JPH04237170A - 半導体光電変換素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ｐｎ接合型の半導体光
電変換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４を伴って次に述べる半導体光
電変換素子が提案されている。

【０００３】すなわち、ＩｎＰでなり且つ半絶縁性を有
する半導体基板１上に半導体積層体２が形成されている
。

【０００４】この半導体積層体２は、ＩｎＰでなり且つ
１×１０１８ｃｍ−３またはそれ以上のような高いｎ型
キャリア濃度を有する電極層としての半導体層３と、Ｉ
ｎＧａＡｓ系でなり且つ２×１０１５ｃｍ−３またはそ
れ以下のような低いｎ型キャリア濃度を有する感光層と
しての半導体層４と、ＩｎＰでなり且つ５×１０１６ｃ
ｍ−３以下のような半導体層１に比し低いｎ型キャリア
濃度を有するキャップ層としての半導体層５とがそれら
の順に積層されている構成を有する。

【０００５】そして、半導体積層体２内に、５×１０１
８ｃｍ−３のような高いｐ型キャリア濃度を有する半導
体領域６が、キャップ層としての半導体層５の上面から
感光層としての半導体層４内に達する深さに局部的に形
成されている。

【０００６】また、半導体積層体２に、その上面から、
電極層としての半導体層３に達する溝７が形成され、そ
して、半導体積層体２の外表面上に、高いｐ型キャリア
濃度を有する半導体領域６及び高いｎ型キャリア濃度を
有する電極層としての半導体層３をそれぞれ外部に臨ま
せる窓９及び１０を有し且つＳｉ３　Ｎ４　などの誘電
材乃至絶縁材でなる表面保護膜８が、溝７の内面を含め
て連続延長して形成されている。

【０００７】さらに、高いｐ型キャリア濃度を有する半
導体領域６の上面上に、表面保護膜８の窓９に臨む領域
において、その窓９を埋めるように、ＡｕＡｎＮｉ合金
を可とする金属でなり且つ高いｐ型キャリア濃度を有す
る半導体領域６を外部に臨ませる窓１２を有する電極１
１が、オ―ミックに付されている。

【０００８】また、高いｐ型キャリア濃度を有する半導
体領域６の上面上に、電極１１の窓１２に臨む領域にお
いて、その窓１２を埋めるように、誘電材乃至絶縁材で
なる反射防止膜１３が形成されている。

【０００９】さらに、電極層としての半導体層３に、表
面保護膜８の窓１０に臨む領域において、その窓１０を
埋めるように、電極１１と同様にＡｕＺｎＮｉ合金を可
とする金属でなる電極１４が、オ―ミックに付されてい
る。

【００１０】以上が、従来提案されている半導体光電変
換素子の構成である。

【００１１】このような構成を有する従来の半導体光電
変換素子によれば、低いｎ型キャリア濃度を有する感光
層としての半導体層４と高いｐ型キャリア濃度を有する
半導体領域６との間において、ｐｎ接合１５が形成され
、そして、高いｐ型キャリア濃度を有する半導体領域６
が電極１１に連結され、また、低いｎ型キャリア濃度を
有する感光層としての半導体層４が高いｎ型キャリア濃
度を有する電極層としての半導体層３を介して電極１４
に連結されているので、電極１１及び１４間に、ｐｎ接
合１５に対して逆バイアス電圧を与える電源を接続する
ことによって、低いｎ型キャリア濃度を有する感光層と
しての半導体層４内に、ｐｎ接合１５から、高いｎ型キ
ャリア濃度を有する電極層としての半導体層３側に拡が
っている空乏層を形成させることができる。

【００１２】また、感光層としての半導体層４がＩｎＧ
ａＡｓ系でなり、そして、そのＩｎＧａＡｓ系が、長波
長帯域の光の波長に対応しているエネルギバンドギャッ
プを有し、また、高いｐ型キャリア濃度を有する半導体
領域６が、ＩｎＰでなるキャップ層としての半導体層５
内に形成されている半導体領域部６ａとＩｎＧａＡｓ系
でなる感光層としての半導体層４内に形成されている半
導体領域部６ｂとでなり、そして、半導体領域部６ａを
構成している、キャップ層としての半導体層５を構成し
ているのと同じＩｎＰが、感光層としての半導体層４を
構成しているＩｎＧａＡｓ系に比し広いエネルギバンド
ギャップを有しているので、高いｐ型キャリア濃度を有
する半導体領域６が、長波長帯域の光に対して実質的に
透明である。

【００１３】以上のことから、電極１１及び１４間に上
述した電源を接続し、感光層としての半導体層４内に上
述した空乏層を形成させている状態で、半導体積層体２
の上方の外部から、長波長帯域の光１６を、反射防止膜
１３を通じて、半導体積層体２に向けて入射させれば、
その光１６が、感光層としての半導体層４内に形成させ
ている空乏層内に達し、そして、その空乏層内において
吸収されることによって、電子・正孔対（キャリア）が
発生し、その正孔及び電子が、それぞれ電極１１及び１
４に到達し、このため、電極１１及び１４間に、入射さ
せた光１６の光電変換された電気信号を得ることができ
る。

【００１４】従って、図４に示す従来の半導体光電変換
素子によれば、長波長帯域の光１６に対する光電変換機
能が得られ、よって、長波長帯域の光に対する受光素子
として用いて好適である。

