JPH0371794B2 - - Google Patents
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- JPH0371794B2 JPH0371794B2 JP57066188A JP6618882A JPH0371794B2 JP H0371794 B2 JPH0371794 B2 JP H0371794B2 JP 57066188 A JP57066188 A JP 57066188A JP 6618882 A JP6618882 A JP 6618882A JP H0371794 B2 JPH0371794 B2 JP H0371794B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- element according
- epitaxial layer
- substrate
- sensing element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H10F30/10—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices being sensitive to infrared radiation, visible or ultraviolet radiation, and having no potential barriers, e.g. photoresistors
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/20—Electrodes
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は高速度光電変換素子に係り、特には
伝送ラインと一体となつた、非ブロツキング
（not−blocking）コンタクトを形成する合せ櫛形
構造（interdigital）の金属電極を含む高速度光
検出素子に関する。
伝送ラインと一体となつた、非ブロツキング
（not−blocking）コンタクトを形成する合せ櫛形
構造（interdigital）の金属電極を含む高速度光
検出素子に関する。
通常の光電変換素子の利得は、一方のキヤリヤ
の走行時間と、他方のキヤリヤの再結合時間との
差に基いている。これは素子の動作速度を犠性に
している。高速度で光を検出するために二端子型
光電変換素子を用いることがVol.ED−26、IEEE
Transactions on Electron Devices、pp1855〜
1859（1979）およびIEDM Technical Digest、
pp634〜637（1979）に記載されている。しかしな
がら、これら素子はブロツキングコンタクトを利
用しており、再結合時間で制限されている。
の走行時間と、他方のキヤリヤの再結合時間との
差に基いている。これは素子の動作速度を犠性に
している。高速度で光を検出するために二端子型
光電変換素子を用いることがVol.ED−26、IEEE
Transactions on Electron Devices、pp1855〜
1859（1979）およびIEDM Technical Digest、
pp634〜637（1979）に記載されている。しかしな
がら、これら素子はブロツキングコンタクトを利
用しており、再結合時間で制限されている。
この発明の高速度光電性検出素子は、
(a) ホールおよび電子をそれらの飽和レベルの速
度で発生させるに充分に高い電界に耐えかつ入
射光のエネルギーよりも小さなバンドギヤツプ
を有する半導体材料で形成された領域、 (b) 該領域と非ブロツキングコンタクトを構成す
るように該領域上に形成された合せ櫛形構造の
一対の金属電極であつて各櫛歯が約5μｍ以下
の距離をもつて離間しているもの、および (c) 該各電極を伝送ラインに接続する手段 からなる。
度で発生させるに充分に高い電界に耐えかつ入
射光のエネルギーよりも小さなバンドギヤツプ
を有する半導体材料で形成された領域、 (b) 該領域と非ブロツキングコンタクトを構成す
るように該領域上に形成された合せ櫛形構造の
一対の金属電極であつて各櫛歯が約5μｍ以下
の距離をもつて離間しているもの、および (c) 該各電極を伝送ラインに接続する手段 からなる。
この素子において、電流は光照射の下でフオト
キヤリヤの発生によつて誘起される。また、上記
合せ櫛形構造によつて素子の断面が大きくなり、
キヤリヤ走行距離を小さくすることが可能とな
る。さらに、非ブロツキングコンタクトを用いて
いるので素子を高速度（約50ピコ秒以下）で動作
させることが可能であり、一方キヤリヤの走行距
離が小さいので走行時間が短かくなり、こうして
高効率が達成される。さらにまた、伝送ラインが
一体に形成されているのでボンデイングワイヤを
用いる必要がない。
キヤリヤの発生によつて誘起される。また、上記
合せ櫛形構造によつて素子の断面が大きくなり、
キヤリヤ走行距離を小さくすることが可能とな
る。さらに、非ブロツキングコンタクトを用いて
いるので素子を高速度（約50ピコ秒以下）で動作
させることが可能であり、一方キヤリヤの走行距
離が小さいので走行時間が短かくなり、こうして
高効率が達成される。さらにまた、伝送ラインが
一体に形成されているのでボンデイングワイヤを
