JPH0728046B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0728046B2 JPH0728046B2 JP60129966A JP12996685A JPH0728046B2 JP H0728046 B2 JPH0728046 B2 JP H0728046B2 JP 60129966 A JP60129966 A JP 60129966A JP 12996685 A JP12996685 A JP 12996685A JP H0728046 B2 JPH0728046 B2 JP H0728046B2
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- Japan
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- semiconductor
- doped
- crystal
- photovoltaic
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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
- H10F30/20—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
- H10F30/222—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 PN heterojunction
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は製造が容易で、かつ高性能な光電地，光検出
器,N形およびＰ形電界効果トランジスタ，フオトトラン
ジスタおよびこれらの組み合わせによる無バイアスの光
検出器，無バイアスのフオトトランジスタ，コンプリメ
ンタリー回路，光電子回路等の半導体装置に関するもの
である。
器,N形およびＰ形電界効果トランジスタ，フオトトラン
ジスタおよびこれらの組み合わせによる無バイアスの光
検出器，無バイアスのフオトトランジスタ，コンプリメ
ンタリー回路，光電子回路等の半導体装置に関するもの
である。
（発明の概要） 本発明は基板上に形成されたPN接合を用いた光起電力半
導体装置において、前記のPN接合間に、Ｐ形およびＮ形
半導体のいずれよりも、バンドエネルギーギャップが小
で、かつノンドープないし、低ドープの第３半導体層を
配設し、前記の第３半導体層に対して、界面近傍に形成
される各キャリア層に対するＰ形オーミックコンタクト
と、Ｎ形オーミックコンタクトを夫々形成して、光起電
力装置を構成することを特徴とする半導体装置を提供す
るにある。
導体装置において、前記のPN接合間に、Ｐ形およびＮ形
半導体のいずれよりも、バンドエネルギーギャップが小
で、かつノンドープないし、低ドープの第３半導体層を
配設し、前記の第３半導体層に対して、界面近傍に形成
される各キャリア層に対するＰ形オーミックコンタクト
と、Ｎ形オーミックコンタクトを夫々形成して、光起電
力装置を構成することを特徴とする半導体装置を提供す
るにある。
本発明は基板上に形成されたPN接合を用いた光起電力半
導体装置において、前記のPN接合間に、Ｐ形およびＮ形
半導体のいずれよりも、バンドエネルギーギャップが小
で、かつノンドープないし、低ドープの第３半導体層を
配設し、前記の第３半導体層に対して、界面近傍に形成
される各キャリア層に対する２個のＮ形オーミック電極
を形成し、前記の電極間にバイアス電圧を与えて光電流
検出装置を構成し、また同一結晶の他の領域で前記の第
３半導体層に対して界面近傍に形成される各キャリア層
に対するＰ形およびＮ形オーミック電極を形成して、光
起電力装置を構成し、前記の光起電力装置を、前記の光
電流検出装置のバイアス電源として用い、無バイアス光
電流検出装置を構成することを特徴とする半導体装置を
提供するにある。
導体装置において、前記のPN接合間に、Ｐ形およびＮ形
半導体のいずれよりも、バンドエネルギーギャップが小
で、かつノンドープないし、低ドープの第３半導体層を
配設し、前記の第３半導体層に対して、界面近傍に形成
される各キャリア層に対する２個のＮ形オーミック電極
を形成し、前記の電極間にバイアス電圧を与えて光電流
検出装置を構成し、また同一結晶の他の領域で前記の第
３半導体層に対して界面近傍に形成される各キャリア層
に対するＰ形およびＮ形オーミック電極を形成して、光
起電力装置を構成し、前記の光起電力装置を、前記の光
電流検出装置のバイアス電源として用い、無バイアス光
電流検出装置を構成することを特徴とする半導体装置を
提供するにある。
（従来技術及び発明が解決しようとする問題点） （ａ）PN接合を利用した光起電力半導体装置としては、
第11図に示すように従来、Ｐ形半導体1,N形半導体２の
各々に直接コンタクト電極4,5を設けた素子が提供され
ていた。（参考文献:J.R.Davis et al:Conf.Rec.7th Ph
otovoltaic Spec.Conf.（9618）p.85） しかし、この素子では起電力はＰ形半導体１とＮ形半導
体２との間に生じるため、図中4,5のように本質的にコ
ンタクト電極はPN接合面３に対して各々反対側につけな