【００１５】また、図４に示す従来の半導体光電変換素
子によれば、半導体積層体２を形成している半導体基板
１が半絶縁性を有するので、その半導体基板１上に、図
示詳細説明は省略するが、電極１１及び１４間に得るこ
とができる電気信号を受ける電界効果トランジスタなど
の半導体電子素子を、半導体光電変換素子と電気的に分
離して構成することができる。

【００１６】さらに、半導体積層体２を形成している半
導体基板１がＩｎＰでなるので、半導体基板１上に、半
導体積層体２を構成している、ＩｎＧａＡｓ系でなる感
光層としての半導体層４を、ＩｎＰでなる電極層として
の半導体層３及びＩｎＰでなるキャップ層としての半導
体層５とともに、結晶性良く且つ欠陥少なく形成するこ
とができるので、上述した光電変換機能を良好な特性を
有して得ることができる。

【００１７】また、ｐｎ接合１５と対向している、電極
層としての半導体層３を有し、それに電極１４がオ―ミ
ックに付されているので、その電極１４が、ｐｎ接合１
５下から離れた位置に配されていても、電極１１及び１
４間に接続されている電源によって、ｐｎ接合１５の半
導体基板１と対向している領域の各部に、電極層として
の半導体層３を有さず、このため、電極１４が、低いｎ
型キャリア濃度を有する感光層としての半導体層４に、
ｐｎ接合１５下から離れた位置においてオ―ミックに付
されている場合に比し、高い一様性ある逆バイアス電圧
を与えることができ、よって、上述した光電変換機能を
良好な特性を有して得ることができる。

【００１８】また、感光層としての半導体層４がｎ型を
有しているので、その感光層としての半導体層４のキャ
リア濃度を、感光層としての半導体層４がｐ型である場
合に比し、低くすることができ、よって、上述した光電
変換機能を、電極層としての半導体層３、感光層として
の半導体層４及びキャップ層としての半導体層５がｐ型
を有し、これに応じて半導体領域６がｎ型である場合に
比し、効果的に得ることができる。

【００１９】さらに、半導体積層体２がキャップ層とし
ての半導体層５を有し、このため、半導体積層体２の上
面が、感光層としての半導体層３を構成しているＩｎＧ
ａＡｓ系に比し広いエネルギバンドギャップを有するＩ
ｎＰによる表面によって形成されているため、半導体積
層体２と表面保護膜８との間の界面に沿ってｐｎ接合１
５を横切って流れる漏れ電流が、半導体積層体２がキャ
ップ層としての半導体層５を有さず、このため半導体積
層体２の上面が、感光層としての半導体層４を構成して
いる、ＩｎＰに比し狭いエネルギバンドギャップを有す
るＩｎＧａＡｓ系による表面によって形成されている場
合に比し、小さく、よって、半導体光電変換素子として
の良好な特性を有する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す従来の半導
体光電変換素子の場合、電極層１１が、高いｐ型キャリ
ア濃度を有する半導体領域６の上面上にオ―ミックに付
されているが、その上面が、上述したように、キャップ
層としての半導体層５を構成しているＩｎＰの表面によ
って形成され、そして、そのＩｎＰが比較的広いエネル
ギバンドギャップを有しているので、高いｐ型キャリア
濃度を有する半導体領域６への電極１１のオ―ミック接
触抵抗が、比較的高い。

【００２１】また、電極層としての半導体層３がＩｎＰ
でなり、そして、ＩｎＰ内における電子の移動度が比較
的低いので、電極層としての半導体層３が、比較的高い
シ―ト抵抗を有する。

【００２２】以上のことから、図４に示す従来の半導体
光電変換素子の場合、電極１１及び１４間において、ｐ
ｎ接合型ダイオ―ドを構成している構成を有するが、そ
のｐｎ接合ダイオ―ドの動作速度を決める時定数を構成
する抵抗が、比較的高く、よって、光電変換機能を十分
高速に得ることができない、という欠点を有していた。

【００２３】よって、本発明は、上述した欠点のない、
新規な半導体光電変換素子を提案せんとするものである
。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本願第１番目の発明によ
る半導体光電変換素子は、（ｉ）　ＩｎＰでなり且つ半
絶縁性を有する半導体基板上に半導体積層体が形成され
、そして、（ｉｉ）上記半導体積層体が、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系でなり且つ高いｎ型キャリア濃度を有する電極層と
しての第１の半導体層と、ＩｎＧａＡｓ系でなり且つ低
いｎ型キャリア濃度を有する感光層としての第２の半導
体層と、ＩｎＧａＡｓＰ系でなり且つ上記第１の半導体
層に比し低いｎ型キャリア濃度を有するキャップ層とし
ての第３の半導体層とがそれらの順に積層されている構
成を有し、また、（ｉｉｉ）　上記半導体積層体内に、
高いｐ型キャリア濃度を有する半導体領域が、上記第３
の半導体層の上面から上記第２の半導体層内に達する深
さに形成され、さらに、（ｉｖ）上記半導体領域の上面
上に、第１の電極がオ―ミックに付され、また、（ｖ）
　上記第１または第２もしくは第３の半導体層に、第２
の電極がオ―ミックに付されている構成を有する。