用いる必要がない。
高速度の光検出を達成するためには、キヤリヤ
の走行時間と回路上の寄生容量とを考慮しなけれ
ばならない。この発明では、高速度および高感度
で光検出するための二端子型光電変換素子が提供
される。この素子は感光性の障壁もしくは半導体
材料によつて分離された２つの金属電極を含んで
いる。この素子の形状は、(1)比較的大きな活性領
域があり、(2)両電極は、入射光によつて発生した
フオトキヤリヤが迅速に掃き出されるように互い
に近隣して配置され、および(3)回路上の寄生容量
の効果が最小限となるようなものである。また、
電極材料と半導体材料とは、(1)最高のフオトキヤ
リヤ速度を得るために高いバイアス電界を使用で
き、(2)変則的な低い周波数応答特性を防止するた
めに基板表面および金属／半導体界面におけるト
ラツピング効果が排除され、および(3)高い内部捕
捉効率を達成するために、フオトキヤリヤ走行時
間が再結合時間より短かくなるように選ばれる。
の走行時間と回路上の寄生容量とを考慮しなけれ
ばならない。この発明では、高速度および高感度
で光検出するための二端子型光電変換素子が提供
される。この素子は感光性の障壁もしくは半導体
材料によつて分離された２つの金属電極を含んで
いる。この素子の形状は、(1)比較的大きな活性領
域があり、(2)両電極は、入射光によつて発生した
フオトキヤリヤが迅速に掃き出されるように互い
に近隣して配置され、および(3)回路上の寄生容量
の効果が最小限となるようなものである。また、
電極材料と半導体材料とは、(1)最高のフオトキヤ
リヤ速度を得るために高いバイアス電界を使用で
き、(2)変則的な低い周波数応答特性を防止するた
めに基板表面および金属／半導体界面におけるト
ラツピング効果が排除され、および(3)高い内部捕
捉効率を達成するために、フオトキヤリヤ走行時
間が再結合時間より短かくなるように選ばれる。
第１図および第２図についてこの発明を詳細に
述べると、この発明の素子は発生したホールおよ
び電子をそれらの飽和レベルの速度で走行させる
のに充分に高い電界に耐え、かつ入射光のエネル
ギーよりも小さいバンドギヤツプを有する半導体
材料で形成された領域１０いわゆる活性領域を備
えている。例えば1.1eVのバンドギヤツプを有す
るシリコンを用いた素子は1.1μm以下の波長の光
に応答し、一方、1.4eVのバンドギヤツプを有す
るGaAsを用いた素子は0.88μm以下の光に応答す
る。この半導体材料は基板１２を形成していても
よく、バイアスを印加すると該基板内に活性領域
１０が形成される。あるいは、好ましくは、第２
図に示すように、(a)基板を分離しかつ(b)入射光を
吸収するに充分な厚さに基板の一主面上に成長さ
れたエピタキシヤル層１４の部分内に活性領域が
形成される。この場合も、活性領域１０はバイア
スの印加により発生する。エピタキシヤル層は基
板材料がトラツピング効果を示す場合に用いると
よい。キヤリヤがトラツプされると素子の動作速
度が低下するので、これを避けなければならない
からである。
述べると、この発明の素子は発生したホールおよ
び電子をそれらの飽和レベルの速度で走行させる
のに充分に高い電界に耐え、かつ入射光のエネル
ギーよりも小さいバンドギヤツプを有する半導体
材料で形成された領域１０いわゆる活性領域を備
えている。例えば1.1eVのバンドギヤツプを有す
るシリコンを用いた素子は1.1μm以下の波長の光
に応答し、一方、1.4eVのバンドギヤツプを有す
るGaAsを用いた素子は0.88μm以下の光に応答す
る。この半導体材料は基板１２を形成していても
よく、バイアスを印加すると該基板内に活性領域
１０が形成される。あるいは、好ましくは、第２
図に示すように、(a)基板を分離しかつ(b)入射光を
吸収するに充分な厚さに基板の一主面上に成長さ
れたエピタキシヤル層１４の部分内に活性領域が
形成される。この場合も、活性領域１０はバイア
スの印加により発生する。エピタキシヤル層は基
板材料がトラツピング効果を示す場合に用いると
よい。キヤリヤがトラツプされると素子の動作速
度が低下するので、これを避けなければならない
からである。
光検出素子の基板１２は好ましくはシリコン、
ゲルマニウム、−族化合物（例えばGaAsま
たはInP）または−族化合物（例えば、
PbTe）で形成された半絶縁性基板である。この
ような半絶縁性基板は、Ｐ、ＩおよびＮ層の間に
キヤリヤの横方向の流れを提供する。このことは
縦方向のキヤリヤの流れが得られるところの導電
性基板上に形成された通常のPIN検出素子とは対
照的である。キヤリヤの横方向の流れは同一表面
上の電極をよぎつて高い電界を生じさせることに
よつてのみ得られる。
ゲルマニウム、−族化合物（例えばGaAsま
たはInP）または−族化合物（例えば、
PbTe）で形成された半絶縁性基板である。この
ような半絶縁性基板は、Ｐ、ＩおよびＮ層の間に
キヤリヤの横方向の流れを提供する。このことは
縦方向のキヤリヤの流れが得られるところの導電
性基板上に形成された通常のPIN検出素子とは対
照的である。キヤリヤの横方向の流れは同一表面
上の電極をよぎつて高い電界を生じさせることに
よつてのみ得られる。
エピタキシヤル層１４は、これを用いた場合に
は、好ましくは、上記した種類の非ドープ（ある
いは非意図的にドープされた）半導体材料からな
る。例えば、約1015／cm3のキヤリヤ濃度を有する