ければならず、高性能化のため受光面を大きくするのに
不利であつた。
第11図に示すように従来、Ｐ形半導体1,N形半導体２の
各々に直接コンタクト電極4,5を設けた素子が提供され
ていた。（参考文献:J.R.Davis et al:Conf.Rec.7th Ph
otovoltaic Spec.Conf.（9618）p.85） しかし、この素子では起電力はＰ形半導体１とＮ形半導
体２との間に生じるため、図中4,5のように本質的にコ
ンタクト電極はPN接合面３に対して各々反対側につけな
ければならず、高性能化のため受光面を大きくするのに
不利であつた。
また、光照射によつて生じた電子・ホール等のキヤリヤ
ーは、第12図に示した原理図のようにPN接合面と垂直方
向に不純物結晶中を拡散によつて伝導せねばならず、直
列抵抗が大きくまたキヤリヤーの再結合等による消失も
大きく光−起電力変換効率を上げるのに困難さがあつ
た。図中６は励起光、７は光励起電子、８は光励起ホー
ル、９はＮ形半導体、10はＰ形半導体を示す。
ーは、第12図に示した原理図のようにPN接合面と垂直方
向に不純物結晶中を拡散によつて伝導せねばならず、直
列抵抗が大きくまたキヤリヤーの再結合等による消失も
大きく光−起電力変換効率を上げるのに困難さがあつ
た。図中６は励起光、７は光励起電子、８は光励起ホー
ル、９はＮ形半導体、10はＰ形半導体を示す。
（ｂ）また、光導電効果を利用した光電流検出装置とし
ては、第13図に示したように、従来、単に半導体12に２
個のＮ形オーミツク電極13,14を形成し励起光11による
励起電流を検出するものがあつた。（参考文献:R.H.Bub
e et al.:Phys.Rev.128（1962）532） この場合、半導体中を流れる光電流は、半導体中の不純
物による電子の散乱のため小さくなるという欠点があつ
た。
ては、第13図に示したように、従来、単に半導体12に２
個のＮ形オーミツク電極13,14を形成し励起光11による
励起電流を検出するものがあつた。（参考文献:R.H.Bub
e et al.:Phys.Rev.128（1962）532） この場合、半導体中を流れる光電流は、半導体中の不純
物による電子の散乱のため小さくなるという欠点があつ
た。
（ｃ）一方、光検出用のバイアス電圧を外部から印加す
る必要のない無バイアス光検出器としては、従来第14図
に原理的を示すように、励起光15によつて生じた電子16
を結晶の内部電界によつて集め、このヘテロ界面にチヤ
ネルと基板間の起電力をバイアス電圧として利用したも
のがあつた。図中17は光励起ホール、18はＮ−AlGaAs
側、19はノンドープ（P-,N-）GaAs側、20はヘテロ界
面、21は２次元電子ガスを示す。（参考文献:C.Y.Chen
et al:Appl.Phys.Lett.41（３）p282（1982）） これは、第15図に示すように基板側に電極をとらねばな
らないという素子形成上の欠点のため、工程が複雑とな
り、かつ同一結晶膜上に、他の素子と一緒に平面構成す
ることが困難であつた。
る必要のない無バイアス光検出器としては、従来第14図
に原理的を示すように、励起光15によつて生じた電子16
を結晶の内部電界によつて集め、このヘテロ界面にチヤ
ネルと基板間の起電力をバイアス電圧として利用したも
のがあつた。図中17は光励起ホール、18はＮ−AlGaAs
側、19はノンドープ（P-,N-）GaAs側、20はヘテロ界
面、21は２次元電子ガスを示す。（参考文献:C.Y.Chen
et al:Appl.Phys.Lett.41（３）p282（1982）） これは、第15図に示すように基板側に電極をとらねばな
らないという素子形成上の欠点のため、工程が複雑とな
り、かつ同一結晶膜上に、他の素子と一緒に平面構成す
ることが困難であつた。
また従来の一般の半導体による光電池，光検出器，フオ
トトランジスタ，電子回路等は、各各必要とする結晶層
構造，電極設置法がまちまちであつたため、同一結晶基
板上に、プレーナ形に組み合わせ構成するのは困難とい
う欠点があつた。
トトランジスタ，電子回路等は、各各必要とする結晶層
構造，電極設置法がまちまちであつたため、同一結晶基
板上に、プレーナ形に組み合わせ構成するのは困難とい
う欠点があつた。
（ｄ）また、半導体ヘテロ界面に生じたＮ形およびＰ形
のキヤリヤーを用いる両種トランジスタ（参考文献:T.M
imura et al:Jan.J.Appl.Phys.20（1981）p598,H.L.Sto
mer et al:Appl.Phys.Lett.44（11）1,（1984）p1062）
によるコンプリメンタリー回路の構成法としては、従来
の個々のデバイスから容易に類推できる方法としては、
第16図に示すように、個々のデバイスを多層に積み重ね
るものが考えられるが、これは結晶成長上は上層結晶の
結晶品質の劣化という欠点、プロセス上は非プレーナ形
で工程が複雑になり、段差による配線切れなど多くの欠
点があつた。なお、図中85は基板、86はＰ−AlGaAs、87
はノンドープ（P-,N-）GaAs、88はＮ−AlGaAs、89は２
次元ホールガス、90は２次元電子ガス、91,93はソー
ス，ドレイン電極、92はゲート電極、94,96はソース，
ドレイン電極、95はゲート電極、97はＰチヤネルFET、9
8はＮチヤネルFETを示す。
のキヤリヤーを用いる両種トランジスタ（参考文献:T.M