【００２５】また、本願第２番目の発明による半導体光
電変換素子は、上述した本願第１番目の発明による半導
体光電変換素子において、（ｖｉ）上記半導体基板の上
記半導体積層体側とは反対側の面上に、上記半導体領域
と対向して延長している反射防止膜が形成され、また、
（ｖｉｉ）　上記第１の電極が、上記半導体積層体内に
外部から上記反射防止膜を通って入射させる光に対して
反射性を有している構成を有する。

【作用・効果】本願第１番目の発明による半導体光電変
換素子によれば、図４で前述した従来の半導体光電変換
素子の場合と同様に、低いｎ型キャリア濃度を有する感
光層としての第２の半導体層と高いｐ型キャリア濃度を
有する半導体領域との間において、ｐｎ接合が形成され
、そして、高いｐ型キャリア濃度を有する半導体領域が
第１の電極に連結され、また、低いｎ型キャリア濃度を
有する感光層としての第２の半導体層が、高いｎ型キャ
リア濃度を有する電極層としての第１の半導体層に連結
されているとともにその電極層としての第１の半導体層
またはキャップ層としての第３の半導体層を介してまた
は介することなしに第２の電極に連結されているので、
第１及び第２の電極間に、ｐｎ接合に対して逆バイアス
電圧を与える電源を接続することによって、図４で前述
した従来の半導体光電変換素子の場合と同様に、低いｎ
型キャリア濃度を有する感光層としての第２の半導体層
４内に、ｐｎ接合から、高いｎ型キャリア濃度を有する
電極層としての第１の半導体層側に拡がっている空乏層
を形成させることができる。

【００２６】また、感光層としての第２の半導体層が、
図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合と同様
に、ＩｎＧａＡｓ系でなり、そして、そのＩｎＧａＡｓ
系が、長波長帯域の光の波長に対応しているエネルギバ
ンドギャップを有し、また、高いｐ型キャリア濃度を有
する半導体領域が、図４で前述した従来の半導体光電変
換素子の場合に準じて、ＩｎＧａＡｓＰ系でなるキャッ
プ層としての第３の半導体層内に形成されている第１の
半導体領域部とＩｎＧａＡｓ系でなる感光層としての第
２の半導体層内に形成されている第２の半導体領域部と
でなり、そして、第２の半導体領域部を構成している、
キャップ層としての第３の半導体層を構成しているのと
同じＩｎＧａＡｓＰ系が、感光層としての第２の半導体
層を構成しているＩｎＧａＡｓ系に比し広いエネルギバ
ンドギャップを有しているので、高いｐ型キャリア濃度
を有する半導体領域が、図４で前述した従来の半導体光
電変換素子の場合と同様に、長波長帯域の光に対して実
質的に透明である。

【００２７】以上のことから、図４で前述した従来の半
導体光電変換素子の場合と同様に、第１及び第２の電極
間に上述した電源を接続し、感光層としての第２の半導
体層内に上述した空乏層を形成させている状態で、半導
体積層体の上方の外部から、長波長帯域の光を、半導体
積層体に向けて入射させれば、その光が、図４で前述し
た従来の半導体光電変換素子の場合と同様に、感光層と
しての第２の半導体層内に形成させている空乏層内に達
し、そして、その空乏層内において吸収されることによ
って、電子・正孔対（キャリア）が発生し、その正孔及
び電子が、それぞれ第１及び第２の電極層に到達し、こ
のため、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場
合と同様に、第１及び第２の電極間に、入射させた光の
光電変換された電気信号を得ることができる。

【００２８】従って、本願第１番目の発明による半導体
光電変換素子の場合も、図４で前述した従来の半導体光
電変換素子の場合と同様に、長波長帯域の光に対する光
電変換機能が得られ、よって、長波長帯域の光に対する
受光素子として用いて好適である。

【００２９】また、本願第１番目の発明による半導体光
電変換素子によれば、半導体積層体を形成している半導
体基板が、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の
場合と同様に、半絶縁性を有するので、その半導体基板
上に、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合
と同様に、第１及び第２の電極間に得ることができる電
気信号を受ける電界効果トランジスタなどの半導体電子
素子を、半導体光電変換素子と電気的に分離して構成す
ることができる。

【００３０】さらに、半導体積層体を形成している半導
体基板が、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の
場合と同様に、ＩｎＰでなるので、半導体基板上に、図
４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合に準じて
、半導体積層体を構成している、ＩｎＧａＡｓ系でなる
感光層としての第２の半導体層を、ＩｎＧａＡｓＰ系で
なる電極層としての第１の半導体層及びＩｎＧａＡｓＰ
系でなるキャップ層としての第３の半導体層とともに、
結晶性良く且つ欠陥少なく形成することができるので、
上述した光電変換機能を良好な特性を有して得ることが
できる。

【００３１】また、ｐｎ接合と対向している、電極層と
しての第１の半導体層を、図４で前述した従来の半導体
光電変換素子の場合と同様に有し、それに第２の電極が
、感光層としての第２の半導体層、または感光層として
の第２の半導体層及びキャップ層としての第３の半導体
層を介して、オ―ミックに付されているので、その第２
の電極が、ｐｎ接合下から離れた位置に配されていても
、第１及び第２の電極間に接続されている電源によって
、ｐｎ接合の半導体基板と対向している領域の各部に、
図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合と同様
に、電極層としての第１の半導体層を有さず、このため
、第２の電極が、低いｎ型キャリア濃度を有する感光層
としての第２の半導体層に、ｐｎ接合下から離れた位置
において、オ―ミックに付されている場合に比し、高い
一様性ある逆バイアス電圧を与えることができ、よって
、上述した光電変換機能が良好な特性を有して得ること
ができる。