非ドープGaAsが有利に用いられる。上記の材料
で形成された半絶縁性基板をエピタキシヤル層と
ともに用いることが望ましい。例えば、GaAs半
絶縁性基板（例えばCrドープ）を非意図的にド
ープされたｎ型GaAsエピタキシヤル層を支持す
るために用いることができる。あるいは、InP半
絶縁性基板を非意図的にドープされたｎ形
GaInAsエピタキシヤル層を支持するために用い
ることができる。
は、好ましくは、上記した種類の非ドープ（ある
いは非意図的にドープされた）半導体材料からな
る。例えば、約1015／cm3のキヤリヤ濃度を有する
非ドープGaAsが有利に用いられる。上記の材料
で形成された半絶縁性基板をエピタキシヤル層と
ともに用いることが望ましい。例えば、GaAs半
絶縁性基板（例えばCrドープ）を非意図的にド
ープされたｎ型GaAsエピタキシヤル層を支持す
るために用いることができる。あるいは、InP半
絶縁性基板を非意図的にドープされたｎ形
GaInAsエピタキシヤル層を支持するために用い
ることができる。
基板（単独で用いられた場合であれ、エピタキ
シヤル層とともに用いられた場合であれ）の厚さ
は適当な機械的支持を提供するようなものであ
る。基板の厚さについてはさらに以後詳述する。
シヤル層とともに用いられた場合であれ）の厚さ
は適当な機械的支持を提供するようなものであ
る。基板の厚さについてはさらに以後詳述する。
エピタキシヤル層１４の厚さは、フオトキヤリ
ヤの発生が、バルク材料を含有する基板１２中で
はなく、エピタキシヤル層１４の活性領域１０中
で生じるように、充分に厚くなければならない。
したがつて、少なくとも約1μmの厚さが要求され
る。好ましくは、その厚さは約３ないし5μmであ
る。エピタキシヤル層が素子性能を維持するため
に充分に高い抵抗好ましくは約10000Ω−cmを有
するならばこれをより厚くしてもかまわない。
ヤの発生が、バルク材料を含有する基板１２中で
はなく、エピタキシヤル層１４の活性領域１０中
で生じるように、充分に厚くなければならない。
したがつて、少なくとも約1μmの厚さが要求され
る。好ましくは、その厚さは約３ないし5μmであ
る。エピタキシヤル層が素子性能を維持するため
に充分に高い抵抗好ましくは約10000Ω−cmを有
するならばこれをより厚くしてもかまわない。
最高の動作速度を達成するためには、素子を飽
和レベルの速度で動作させることが必要である。
−族化合物においては、電子の速度は電界に
よつて急激に飽和レベルに達し、一方、ホールの
速度は比較的遅く飽和レベルに達する。したがつ
て、素子はホールの速度を飽和レベルに達せさせ
るのに充分に高い電界で動作させなければならな
い。GaAsでは、30ないし100kV／cmのオーダー
の電界が必要となる。すなわち、活性領域１０が
形成される材料は素子の高速度性を実現するため
に、破壊することなく高い電界に耐え得るもので
なければならない。また、活性領域が形成される
材料は、入射光の実質的に全てを吸収するため
に、入射光のエネルギーよりも小さいバンドギヤ
ツプを持つことが必要である。室温における電子
の易動度が約3000cm2／Ｖ−秒（−族化合物の
場合）以上である材料を用いることによつて高品
質の材料が確保できる。
和レベルの速度で動作させることが必要である。
−族化合物においては、電子の速度は電界に
よつて急激に飽和レベルに達し、一方、ホールの
速度は比較的遅く飽和レベルに達する。したがつ
て、素子はホールの速度を飽和レベルに達せさせ
るのに充分に高い電界で動作させなければならな
い。GaAsでは、30ないし100kV／cmのオーダー
の電界が必要となる。すなわち、活性領域１０が
形成される材料は素子の高速度性を実現するため
に、破壊することなく高い電界に耐え得るもので
なければならない。また、活性領域が形成される
材料は、入射光の実質的に全てを吸収するため
に、入射光のエネルギーよりも小さいバンドギヤ
ツプを持つことが必要である。室温における電子
の易動度が約3000cm2／Ｖ−秒（−族化合物の
場合）以上である材料を用いることによつて高品
質の材料が確保できる。
この発明の素子は半導体材料で形成された上記
領域上に形成された合せ櫛形構造の一対の金属電
極１６，１８を有する。走行時間のみが制限要素
となるような構造を提供するために、活性領域と
非ブロツキングコンタクトを形成する金属電極の
みが用いられる。この発明の素子に有利に用いら
れる金属電極の例を挙げると、アルミニウムおよ
び金である。
領域上に形成された合せ櫛形構造の一対の金属電
極１６，１８を有する。走行時間のみが制限要素
となるような構造を提供するために、活性領域と
非ブロツキングコンタクトを形成する金属電極の
みが用いられる。この発明の素子に有利に用いら
れる金属電極の例を挙げると、アルミニウムおよ
び金である。
櫛歯間の距離は約5μmを越えてはならない。こ
れによつて、素子の立ち上がり時間（走行時間）
約50ピコ秒およびアナログ周波数特性約６ないし
8GHzが達成される。経済的に作製できる程度ま
でより短かい電極櫛歯間隔で用いてより短かい立
ち上がり時間およびより高いアナログ周波数応答
特性が得られる。
れによつて、素子の立ち上がり時間（走行時間）
約50ピコ秒およびアナログ周波数特性約６ないし
8GHzが達成される。経済的に作製できる程度ま
でより短かい電極櫛歯間隔で用いてより短かい立
