は本発明の素子の表面付近における
電気力線に沿った電極間のバンド構造を示した図であり
、図において、第４図（ｂ）と同一符号は同一部分を示
し、１３はアンドープＡ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ層である
。
電気力線に沿った電極間のバンド構造を示した図であり
、図において、第４図（ｂ）と同一符号は同一部分を示
し、１３はアンドープＡ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ層である
。
次に動作について説明する。
本実施例のＭＳＭ型半導体受光素子に入射した信号光６
は７１．ｊｉＧａＡｓ層５を透過し、光吸収層であるア
ンドープＧａＡｓ層３で吸収され、電子・正孔対を発生
する。発生したキャリアは電界に沿って電極１．２に向
かって走行する。しかし、第４図（１１）に示すように
、ＡｌＧａＡｓ層５はＧａＡＳ層３よりも禁制帯幅が広
いので、Ｇ ａ Ａ’ ｓ層３とＡｌＧａＡｓ層５との
界面にバンド障壁が形成され、このためキャリアはその
走行が妨げられ、それ以上表面側へは進むことができな
い。即ち、発生したキャリアはＡ １２ Ｇ ａ Ａ
ｓ Ｎ ５に沿って進み、電極１．２の中央部から電極
１．２に到達することになる。また、ＡｌＧａＡｓ層５
には光励起キャリアが注入されることがないため、ここ
でのバンド歪みは生じない。つまり、今問題にしている
電極１．２の端部は、ＡｌＧａＡｓ層５を介して光吸収
層３の表面に接触しているため、キャリアのトラップが
なくバンド歪みも生じない。その結果、従来の構造でみ
られた光電流の増倍はなくなり、安定な光応答を得るこ
とができる。
は７１．ｊｉＧａＡｓ層５を透過し、光吸収層であるア
ンドープＧａＡｓ層３で吸収され、電子・正孔対を発生
する。発生したキャリアは電界に沿って電極１．２に向
かって走行する。しかし、第４図（１１）に示すように
、ＡｌＧａＡｓ層５はＧａＡＳ層３よりも禁制帯幅が広
いので、Ｇ ａ Ａ’ ｓ層３とＡｌＧａＡｓ層５との
界面にバンド障壁が形成され、このためキャリアはその
走行が妨げられ、それ以上表面側へは進むことができな
い。即ち、発生したキャリアはＡ １２ Ｇ ａ Ａ
ｓ Ｎ ５に沿って進み、電極１．２の中央部から電極
１．２に到達することになる。また、ＡｌＧａＡｓ層５
には光励起キャリアが注入されることがないため、ここ
でのバンド歪みは生じない。つまり、今問題にしている
電極１．２の端部は、ＡｌＧａＡｓ層５を介して光吸収
層３の表面に接触しているため、キャリアのトラップが
なくバンド歪みも生じない。その結果、従来の構造でみ
られた光電流の増倍はなくなり、安定な光応答を得るこ
とができる。
なお、上記実施例では光吸収層３としてＧａＡ３を用い
た場合について説明したが、これはＩｎＧａＡｓ、Ａｊ
！ＧａＳｂ、ＨｇＣｄＴｅ、及びＳｉ等の他の半導体材
料を用いてもよく、この場合においても上記実施例と同
様の効果を奏する。
た場合について説明したが、これはＩｎＧａＡｓ、Ａｊ
！ＧａＳｂ、ＨｇＣｄＴｅ、及びＳｉ等の他の半導体材
料を用いてもよく、この場合においても上記実施例と同
様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、光吸収層上の電極間の
、電極端よりも内側の領域を含む領域に、光吸収層より
禁制帯幅の広い入射光に対して透明な層を設けるように
したので、光キャリアは電極両端部を通過せずに電極の
中央部より電極に到達することになり、電極端部で電界
の変調による電子のトンネル現象を防止することができ
、安定な光応答を得ることができる。
、電極端よりも内側の領域を含む領域に、光吸収層より
禁制帯幅の広い入射光に対して透明な層を設けるように
したので、光キャリアは電極両端部を通過せずに電極の
中央部より電極に到達することになり、電極端部で電界
の変調による電子のトンネル現象を防止することができ
、安定な光応答を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例によるＭＳＭ型半導体受光素
子の断面図、第２図は従来のＭＳＭ型半導体受光素子の
断面図、第３図は従来のＭＳＭ型半導体受光素子の電気
力線の分布図、第４図（ａｌは本発明のＭＳＭ型半導体
受光素子の半導体表面付近の電気力線に沿ったバンド構
造図、第４図（ｂ）は従来のＭＳＭ型半導体受光素子の
半導体表面付近の電気力線に沿ったバンド構造図である
。 １．２は相対するショットキ型電極、３はアンドープＧ
ａＡｓ層、４は半絶縁性ＧａＡｓ層、５はアンドープＡ
ｌＧａＡｓ層、６は入射光、７は電気力線、８は伝導帯
端、９は価電子帯端、１０はフェルミレベル、１１はシ
ョットキ型電極、１２はアンドープＧａＡｓ層、１３は
アンドープＡｌＧａＡｓ層である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
子の断面図、第２図は従来のＭＳＭ型半導体受光素子の
断面図、第３図は従来のＭＳＭ型半導体受光素子の電気
力線の分布図、第４図（ａｌは本発明のＭＳＭ型半導体
受光素子の半導体表面付近の電気力線に沿ったバンド構
造図、第４図（ｂ）は従来のＭＳＭ型半導体受光素子の
半導体表面付近の電気力線に沿ったバンド構造図である
。 １．２は相対するショットキ型電極、３はアンドープＧ
ａＡｓ層、４は半絶縁性ＧａＡｓ層、５はアンドープＡ
ｌＧａＡｓ層、６は入射光、７は電気力線、８は伝導帯
端、９は価電子帯端、１０はフェルミレベル、１１はシ
ョットキ型電極、１２はアンドープＧａＡｓ層、１３は
アンドープＡｌＧａＡｓ層である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）半絶縁性基板と、 該基板上に形成されたアンドープまたは半絶縁性からな
る第１の半導体層と、 該第１の半導体層上に形成された相対するショットキ型