【００３２】また、感光層としての第２の半導体層が、
図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合と同様
にｎ型を有しているので、その感光層としての第２の半
導体層のキャリア濃度を、感光層としての第２の半導体
層がｐ型である場合に比し、低くすることができ、よっ
て、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合と
同様に、上述した光電変換機能を、電極層としての第１
の半導体層、感光層としての第２の半導体層及びキャッ
プ層としての第３の半導体層がともにｐ型を有し、これ
に応じて半導体領域がｎ型である場合に比し、効果的に
得ることができる。

【００３３】しかしながら、本願第１番目の発明による
半導体光電変換素子の場合、第１の電極層が、高いｐ型
キャリア濃度を有する半導体領域の上面上にオ―ミック
に付されているが、その上面が、上述したようにキャッ
プ層としての第３の半導体層を構成しているＩｎＧａＡ
ｓＰ系の表面によって形成され、そして、そのＩｎＧａ
ＡｓＰ系が、図４で前述した従来の半導体光電変換素子
の場合のキャップ層としての第３の半導体層（５）を構
成しているＩｎＰに比し狭いエネルギバンドギャップを
有しているので、高いｐ型キャリア濃度を有する半導体
領域への第１の電極のオ―ミック接触抵抗を、図４で前
述した従来の半導体光電変換素子における電極（１１）
と同じ材料及び組成を有する第１の電極を用いて、図４
で前述した従来の半導体光電変換素子におけるｐ型を有
するＩｎＰでなる半導体領域（６）への電極（１１）の
オ―ミック接触抵抗に比し、小さくすることができる。

【００３４】また、電極用層としての第１の半導体層が
ＩｎＧａＡｓＰ系でなり、そして、そのＩｎＧａＡｓＰ
系内における電子の移動度が、図４で前述した従来の半
導体光電変換素子における電極層としての半導体層（３
）を構成しているＩｎＰ内における電子の移動度に比し
、約２倍も大きいので、電極層としての第１の半導体層
が、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合の
電極層としてのＩｎＰでなる半導体層（３）と同じキャ
リア濃度と同じ寸法で、その図４で前述した従来の半導
体光電変換素子の場合の電極層としての半導体層（３）
に比し、約１／２の低いシ―ト抵抗しか有していない。

【００３５】以上のことから、本願第１番目の発明によ
る半導体光電変換素子の場合、図４で前述した従来の半
導体光電変換素子の場合と同様に、第１及び第２の電極
間において、ｐｎ接合型ダイオ―ドを構成している構成
を有するが、そのｐｎ接合ダイオ―ドの動作速度を決め
る時定数を構成する抵抗が、図４で前述した従来の半導
体光電変換素子の場合に比し低く、よって、半導体光電
変換素子としての機能を、図４で前述した従来の半導体
光電変換素子の場合に比し高速に得ることができる。

【００３６】また、本願第２番目の発明による半導体光
電変換素子によれば、上述した本願第１番目の発明によ
る半導体光電変換素子において、上述した構成を有し、
そして、半導体基板が感光層としての第２の半導体層を
構成しているＩｎＧａＡｓ系に比し広いエネルギバンド
ギャップを有するＩｎＰでなるので、外部から、本願第
１番目の発明による半導体光電変換素子の場合における
と同様の長波長帯域の光を、半導体基板の下方の外部か
ら、反射防止膜を通じて、半導体積層体に向けて入射さ
せれば、その光が感光層としての第２の半導体層内に形
成させている空乏層内に達し、その大部分が空乏層内に
おいて吸収され、一部が空乏層内で吸収されずに高いｐ
型キャリア濃度を有する半導体領域を通って第１の電極
に達し、そこで反射し、その反射光が空乏層内に再度達
し、その大部分が空乏層内において吸収されるので、本
願第１番目の発明による半導体光電変換素子の場合と同
様に、第１及び第２の電極間に、入射させた光の光電変
換された電気信号を得ることができる。

【００３７】以上のことから、これ以上の詳細説明は省
略するが、本願第１番目の発明による半導体光電変換素
子の場合と同様の作用効果が得られる。

【００３８】ただし、本願第２番目の発明による半導体
光電変換素子の場合、上述したように、外部からの空乏
層内に達する光中、空乏層内で吸収されなかった一部の
光が、第１の電極によって空乏層内に戻されるので、本
願第１番目の発明による半導体光電変換素子の場合に比
し、高い光の利用効率が得られる。

【００３９】

【実施例１】次に、図１を伴って、本発明による半導体
光電変換素子の第１の実施例を述べよう。

【００４０】図１に示す本発明による半導体光電変換素
子は、次に述べる構成を有する。

【００４１】すなわち、図４で前述した従来の半導体光
電変換素子の場合における半導体基板１と同様の、Ｉｎ
Ｐでなり且つ半絶縁性を有する半導体基板２１上に、図
４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合における
半導体積層体２に対応している半導体積層体２２が形成
されている。