ち上がり時間およびより高いアナログ周波数応答
特性が得られる。
高い捕捉効率を得るために、光学的透過の深さ
１／ａ（ここで、ａは活性領域の吸収係数）は電
極間隔よりも小さくなければならない。このこと
によつて電極間隔はさらに制限を受ける。
１／ａ（ここで、ａは活性領域の吸収係数）は電
極間隔よりも小さくなければならない。このこと
によつて電極間隔はさらに制限を受ける。
電極の厚さは直列抵抗値を最小限に抑えるため
に充分に厚くなければならない。したがつて約
2000Åに厚さが充分である。コンタクトを形成す
るためにはよく知られたフオトレジストリフト−
オフ法を用いると都合がよい。したがつて、コン
タクトはこの方法に問題を生じさせる程厚くあつ
てはならない。好適な最大厚さは約5000Åであ
る。
に充分に厚くなければならない。したがつて約
2000Åに厚さが充分である。コンタクトを形成す
るためにはよく知られたフオトレジストリフト−
オフ法を用いると都合がよい。したがつて、コン
タクトはこの方法に問題を生じさせる程厚くあつ
てはならない。好適な最大厚さは約5000Åであ
る。
合せ櫛形構造の電極の面積はRC時定数を制御
する。したがつて、電極間距離を減少させるため
には、櫛歯間の容量果のために該面積をそれに応
じて減少させなければならない。
する。したがつて、電極間距離を減少させるため
には、櫛歯間の容量果のために該面積をそれに応
じて減少させなければならない。
電極は素子の活性領域に影を落すので、高い光
捕捉効率を得るためには櫛歯の幅はできるだけ狭
くすべきである。
捕捉効率を得るためには櫛歯の幅はできるだけ狭
くすべきである。
電極は、キヤリヤのトラツプを防止するために
活性領域と非ブロツキングコンタクトを形成しな
ければならない。その結果、高速度動作が得られ
る。例えば、ブロツキングコンタクトによつて降
下時間は約200ピコ秒となり、一方、非ブロツキ
ングコンタクトによつて降下時間は約50ピコ秒以
下となる（ここで、降下時間とは、パルス出力が
そのピーク値の90％から10％に落ちるに要する時
間である）。
活性領域と非ブロツキングコンタクトを形成しな
ければならない。その結果、高速度動作が得られ
る。例えば、ブロツキングコンタクトによつて降
下時間は約200ピコ秒となり、一方、非ブロツキ
ングコンタクトによつて降下時間は約50ピコ秒以
下となる（ここで、降下時間とは、パルス出力が
そのピーク値の90％から10％に落ちるに要する時
間である）。
半絶縁性基板上においては、コンタクトが非ブ
ロツキング性であれば、両方がオーミツクコンタ
クトであれ、両方がシヨツトキーコンタクトであ
れ、あるいは一方がオーミツクコンタクトで他方
がシヨツトキーコンタクトであれ問題はない。エ
ピタキシヤル層上においては、コンタクトはオー
ミツクコンタクトまたはシヨツトキーコンタクト
のいずれの組合せであつてもよい。ただし、シヨ
ツトキーコンタクトの場合、それらが互いの特性
を変換して非ブロツキングコンタクトを形成する
ように充分に近隣して設けられる。このことは、
電極間隔すなわち相隣る櫛歯間の距離が5μｍ以
下であることを必要とさせる。シヨツトキー障壁
が半導体中に延びる（縦方向および横方向の両
方）距離はキヤリヤ濃度の逆関数であるから、エ
ピタキシヤル層は低いドープ濃度を持つことが好
ましい。最も好ましくは、非ドープ（あるいは非
意図的にドープされた）半導体材料例えばキヤリ
ヤ濃度が約1015／cm3以下のものが用いられる。
ロツキング性であれば、両方がオーミツクコンタ
クトであれ、両方がシヨツトキーコンタクトであ
れ、あるいは一方がオーミツクコンタクトで他方
がシヨツトキーコンタクトであれ問題はない。エ
ピタキシヤル層上においては、コンタクトはオー
ミツクコンタクトまたはシヨツトキーコンタクト
のいずれの組合せであつてもよい。ただし、シヨ
ツトキーコンタクトの場合、それらが互いの特性
を変換して非ブロツキングコンタクトを形成する
ように充分に近隣して設けられる。このことは、
電極間隔すなわち相隣る櫛歯間の距離が5μｍ以
下であることを必要とさせる。シヨツトキー障壁
が半導体中に延びる（縦方向および横方向の両
方）距離はキヤリヤ濃度の逆関数であるから、エ
ピタキシヤル層は低いドープ濃度を持つことが好
ましい。最も好ましくは、非ドープ（あるいは非
意図的にドープされた）半導体材料例えばキヤリ
ヤ濃度が約1015／cm3以下のものが用いられる。
内部バイアス電界は仕事関数の異なる金属で両
電極をそれぞれ形成することによつて生じる。し
かし、両電極を同じ金属で形成した場合、両電極
を整合させる必要はないが素子を外部からバイア
ス印加させることが必要である。このことは、高
速度操作を得るための通常のマイクロストリツプ
バイアスTeeを用いることによつて達成される。
電極をそれぞれ形成することによつて生じる。し
かし、両電極を同じ金属で形成した場合、両電極
を整合させる必要はないが素子を外部からバイア
ス印加させることが必要である。このことは、高
速度操作を得るための通常のマイクロストリツプ
バイアスTeeを用いることによつて達成される。
マイクロストリツプ伝送ライン２０，２２が各
電極に接続している。マイクロストリツプライン
は非分散（non−dispersive）ラインを形成し、
これはその非分散性および作製の容易さの点で好
ましい。他の接続ライン例えばコプレーナー伝送
