JPH0274079A - フォトダイオード - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は長波長帯に有効なフォトダイオードに関する。

［従来の技術］ 従来、長波長帯での光検出器としては、工ｎＡｓなど狭
いバンドギャップを有する半導体材料を用いたＰ−Ｎ接
合型フォトダイオードや、ＰｂＳ光ていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来用いられていた工ｎＡθなどのＰ−
Ｎ接合型フォトダイオードでは高価な材料を用いる必要
があることや、また波長２μｍ以上では使えないことな
どの問題点がある。

また、光導電素子は光信号を得るためにバイアス電圧を
必要とするため、光信号がないときにも光電流が検出さ
れてしまう、いわゆる暗電流が流れるため、微少光の検
出には向かない。

また、カロリーメータは極めて細い熱電対の集合体であ
るため、機械的強度が弱（、また熱量測定のため光入力
に対し信号出力が数１ｏ、ｏｍｓ遅れるため、高速測定
は不可能である。

そこで、本発明は従来のこのような問題点を解決し、長
波帯でも有効で１．零バイアスで動作し、かつ機械的に
も強い光検出素子を得ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するため、本発明のフォトダイオード
はＰＭ接合もしくはＰＩＮ接合を有するフォトダイオー
ドにおいて、前記接合部の空乏層領域に禁制奇生に不純
物準位を形成したことを特徴とする。

〔実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する第１図は
本発明のフォトダイオードの断面図である。　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　〆第１図において、
リンをドーパントとして用いたＮ　−Ｓ　ｉ基板１０４
にホウ素をイオン打込法によりドーピングしたＰ領域１
０３を形成した後、Ａｕ拡散領域１０６を熱拡散法で形
成した後、湿式熱酸化法により５１０２保護＠１０２を
形成した後、引出し′直接１０１，１０５を形成したも
のである。

ＡｕはＳ１禁制帯中に深い不純物準位（０，５５ｅｖと
（Ｌ５４ｅＶ）を形成するため、不純物準位に関与した
光吸収が起き、この２つの準位に対応した波長に対して
感度を有するようになる。

そのため、分光感度特性は第２図に示すように双峰性の
広い波長感度域を持ち、長波長域においても有効な検出
装置となった。

また、絶対感度特性では、通常のカロリーメータ型熱電
対光蓋計に比べ、波長２．１μ７７！において約１００
０倍の感度を持ち、カロリーメータ型熱電対光量計を用
いるＩｉＫは必要不可欠とされていた超精密級の電子回
路は不要となり、汎用オペアンプ１つで十分使用できる
。

また、光入力に対する応答時間は零バイアス時において
２０μｓ以内であり、長波長域の光検出禦子としてはき
わめて高速動作を行なっている。

また、特に高速動作（く５μｓ）を必ヅとする際には逆
バイアス電圧をかけて用いることが有効な手段となるの
で第１図に示したフォトダイオードを第３図に示すよう
な測定系により測定した。

第３図でオペアンプ５０５の反転入力端子は仮想接地と
なるため、フォトダイオード３０５にはＩＣＩＶの逆バ
イアスが印加されている。また、帰１イ抵抗３０４はＩ
ＫΩを用いた。

また、光源としては半導体レーザ５０２を用い、駆動回
路５０１によりパルス駆動をした。この駆動回路３０１
のパルス立上り時間は１０％−９０％において５ｎ３以
下である。

このような回路系によりフォトダイオード３０３の立上
り時間を調べると１０％−９０％の立上り時間で４．５
μｓであった。

このように１逆バイアスをかけて用いる場合にはＰＮ接
合からの生成−再結合電流が流れるため、低温で動作さ
せるほうが望ましいが、レーザ光のように強い光を取シ
扱う場合には特に必要なわけではない。