【００４２】この半導体積層体２２は、ＩｎＧａＡｓＰ
系（Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓｙ−ｙ１Ｐｙ１、ただし
、０＜ｘ１、ｙ１＜１）でなり且つ１×１０１８ｃｍ−
３またはそれ以上のような高いｎ型キャリア濃度を有す
る電極層としての半導体層２３と、ＩｎＧａＡｓ系（Ｉ
ｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ、ただし０＜ｘ２＜１）でなり
且つ２×１０１５ｃｍ−３またはそれ以下のような低い
ｎ型キャリア濃度を有する感光層としての半導体層２４
と、ＩｎＧａＡｓＰ系（Ｉｎｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓ１−
ｙ３、ただし、０＜ｘ３、ｙ３＜１）でなり且つ５×１
０１６ｃｍ−３以下のような半導体層２４に比し低いｎ
型キャリア濃度を有するキャップ層としての半導体層２
５とがそれらの順に積層されている構成を有する。

【００４３】そして、半導体積層体２２内に、図４で前
述した従来の半導体光電変換素子の場合に準じて、５×
１０１８ｃｍ−３のような高いｐ型キャリア濃度を有す
る半導体領域２６が、キャップ層としての半導体層２５
の上面から感光層としての半導体層２４内に達する深さ
に局部的に形成されている。

【００４４】また、半導体積層体２２に、その上面から
、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合に準
じて、電極層としての半導体層２３に達する溝２７が形
成され、そして、半導体積層体２２の外表面上に、同様
に、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合に
準じて、高いｐ型キャリア濃度を有する半導体領域２６
及び高いｎ型キャリア濃度を有する電極層としての半導
体層２３をそれぞれ外部に臨ませる窓２９及び３０を有
し且つＳｉ３　Ｎ４　などの誘電材乃至絶縁材でなる表
面保護膜２８が、溝２７の内面を含めて連続延長して形
成されている。

【００４５】さらに、高いｐ型キャリア濃度を有する半
導体領域２６の上面上に、図４で前述した従来の半導体
光電変換素子の場合に準じて、表面保護膜２８の窓２９
に臨む領域において、その窓２９を埋めるように、Ａｕ
ＡｎＮｉ合金を可とする金属でなり且つ高いｐ型キャリ
ア濃度を有する半導体領域２６を外部に臨ませる窓３２
を有する電極３１が、オ―ミックに付されている。

【００４６】また、高いｐ型キャリア濃度を有する半導
体領域２６の上面上に、図４で前述した従来の半導体光
電変換素子の場合に準じて、電極３１の窓３２に臨む領
域において、その窓３２を埋めるように、誘電材乃至絶
縁材でなる反射防止膜３３が形成されている。

【００４７】さらに、電極層としての半導体層２３に、
図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合に準じ
て、表面保護膜２８の窓３０に臨む領域において、その
窓３０を埋めるように、電極３１と同様にＡｕＺｎＮｉ
合金を可とする金属でなる電極３４が、オ―ミックに付
されている。

【００４８】以上が、本発明による半導体光電変換素子
の第１の実施例の構成である。

【００４９】このような構成を有する本発明による半導
体光電変換素子によれば、図４で前述した従来の半導体
光電変換素子の場合と同様に、低いｎ型キャリア濃度を
有する感光層としての半導体層２４と高いｐ型キャリア
濃度を有する半導体領域２６との間において、ｐｎ接合
３５が形成され、そして、高いｐ型キャリア濃度を有す
る半導体領域２６が電極３１に連結され、また、低いｎ
型キャリア濃度を有する感光層としての半導体層２４が
、高いｎ型キャリア濃度を有する電極層としての半導体
層２３を介して電極３４に連結されているので、電極３
１及び３４間に、ｐｎ接合３５に対して逆バイアス電圧
を与える電源を接続することによって、図４で前述した
従来の半導体光電変換素子の場合と同様に、低いｎ型キ
ャリア濃度を有する感光層としての半導体層２４内に、
ｐｎ接合２５から、高いｎ型キャリア濃度を有する電極
層としての半導体層２３側に拡がっている空乏層を形成
させることができる。

【００５０】また、感光層としての半導体層２４が、図
４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合と同様に
ＩｎＧａＡｓ系でなり、そして、そのＩｎＧａＡｓ系が
、長波長帯域の光の波長に対応しているエネルギバンド
ギャップを有し、また、高いｐ型キャリア濃度を有する
半導体領域２６が、図４で前述した従来の半導体光電変
換素子の場合に準じて、ＩｎＧａＡｓＰ系でなるキャッ
プ層としての半導体層２５内に形成されている半導体領
域部２６ａとＩｎＧａＡｓ系でなる感光層としての半導
体層２４内に形成されている半導体領域部２６ｂとでな
り、そして、半導体領域部２６ｂを構成している、キャ
ップ層としての半導体層２５を構成しているのと同じＩ
ｎＧａＡｓＰ系が、感光層としての半導体層２４を構成
しているＩｎＧａＡｓ系に比し広いエネルギバンドギャ
ップを有しているので、高いｐ型キャリア濃度を有する
半導体領域２６が、図４で前述した従来の半導体光電変
換素子の場合と同様に、長波長帯域の光に対して実質的
に透明である。