ラインを用いることもできる。
電極に接続している。マイクロストリツプライン
は非分散（non−dispersive）ラインを形成し、
これはその非分散性および作製の容易さの点で好
ましい。他の接続ライン例えばコプレーナー伝送
ラインを用いることもできる。
マイクロストリツプラインを用いると、当該ラ
インの一方が通常のように、図示しない手段によ
つて接地される接地面２６が必要となる。他方の
ラインは通常のマイクロストリツプラインローン
チヤー（launcher）を介して図示しない同軸ケー
ブルに接続される。こうして、ポンデイングワイ
ヤを用いる必要がなくなる。
インの一方が通常のように、図示しない手段によ
つて接地される接地面２６が必要となる。他方の
ラインは通常のマイクロストリツプラインローン
チヤー（launcher）を介して図示しない同軸ケー
ブルに接続される。こうして、ポンデイングワイ
ヤを用いる必要がなくなる。
基板の厚さには、この発明の検出素子の作製に
当つて特に制限はないが、通常の方法を用いて伝
送ラインと適合させるように選定する必要があ
る。
当つて特に制限はないが、通常の方法を用いて伝
送ラインと適合させるように選定する必要があ
る。
マイクロストリツプ伝送ラインはスパツタ、蒸
着等よく知られた方法を用いて合せ櫛形構造の電
極と同時に作製することが好都合である。接地面
は基板の裏面に同様に形成することによつて、ま
たは素子を金属担体の表面に固着することによつ
て都合よく形成できる。
着等よく知られた方法を用いて合せ櫛形構造の電
極と同時に作製することが好都合である。接地面
は基板の裏面に同様に形成することによつて、ま
たは素子を金属担体の表面に固着することによつ
て都合よく形成できる。
高感度を維持するために、光電領域（櫛歯間）
上に通常の反射防止層（図示せず）を形成しても
よい。また、フオトキヤリヤを高電界領域中にの
み発生させるために、合せ櫛形領域を除く全構造
上に不透明（opaque）層（図示せず）を形成し
てもよい。こうすると、遅い拡散電流（非収束光
ビームまたは誤配向光ビームによつて発生）が変
則的な低い周波数応答性を発生させることが防止
される。
上に通常の反射防止層（図示せず）を形成しても
よい。また、フオトキヤリヤを高電界領域中にの
み発生させるために、合せ櫛形領域を除く全構造
上に不透明（opaque）層（図示せず）を形成し
てもよい。こうすると、遅い拡散電流（非収束光
ビームまたは誤配向光ビームによつて発生）が変
則的な低い周波数応答性を発生させることが防止
される。
反射防止層としても作用する透明なパシベーシ
ヨン層（図示せず）を合せ櫛形領域上あるいはそ
れらの間に形成することによつて表面における再
結合およびトラツピングが最小限に抑制できる。
例えば、Siを用いた光検出素子では熱成長させた
SiO2層を用いることができる。GaAs基板では薄
いGaxAl1-xAs（ｘ0.4）窓層を成長させこれを
酸化させる。
ヨン層（図示せず）を合せ櫛形領域上あるいはそ
れらの間に形成することによつて表面における再
結合およびトラツピングが最小限に抑制できる。
例えば、Siを用いた光検出素子では熱成長させた
SiO2層を用いることができる。GaAs基板では薄
いGaxAl1-xAs（ｘ0.4）窓層を成長させこれを
酸化させる。
走行時定数とRC時定数とを匹敵させるために
は、全体の合せ櫛形電極の寸法（すなわち、アレ
ー長×アレー幅）を適切に選ぶ必要がある。素子
の予測される応答時間は合せ櫛形電極の容量Ｃお
よびキヤリヤ走行時間ttrから容易にわかる。櫛歯
の幅が櫛歯間隔Ｗと等しい場合、正方形アレーの
静電容量は式 Ｃ＝εp（１＋εr）L2／1W (1) （ここで、εrは半導体の相対透電率、Ｌは櫛歯の
長さ）によつて与えられる。飽和制限速度Vsで
移動するキヤリヤの走行時間は式 ttr＝Ｗ／Vs (2) で与えられる。RC時定数を走行時間に等しく設
定すると、最適化された素子の総応答速度は式 ttpt＝Ｌ〔Rεp（１＋εr）／2Vs〕1/2 (3) （ここで、Ｒは負荷抵抗値）によつて与えられ
る。負荷が50Ωの場合、GaAs上に40μm×40μm
のアレーを形成すると0.5μm幅の櫛歯が20対でき
る。ここで算出された応答性は10ピコ秒以下であ
り、必要なバイアスは10V以下である。これらの
寸法は電子ビームリソグラフ法および金属リフト
オフ法の能力に充分入る。10ピコ秒の応答を得る
ためには、該アレーの分配（すなわち誘導）効果
を説明しなければならない。しかしながら、一次
計算によつて合せ櫛形光検出素子の高い周波数応
答性が証明されている。
は、全体の合せ櫛形電極の寸法（すなわち、アレ
ー長×アレー幅）を適切に選ぶ必要がある。素子
の予測される応答時間は合せ櫛形電極の容量Ｃお
よびキヤリヤ走行時間ttrから容易にわかる。櫛歯
の幅が櫛歯間隔Ｗと等しい場合、正方形アレーの
静電容量は式 Ｃ＝εp（１＋εr）L2／1W (1) （ここで、εrは半導体の相対透電率、Ｌは櫛歯の
長さ）によつて与えられる。飽和制限速度Vsで
移動するキヤリヤの走行時間は式 ttr＝Ｗ／Vs (2) で与えられる。RC時定数を走行時間に等しく設
定すると、最適化された素子の総応答速度は式 ttpt＝Ｌ〔Rεp（１＋εr）／2Vs〕1/2 (3) （ここで、Ｒは負荷抵抗値）によつて与えられ
る。負荷が50Ωの場合、GaAs上に40μm×40μm