以上、本実施例ではＳｌを用いたＰＭ接合型のフォトダ
イオードについて説明したがもちろんこれはＧａＡｓや
工ｎＰやＺｎ５ｅや０ｄＴａなどの化合物半導体及びそ
の混晶及び超格子及び混晶を交えた超格子を用いてもよ
（・。もちろんＧｅや５ｉＧｅのような■族の物質を化
合物半導体と共に用いてもよい。

また、ドーパントも金に限らず、ＯｒやＦｅやｓｂやＰ
やＡ日やＭｌやＡｇやＬｌやＯｕなどの金属及び半金属
を用いてももちろんよく、所望の分光感度に応じたもの
を選べばよい。

また、構造もプレーナ型のＰＮ接合に限らず、ＰＩＮ接
合やヘテロ接合を用いてももちろんよいまた、ドーパン
トを単一種類に限定することはなく、数種類のものを同
時に用いてもよい。

また、フォトダイオード使用時は通常の場合室温で十分
動作するが、波長５μｍ以上の長波長帯で超低入力光強
度のときには、冷却することにより低雑音化して用いる
ほうがよい。

［発明の効果］ 本発明のフォトダイオードは以下に示すような効果を有
する。

（ＩＪ　　深い準位をドーピングした半導体を用いるた
め、少々の不純物には影響を麦げないため、結晶として
低品位の材質でも使用できるうえ製造プロセス上で少々
゛の歪みが入っても特性がほとんど変化しないため、安
定した特性を得ることができる（１１）光起電力を発生
する素子のため、零バイアス動作時には暗電流は０であ
り、光導電素子のように暗電流が温度変化により変動す
ることがな（、また素子の経時変化に対しても暗電流が
生じないため、微少光量の検出が行なえる。

（１ｕ）　　カロリーメータ型熱電対光量計に比べ、感
度が１０００倍程度高いため、信号出力の電気的処理が
容易となる。

また、機械的にもきわめて強固であり、振動などにより
破損することがない。

しかも、きわめて小型化することができ、微少面積の光
も高精度に検出できる。

（１■）光入力に対する電気的応答速度が零バイアスで
１０μｓ程度ときわめて速く、高速を必要とする分野（
レーザ光の光出力制御など）にも応用できる。

Ｍ　　ドーピング材料を変えることにより、分光感度特
性を大きく変えることができ、半導体材料の制約から来
る長波長側限界を超えた動作領域が利用でき、光ＩＣな
どの設計に有効である。

また、Ｓｌを用いて５μｍ程度の波長域で使用できる光
デイテクタが容易に作れ、また少々感度が低下してもよ
い場合には＠１０μｍまでの波長域の光検出器が得られ
るため、特殊な材料を用いなくても安価なシリコンで長
波長検出器を構成できる。

（ｖｌｌ　　Ｐ工１Ｊ構造とし、逆バイアスを印加する
ことにより光入力に対する電気的応答速度は２ｆＬＳ程
度にまで向上し、超高速応答を要する情報分野にも応用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための光検出素子の断
面図。 第２図は本発明の詳細な説明するための分光感度特性図
。 第３図は本発明の詳細な説明するための測定系の回路図
。 １０１・・・・・・・・・引出し電極 １０２・・・・・・・・・ＳｉＯ□保護膜１０３・・・
・・・・・・Ｐ領域 １０４・・・、・・・・・・Ｎ−Ｓｉ基板１０５・・・
・・・・・・引出し電極 １０６・・・・・・・・・Ａｕ拡散領域６０１・・・・
・・・・・駆動回路 ３０２・・・・・・・・・半導体レーザ３０３・・・・
・・・・・フォトダイオード３０４・・・・・・・・・
帰還抵抗 ３０５・・・・・・・・・オペアンプ 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　上柳雅誉（他１名） トダ 】、Ｏ ユ、ケ ３．０ ３、＃Ｆ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＰＮ接合もしくはＰＩＮ接合を有するフォトダイオード
   において、前記接合部の空乏層領域禁制帯中に不純物準
   位を形成したことを特徴とするフォトダイオード。