【００５１】以上のことから、図４で前述した従来の半
導体光電変換素子の場合と同様に、電極３１及び３４間
に上述した電源を接続し、感光層としての半導体層２４
内に上述した空乏層を形成させている状態で、半導体積
層体２２の上方の外部から、長波長帯域の光３６を、反
射防止膜３３を通じて、半導体積層体２に向けて入射さ
せれば、その光３６が、図４で前述した従来の半導体光
電変換素子の場合と同様に、感光層としての半導体層２
４内に形成させている空乏層内に達し、そして、その空
乏層内において吸収されることによって、電子・正孔対
（キャリア）が発生し、その正孔及び電子が、それぞれ
電極層３１及び３４に到達し、このため、図４で前述し
た従来の半導体光電変換素子の場合と同様に、電極３１
及び３４間に、入射させた光３６の光電変換された電気
信号を得ることができる。

【００５２】従って、図１に示す本発明による半導体光
電変換素子の場合も、図４で前述した従来の半導体光電
変換素子の場合と同様に、長波長帯域の光３６に対する
光電変換機能が得られ、よって、長波長帯域の光に対す
る受光素子として用いて好適である。

【００５３】また、図１に示す本発明による半導体光電
変換素子によれば、半導体積層体２２を形成している半
導体基板２１が、図４で前述した従来の半導体光電変換
素子の場合と同様に半絶縁性を有するので、その半導体
基板２１上に、図４で前述した従来の半導体光電変換素
子の場合と同様に、図示詳細説明は省略するが、電極３
１及び３４間に得ることができる電気信号を受ける電界
効果トランジスタなどの半導体電子素子を、半導体光電
変換素子と電気的に分離して構成することができる。

【００５４】さらに、半導体積層体２２を形成している
半導体基板２１が、図４で前述した従来の半導体光電変
換素子の場合と同様にＩｎＰでなるので、半導体基板２
１上に、図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場
合に準じて、半導体積層体２２を構成している、ＩｎＧ
ａＡｓ系でなる感光層としての半導体層２４を、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系でなる電極層としての半導体層２３及びＩｎ
ＧａＡｓＰ系でなるキャップ層としての半導体層２５と
ともに、結晶性良く且つ欠陥少なく形成することができ
るので、上述した光電変換機能を良好な特性を有して得
ることができる。

【００５５】また、ｐｎ接合３５と対向している電極層
としての半導体層２３を、図４で前述した従来の半導体
光電変換素子の場合と同様に有し、それに電極３４がオ
―ミックに付されているので、その電極３４が、ｐｎ接
合２５下から離れた位置に配されていても、電極３１及
び３４間に接続されている電源によって、ｐｎ接合３５
の半導体基板２１と対向している領域の各部に、図４で
前述した従来の半導体光電変換素子の場合と同様に、電
極層としての半導体層２３を有さず、このため、電極３
４が、低いｎ型キャリア濃度を有する感光層としての半
導体層２４に、ｐｎ接合３５下から離れた位置において
、オ―ミックに付されている場合に比し、高い一様性あ
る逆バイアス電圧を与えることができ、よって、上述し
た光電変換機能が良好な特性を有して得ることができる
。

【００５６】また、感光層としての半導体層２４が、図
４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合と同様に
、ｎ型を有しているので、その感光層としての半導体層
２４のキャリア濃度を、感光層としての半導体層２４が
ｐ型である場合に比し、低くすることができ、よって、
図４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合と同様
に、上述した光電変換機能を、電極層としての半導体層
２３、感光層としての半導体層２４及びキャップ層とし
ての半導体層２５がｐ型を有し、これに応じて、半導体
領域２６がｎ型である場合に比し、効果的に得ることが
できる。

【００５７】さらに、半導体積層体２２がキャップ層と
しての半導体層２５を、図４で前述した従来の半導体光
電変換素子の場合と同様に有し、このため、半導体積層
体２２の上面が、図４で前述した従来の半導体光電変換
素子の場合に準じて、感光層としての半導体層２３を構
成しているＩｎＧａＡｓ系に比し広いエネルギバンドギ
ャップを有するＩｎＧａＡｓＰ系による表面によって形
成されているため、半導体積層体２２と表面保護膜２８
との間の界面に沿ってｐｎ接合３５を横切って流れる漏
れ電流が、半導体積層体２２がキャップ層としての半導
体層２５を有さず、このため、半導体積層体２２の上面
が、感光層としての半導体層２４を構成している、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ系に比し狭いエネルギバンドギャップを有す
るＩｎＧａＡｓ系による表面によって形成されている場
合に比し、小さく、よって、半導体光電変換素子として
の良好な特性を有する。

【００５８】しかしながら、図１に示す半導体光電変換
素子の場合、電極層３１が、高いｐ型キャリア濃度を有
する半導体領域２６の上面上にオ―ミックに付されてい
るが、その上面が、上述したようにキャップ層としての
半導体層２５を構成しているＩｎＧａＡｓＰ系の表面に
よって形成され、そして、そのＩｎＧａＡｓＰ系が、図
４で前述した従来の半導体光電変換素子の場合のキャッ
プ層としての半導体層５を構成しているＩｎＰに比し狭
いエネルギバンドギャップを有しているので、高いｐ型
キャリア濃度を有する半導体領域２６への電極３１のオ
―ミック接触抵抗を、図４で前述した従来の半導体光電
変換素子における電極１１と同じ材料及び組成を有する
電極３１を用いて、図４で前述した従来の半導体光電変
換素子におけるｐ型を有するＩｎＰでなる半導体領域６
への電極１１のオ―ミック接触抵抗に比し、小さくする
ことができる。