のアレーを形成すると0.5μm幅の櫛歯が20対でき
る。ここで算出された応答性は10ピコ秒以下であ
り、必要なバイアスは10V以下である。これらの
寸法は電子ビームリソグラフ法および金属リフト
オフ法の能力に充分入る。10ピコ秒の応答を得る
ためには、該アレーの分配（すなわち誘導）効果
を説明しなければならない。しかしながら、一次
計算によつて合せ櫛形光検出素子の高い周波数応
答性が証明されている。
両キヤリヤの走行時間は同様であるので、素子
の利得は〜１である。素子の速度は両キヤリヤの
うちの遅い方によつて制限される。
の利得は〜１である。素子の速度は両キヤリヤの
うちの遅い方によつて制限される。
実施例 １
厚さ約400μmで抵抗率＞106Ω−cmのCr−ドー
プGaAs半絶縁性基板の一主面を通常の方法で洗
浄した。この洗浄した主面上に合せ櫛形構造パタ
ーンのアルミニウムを蒸着によつて約0.4μmの厚
さに形成し、基板の主面と非ブロツキングコンタ
クトを形成した。櫛歯の長さは160μmで幅は
200μmであつた。素子面積は、したがつて3.2×
10-4cm2であつた。櫛歯間距離は5μmであつた。各
電極に接続した厚さ0.4μmのアルミニウム製マイ
クロストリツプ伝送ラインを同時に形成した。こ
の素子の支持としてバルク状アルミニウムからな
る接地面を形成し、これをマイクロストリツプの
一方に真ちゆうタブを介して接続した。
プGaAs半絶縁性基板の一主面を通常の方法で洗
浄した。この洗浄した主面上に合せ櫛形構造パタ
ーンのアルミニウムを蒸着によつて約0.4μmの厚
さに形成し、基板の主面と非ブロツキングコンタ
クトを形成した。櫛歯の長さは160μmで幅は
200μmであつた。素子面積は、したがつて3.2×
10-4cm2であつた。櫛歯間距離は5μmであつた。各
電極に接続した厚さ0.4μmのアルミニウム製マイ
クロストリツプ伝送ラインを同時に形成した。こ
の素子の支持としてバルク状アルミニウムからな
る接地面を形成し、これをマイクロストリツプの
一方に真ちゆうタブを介して接続した。
この素子の応答性を調べるために他方のマイク
ロストリツプラインをマイクロストリツプライン
ローンチヤーを介して同軸ケーブルおよびサンプ
リングオシロスコープに接続した。
ロストリツプラインをマイクロストリツプライン
ローンチヤーを介して同軸ケーブルおよびサンプ
リングオシロスコープに接続した。
両電極に印加したバイアス電圧は20Vであり、
これは40kV／cmの電界に相当していた。この電
圧における素子の漏洩電流は0.1μA未満であつ
た。
これは40kV／cmの電界に相当していた。この電
圧における素子の漏洩電流は0.1μA未満であつ
た。
入射光の波長は0.83μmでありモードロツク
GaAs／（Ga、Al）Asダイオードレーザーから
得た。10％から90％への立ち上がり時間は50ピコ
秒であり、90％から10％への降下時間は150ピコ
秒であつた。
GaAs／（Ga、Al）Asダイオードレーザーから
得た。10％から90％への立ち上がり時間は50ピコ
秒であり、90％から10％への降下時間は150ピコ
秒であつた。
アナログバンド幅は4GHz（レーザーの周波数
応答性によつて制限される）よりも大きかつた。
パルス応答から、外挿値は約4.4〜7GHzであると
算出された。素子感度は約0.1mA／mWであつ
た。
応答性によつて制限される）よりも大きかつた。
パルス応答から、外挿値は約4.4〜7GHzであると
算出された。素子感度は約0.1mA／mWであつ
た。
実施例 ２
厚さ400μmで抵抗率＞106Ω−cmのクロムドー
プGaAs基板の一主面を通常の方法に従つて洗浄
した。この主面上に非意図的にドープされたｎ形
GaAsエピタキシヤル層を通常の液相エピタキシ
ヤル法によつて5μmの厚さに形成した。このエピ
タキシヤル層上に合せ櫛形パターンのアルミニウ
ムを0.2μmの厚さに蒸着して非ブロツキングコン
タクトを形成した。櫛歯の長さは160μmで、幅は
200μmであつた。すなわち、素子面積は3.2×
10-4cm2であつた。櫛歯間距離は5μmであつた。各
電極に接続して厚さ0.2μmのマイクロストリツプ
伝送ラインをアルミニウムで同時に形成した。こ
の素子の支持としてアルミニウム製接地面を形成
し、これを伝送ラインの一方に真ちゆうタブを介
して接続した。
プGaAs基板の一主面を通常の方法に従つて洗浄
した。この主面上に非意図的にドープされたｎ形
GaAsエピタキシヤル層を通常の液相エピタキシ
ヤル法によつて5μmの厚さに形成した。このエピ
タキシヤル層上に合せ櫛形パターンのアルミニウ
ムを0.2μmの厚さに蒸着して非ブロツキングコン
タクトを形成した。櫛歯の長さは160μmで、幅は
200μmであつた。すなわち、素子面積は3.2×
10-4cm2であつた。櫛歯間距離は5μmであつた。各
電極に接続して厚さ0.2μmのマイクロストリツプ
伝送ラインをアルミニウムで同時に形成した。こ
の素子の支持としてアルミニウム製接地面を形成
し、これを伝送ラインの一方に真ちゆうタブを介
して接続した。
この素子の応答性を調べるために、他方の伝送
ラインをマイクロストリツプラインローンチヤー
を介して同軸ケーブルおよびサンプリングオシロ
スコープに接続した。
ラインをマイクロストリツプラインローンチヤー
を介して同軸ケーブルおよびサンプリングオシロ
スコープに接続した。