電極とを備えたＭＳＭ型半導体受光素子において、 上記第１の半導体層上の上記電極間の、該電極端よりも
内側の領域を含む領域に、上記第１の半導体層よりも禁
制帯幅が広いアンドープまたは半絶縁性から成る第２の
半導体層を設けたことを特徴とするＭＳＭ型半導体受光
素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63196837A JP2527791B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | Ｍｓｍ型半導体受光素子 |
| US07/383,618 US4999695A (en) | 1988-08-05 | 1989-07-24 | MSM type semiconductor light responsive element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63196837A JP2527791B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | Ｍｓｍ型半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0245981A true JPH0245981A (ja) | 1990-02-15 |
| JP2527791B2 JP2527791B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=16364490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63196837A Expired - Lifetime JP2527791B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | Ｍｓｍ型半導体受光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4999695A (ja) |
| JP (1) | JP2527791B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0480974A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-13 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体受光素子 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5451769A (en) * | 1994-01-05 | 1995-09-19 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Circular electrode geometry metal-semiconductor-metal photodetectors |
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| JPS6319881A (ja) * | 1986-07-08 | 1988-01-27 | インタ−ナショナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−ション | 半導体光検出器 |
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| US4387387A (en) * | 1979-08-13 | 1983-06-07 | Shunpei Yamazaki | PN Or PIN junction type semiconductor photoelectric conversion device |
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| GB2172742B (en) * | 1985-03-21 | 1988-08-24 | Stc Plc | Photoconductor |
| JPS61255074A (ja) * | 1985-05-08 | 1986-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 光電変換半導体装置 |
| JPH0624251B2 (ja) * | 1986-01-08 | 1994-03-30 | 富士通株式会社 | 光半導体装置 |
| JPS62293786A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-21 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
-
1988
- 1988-08-05 JP JP63196837A patent/JP2527791B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-07-24 US US07/383,618 patent/US4999695A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0480974A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-13 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体受光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4999695A (en) | 1991-03-12 |
| JP2527791B2 (ja) | 1996-08-28 |
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