【００５９】また、電極用層としての半導体層２３がＩ
ｎＧａＡｓＰ系でなり、そして、そのＩｎＧａＡｓＰ系
内における電子の移動度が、図４で前述した従来の半導
体光電変換素子における電極層としての半導体層３を構
成しているＩｎＰ内における電子の移動度に比し、約２
倍も大きいので、電極層としての半導体層２３が、図４
で前述した従来の半導体光電変換素子の場合の電極層と
してのＩｎＰでなる半導体層３と同じキャリア濃度と同
じ寸法で、その図４で前述した従来の半導体光電変換素
子の場合の電極層としての半導体層３に比し、約１／２
の低いシ―ト抵抗しか有していない。

【００６０】以上のことから、図１に示す本発明による
半導体光電変換素子の場合、図４で前述した従来の半導
体光電変換素子の場合と同様に、電極３１及び３４間に
おいて、ｐｎ接合型ダイオ―ドを構成している構成を有
するが、そのｐｎ接合ダイオ―ドの動作速度を決める時
定数を構成する抵抗が、図４で前述した従来の半導体光
電変換素子の場合に比し低く、よって、半導体光電変換
素子としての機能を、図４で前述した従来の半導体光電
変換素子の場合に比し高速に得ることができる。

【実施例２】次に、図２を伴って、本発明による半導体
光電変換素子の第２の実施例を述べよう。

【００６１】図２において、図１との対応部分には同一
符号を付し、詳細説明を省略する。

【００６２】図２に示す本発明による半導体光電変換素
子は、次の事項を除いて、図１で上述した本発明による
半導体光電変換素子の場合と同様の構成を有する。

【００６３】すなわち、半導体積層体２２に形成した溝
２７が、電極層としての半導体層２３に達する深さに形
成されている図１で上述した本発明による半導体光電変
換素子の場合に代え、感光層としての半導体層２４に終
絡する深さに形成され、これに応じて、表面保護膜２７
の電極層としての半導体層２３を外部に臨ませている窓
３０が、感光層としての半導体層２４を外部に臨ませて
いる窓３０′に置換されている。

【００６４】また、電極３４が、電極層としての半導体
層２３に、表面保護膜２７の窓３０に臨む領域において
、オ―ミックに付されている図１で上述した本発明によ
る半導体光電変換素子の場合に代え、感光層としての半
導体層２４に、表面保護膜２７の窓３０′に臨む領域に
おいて、その窓３０′を埋めるように、オ―ミックに付
されている。

【００６５】以上が、本発明による半導体光電変換素子
の第２の実施例の構成である。

【００６６】このような構成を有する本発明による半導
体光電変換素子によれば、上述した事項を除いて、図１
で上述した本発明による半導体光電変換素子と同様の構
成を有し、そして、電極３４が、図１で上述した本発明
による半導体光電変換素子の場合のように、電極層とし
ての半導体層２３にオ―ミックに付されていなくても、
電極層としての半導体層２３が、感光層としての半導体
層２４を介してではあるが、電極３４に連結しているの
に、図１で上述した本発明による半導体光電変換素子の
場合と代りがないので、詳細説明は省略するが、図１で
上述した本発明による半導体光電変換素子の場合と同様
の作用効果が得られる。

【００６７】なお、図２に示す本発明による第２の実施
例の場合、電極３１及び３４間において構成しているｐ
ｎ接合型ダイオ―ドの抵抗が、図１で上述した本発明に
よる半導体光電変換素子の場合に比し、感光層としての
半導体層２４の、電極３４と電極層としての半導体層２
３との間の領域における抵抗分だけ高くなるが、その抵
抗分は、表面保護膜２７の窓３０′の大きさを大きくし
、電極３４の感光層としての半導体層２４へのオ―ミッ
ク接触面積を増すことによって、十分小さくすることが
できるので、実際上、問題にならない。

【００６８】

【実施例３】次に、図３を伴って、本発明による半導体
光電変換素子の第３の実施例を述べよう。

【００６９】図３において、図１との対応部分には同一
符号を付して詳細説明を省略する。

【００７０】図３に示す本発明による半導体光電変換素
子は、次の事項を除いて、図１で上述した本発明による
半導体光電変換素子の場合と同様の構成を有する。

【００７１】すなわち、電極３１が、高いｐ型キャリア
濃度を有する外部に臨ませる窓３２を有する図１で上述
した本発明による半導体光電変換素子の場合に代え、高
いｐ型キャリア濃度を有する半導体領域２６の表面保護
膜２８の窓２９に臨む領域の全域に亘って、その窓２９
を埋めるように延長し、これに応じて、高いｐ型キャリ
ア濃度を有する半導体領域２６の上面上に、電極３１の
窓３２に臨む領域に形成されている反射防止膜３３が省
略されている。

【００７２】しかしながら、半導体基板２１の半導体積
層体２２側とは反対側の面上に、高いｐ型キャリア濃度
を有する半導体領域２６と対向して延長している反射防
止膜４３が、外部からの光３６を、反射防止膜４３を通
り且つ半導体基板２１を通って半導体積層体２２に向け
て入射させるために、形成されている。