両電極に印加したバイアス電圧は20Vであつ
た。この電圧における素子の漏洩電流は0.2μm未
満であつた。
た。この電圧における素子の漏洩電流は0.2μm未
満であつた。
入射光の波長は0.82μmであり、モード・ロツ
クGaAs／（Ga、Al）Asダイオードレーザーか
ら得た。10％から90％への立ち上がり時間は50ピ
コ秒であり、90％から10％への降下時間は50〜
150ピコ秒であつた。全幅（full−width）半最大
（half−maximum）パルス応答は85ピコ秒であ
つた。
クGaAs／（Ga、Al）Asダイオードレーザーか
ら得た。10％から90％への立ち上がり時間は50ピ
コ秒であり、90％から10％への降下時間は50〜
150ピコ秒であつた。全幅（full−width）半最大
（half−maximum）パルス応答は85ピコ秒であ
つた。
第１図はこの発明の素子の電極パターンを示す
平面図、第２図は第１図の線２−２に沿つた、拡
大断面図。 １０…活性領域、１２…基板、１４…エピタキ
シヤル層、１６，１８…電極、２０，２２…伝送
ライン。
平面図、第２図は第１図の線２−２に沿つた、拡
大断面図。 １０…活性領域、１２…基板、１４…エピタキ
シヤル層、１６，１８…電極、２０，２２…伝送
ライン。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (a) ホールおよび電子をそれらの飽和速度で
発生させるに充分に高い電界に耐え、かつ入射
光のエネルギーよりも小さなバンドギヤツプを
有する半導体材料で形成された領域、 (b) 発生した光発生電荷キヤリヤに対して該領域
と非ブロツキングコンタクトを構成するように
該領域上に形成された合せ櫛形構造の一対の金
属電極であつて、少なくともその一方が該領域
とシヨツトキー障壁コンタクトを構成し、かつ
各櫛歯が約5μｍ以下の距離をもつて離間して
いるもの、および (c) 該各電極を伝送ラインに接続する手段 を備えた、入射光に応答する高速度光電性検出素
子。 ２ 金属電極にバイアスを印加するための手段を
含む特許請求の範囲第１項記載の検出素子。 ３ 半導体材料が、GaAsよりなり、バイアス
が、該半導体材料内に約30ないし100kV／cmの電
界を発生させる特許請求の範囲第２項記載の検出
素子。 ４ 領域が、半導体基体の少なくとも一部を含む
特許請求の範囲第１項記載の検出素子。 ５ 基体が、半絶縁性GaAsまたは半絶縁性InP
よりなる特許請求の範囲第４項記載の検出素子。 ６ 領域が、半導体基体上に形成されたエピタキ
シヤル層の少なくとも一部を含む特許請求の範囲
第１項記載の検出素子。 ７ エピタキシヤル層が少なくとも約1μmの厚さ
を有する特許請求の範囲第６項記載の検出素子。 ８ エピタキシヤル層が、約３ないし約5μmの厚
さを有する特許請求の範囲第７項記載の検出素
子。 ９ エピタキシヤル層が、非意図的にドープされ
たｎ形GaAsよりなり、基体が半絶縁性GaAsよ
りなる特許請求の範囲第６項記載の検出素子。 １０ エピタキシヤル層が、非意図的にドープさ
れたｎ形（Ga、In）Asよりなり、基体が半絶縁
性InPよりなる特許請求の範囲第６項記載の検出
素子。 １１ 接続手段が、マイクロストリツプ伝送ライ
ンよりなる特許請求の範囲第１項記載の検出素
子。 １２ 入射光線に応答する高速度光電性検出素子
を製造するための方法であつて、 (a) ホールおよび電子をそれらの飽和速度で発生
させるに充分に高い電界に耐え、かつ入射光の
エネルギーよりも小さなバンドギヤツプを有す
る半導体材料で形成された少なくとも１つの領
域を提供し、 (b) 発生した光発生電荷キヤリヤに対して該領域
と非ブロツキングコンタクトを構成する合せ櫛
形構造の一対の金属電極であつて、少なくとも
その一方が該領域とシヨツトキー障壁コンタク
トを構成し、かつ各櫛歯が約5μm以下の距離を
もつて離間しているものを該領域上に形成し、 および (c) 該各電極を伝送ラインに接続する手段を提供
する ことを包含する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US25559581A | 1981-04-20 | 1981-04-20 | |
| US255595 | 1981-04-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5812377A JPS5812377A (ja) | 1983-01-24 |
| JPH0371794B2 true JPH0371794B2 (ja) | 1991-11-14 |
Family
ID=22969028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57066188A Granted JPS5812377A (ja) | 1981-04-20 | 1982-04-20 | 高速度光電性検出素子およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0063421B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5812377A (ja) |