【００７３】また、電極３１が、上述したように半導体
積層体２に向けて入射する光３６が、電極層としての半
導体層２３内を通り、感光層としての半導体層２４内で
吸収されずに、高いｐ型キャリア濃度を有する半導体領
域２６を通って外部に放射されんとする光分を、電極３
１によって反射させて、感光層としての半導体層２４側
に戻させるために、反射性を有している電極３１′に置
換されている。なお。この電極３１は、実際上、図１で
上述した本発明による半導体光電変換素子で上述した電
極３１と同じ材料でなる。

【００７４】以上が、本発明による半導体光電変換素子
の第３の実施例の構成である。

【００７５】このような構成を有する本発明による半導
体光電変換素子によれば、上述した事項を除いて、図１
で上述した本発明による半導体光電変換素子の場合と同
様の構成を有し、そして、半導体基板２１が感光層とし
ての半導体層２４を構成しているＩｎＧａＡｓ系に比し
広いエネルギバンドギャップを有するＩｎＰでなるので
、外部から、図１で上述した本発明による半導体光電変
換素子の場合におけると同様の長波長帯域の光３６を、
半導体基板２１の下方の外部から、反射防止膜４３を通
じて、半導体積層体２に向けて入射させれば、その光３
６が感光層としての半導体層２４内に形成させている空
乏層内に達し、その大部分が空乏層内において吸収され
、一部が空乏層内で吸収されずに高いｐ型キャリア濃度
を有する半導体領域２６を通って電極３１′に達し、そ
こで反射し、その反射光が空乏層内に再度達し、その大
部分が空乏層内において吸収されるので、図１で上述し
た本発明による半導体光電変換素子の場合と同様に、電
極３１及び３４間に、入射された光３６の光電変換され
た電気信号を得ることができる。

【００７６】以上のことから、これ以上の詳細説明は省
略するが、図１で上述した本発明による半導体光電変換
素子の場合と同様の作用効果が得られる。

【００７７】ただし、図３に示す本発明による半導体光
電変換素子の場合、上述したように、外部からの空乏層
内に達する光３６中、空乏層内で吸収されなかった一部
の光が、電極３１′によって空乏層内に戻されるので、
図１で上述した本発明による半導体光電変換素子の場合
に比し、高い光の利用効率が得られる。

【００７８】なお、上述においては、本発明のわずかな
実施例を述べたに留まり、詳細説明は省略するが、上述
した実施例において、電極３４を、電極層としての半導
体層２３または感光層としての半導体層２４にオ―ミッ
クに付すのに代え、キャップ層としての半導体層２５に
オ―ミックに付して構成とすることもでき、その他、本
発明の精神を脱することなしに、種々の変型、変更をな
し得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体光電変換素子の第１の実施
例を示す略線的断面図である。

【図２】本発明による半導体光電変換素子の第２の実施
例を示す略線的断面図である。

【図３】本発明による半導体光電変換素子の第３の実施
例を示す略線的断面図である。

【図４】従来の半導体光電変換素子を示す略線的断面図
である。

【符号の説明】

１、２１　　　　　　　　半導体基板 ２、２２　　　　　　　　半導体積層体３、２３　　　
　　　　　電極層としての半導体層４、２４　　　　　
　　　感光層としての半導体層５、２５　　　　　　　
　キャップ層としての半導体層６、２６　　　　　　　
　半導体領域 ６ａ、２６ａ　　　　半導体領域部 ６ｂ、２６ｂ　　　　半導体領域部 ７、２７　　　　　　　　溝 ８、２８　　　　　　　　表面保護膜 ９、２９　　　　　　　　窓 １０、３０、３０′窓 １１、３１、３１′電極 １２、３２　　　　　　　　窓 １３、３３、４３　　反射防止膜 １４、３４　　　　　　　　電極 １５、３５　　　　　　　　ｐｎ接合

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＩｎＰでなり且つ半絶縁性を有する半
   導体基板上に半導体積層体が形成され、上記半導体積層
   体が、ＩｎＧａＡｓＰ系でなり且つ高いｎ型キャリア濃
   度を有する電極層としての第１の半導体層と、ＩｎＧａ
   Ａｓ系でなり且つ低いｎ型キャリア濃度を有する感光層
   としての第２の半導体層と、ＩｎＧａＡｓＰ系でなり且
   つ上記第１の半導体層に比し低いｎ型キャリア濃度を有
   するキャップ層としての第３の半導体層とがそれらの順
   に積層されている構成を有し、上記半導体積層体内に、
   高いｐ型キャリア濃度を有する半導体領域が、上記第３
   の半導体層の上面から上記第２の半導体層内に達する深
   さに形成され、上記半導体領域の上面上に、第１の電極
   がオ―ミックに付され、上記第１または第２もしくは第
   ３の半導体層に、第２の電極がオ―ミックに付されてい
   ることを特徴とする半導体光電変換素子。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の半導体光電変換素子に
   おいて、上記半導体基板の上記半導体積層体側とは反対
   側の面上に、上記半導体領域と対向して延長している反
   射防止膜が形成され、上記第１の電極が、上記半導体積
   層体内に外部から上記反射防止膜を通って入射させる光
   に対して反射性を有することを特徴とする半導体光電変
   換素子。