| DE (1) | DE3276287D1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3278606D1 (en) * | 1981-04-20 | 1988-07-07 | Hughes Aircraft Co | Heterostructure interdigital high speed photoconductive detector |
| JPS60262473A (ja) * | 1984-06-08 | 1985-12-25 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置 |
| US4602158A (en) * | 1984-10-26 | 1986-07-22 | Itek Corporation | PbS-PbSe IR detector arrays |
| JPH0624251B2 (ja) * | 1986-01-08 | 1994-03-30 | 富士通株式会社 | 光半導体装置 |
| US4772931A (en) * | 1986-07-08 | 1988-09-20 | Ibm Corporation | Interdigitated Schottky barrier photodetector |
| US4807006A (en) * | 1987-06-19 | 1989-02-21 | International Business Machines Corporation | Heterojunction interdigitated schottky barrier photodetector |
| JP2637476B2 (ja) * | 1988-06-17 | 1997-08-06 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
| GB8827932D0 (en) * | 1988-11-30 | 1989-07-05 | Plessey Co Plc | Thermal ir detector electrode configuration |
| RU2188402C1 (ru) * | 2001-06-22 | 2002-08-27 | Атнашев Виталий Борисович | Интерферометр |
| US8053782B2 (en) * | 2009-08-24 | 2011-11-08 | International Business Machines Corporation | Single and few-layer graphene based photodetecting devices |
| CN109411448B (zh) * | 2018-10-15 | 2020-10-02 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 一种可靠性测试结构及测试方法 |
| CN112885907B (zh) * | 2020-11-27 | 2022-09-20 | 西北工业大学 | 一种与半导体Si集成的人工神经元及其应用 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4832953A (ja) * | 1971-09-02 | 1973-05-04 | ||
| BE789331A (fr) * | 1971-09-28 | 1973-01-15 | Communications Satellite Corp | Cellule solaire a geometrie fine |
| NL7412624A (en) * | 1974-09-24 | 1976-03-26 | D H Baldwin Comp | Photovoltaic solar cells - made by heating substrate on molten tin and spraying it with cadmium chloride and copper acetate |
| DE3278606D1 (en) * | 1981-04-20 | 1988-07-07 | Hughes Aircraft Co | Heterostructure interdigital high speed photoconductive detector |
-
1982
- 1982-03-26 DE DE8282301603T patent/DE3276287D1/de not_active Expired
- 1982-03-26 EP EP82301603A patent/EP0063421B1/en not_active Expired
- 1982-04-20 JP JP57066188A patent/JPS5812377A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5812377A (ja) | 1983-01-24 |
| DE3276287D1 (en) | 1987-06-11 |
| EP0063421A3 (en) | 1984-10-10 |
| EP0063421B1 (en) | 1987-05-06 |
| EP0063421A2 (en) | 1982-10-27 |
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