imura et al:Jan.J.Appl.Phys.20（1981）p598,H.L.Sto
mer et al:Appl.Phys.Lett.44（11）1,（1984）p1062）
によるコンプリメンタリー回路の構成法としては、従来
の個々のデバイスから容易に類推できる方法としては、
第16図に示すように、個々のデバイスを多層に積み重ね
るものが考えられるが、これは結晶成長上は上層結晶の
結晶品質の劣化という欠点、プロセス上は非プレーナ形
で工程が複雑になり、段差による配線切れなど多くの欠
点があつた。なお、図中85は基板、86はＰ−AlGaAs、87
はノンドープ（P-,N-）GaAs、88はＮ−AlGaAs、89は２
次元ホールガス、90は２次元電子ガス、91,93はソー
ス，ドレイン電極、92はゲート電極、94,96はソース，
ドレイン電極、95はゲート電極、97はＰチヤネルFET、9
8はＮチヤネルFETを示す。
（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、PN接合光起電力装置において、キヤリ
ヤーが不純物ドープされた半導体内を走行することによ
る特性劣化を防ぎ、またプレーナ形とすることで電極設
置位置からくる工程，素子構造への制限をとりのぞき、
簡便で高性能な光起電力装置を実現すること、また、こ
れを用いて、高性能な無バイアス光電流検出器，無バイ
アスフオトトランジスタを実現することにある。また同
時に、同一結晶を用いて、プレーナ形の簡便なＮ形およ
びＰ形のしきい値制御可能な電界効果トランジスタを形
成して、コンプリメンタリー回路を実現すること、かつ
上記のさまざまな素子を同一結晶上に組み合わせて、光
電子回路を実現することにある。
ヤーが不純物ドープされた半導体内を走行することによ
る特性劣化を防ぎ、またプレーナ形とすることで電極設
置位置からくる工程，素子構造への制限をとりのぞき、
簡便で高性能な光起電力装置を実現すること、また、こ
れを用いて、高性能な無バイアス光電流検出器，無バイ
アスフオトトランジスタを実現することにある。また同
時に、同一結晶を用いて、プレーナ形の簡便なＮ形およ
びＰ形のしきい値制御可能な電界効果トランジスタを形
成して、コンプリメンタリー回路を実現すること、かつ
上記のさまざまな素子を同一結晶上に組み合わせて、光
電子回路を実現することにある。
上記の目的を達成するため、本発明はPN接合間にエネル
ギーギヤツプの小さい、ノンドープ第３半導体を設置
し、ヘテロ界面に生じる２次元ガスの伝導を利用するこ
とにより、光励起された結晶の内部電界によつて加速さ
れたキヤリヤーを、結晶膜面に平行に、かつノンドープ
半導体中を走行させることを第１の主要な特徴とする。
従来の技術とは、結晶層構造が、第３半導体の設置とい
う点で異なり、またオーミツク電極の設置がすべて結晶
の同一表面上でよいという点で異なる。
ギーギヤツプの小さい、ノンドープ第３半導体を設置
し、ヘテロ界面に生じる２次元ガスの伝導を利用するこ
とにより、光励起された結晶の内部電界によつて加速さ
れたキヤリヤーを、結晶膜面に平行に、かつノンドープ
半導体中を走行させることを第１の主要な特徴とする。
従来の技術とは、結晶層構造が、第３半導体の設置とい
う点で異なり、またオーミツク電極の設置がすべて結晶
の同一表面上でよいという点で異なる。
（実施例） 次に本発明の実施例を説明する。なお実施例は一つの例
示であつて、本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の
変更あるいは改良を行いうることは言うまでもない。
示であつて、本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の
変更あるいは改良を行いうることは言うまでもない。
（Ｉ）第１図は、本発明による実施例の結晶構造の模式
図、第２図はそのバンドダイヤグラムである。
図、第２図はそのバンドダイヤグラムである。
第１図に示した例のように、ノンドープのGaAs30をＰド
ープのAl0.5Ga0.5As29とＮドープのAl0.5Ga0.5As31では
さむと、第１図のようにGaAs30のＰ−Al0.5Ga0.5As29側
ヘテロ界面には２次元ホールガス40、Ｎ−Al0.5Ga0.5As
側ヘテロ界面には２次元電子ガス39が生じる。35は基
板、36は光照射面を示す。
ープのAl0.5Ga0.5As29とＮドープのAl0.5Ga0.5As31では
さむと、第１図のようにGaAs30のＰ−Al0.5Ga0.5As29側
ヘテロ界面には２次元ホールガス40、Ｎ−Al0.5Ga0.5As
側ヘテロ界面には２次元電子ガス39が生じる。35は基
板、36は光照射面を示す。
ここで、ノンドープGaAs42中には第２図に示すようにポ
テンシヤルの傾斜が生じ、そこには従つてきわめて大き
な内部電界が生じることとなる。例として、ノンドープ
GaAs層厚を1000Åとし、GaAsバンドエネルギーギヤツプ
を1.4eVと仮定すると、計算上平均内部界面は140KV/cm
にも達する。41はＮ−AlGaAs、43はＰ−AlGaAsを示す。
テンシヤルの傾斜が生じ、そこには従つてきわめて大き
な内部電界が生じることとなる。例として、ノンドープ
GaAs層厚を1000Åとし、GaAsバンドエネルギーギヤツプ
を1.4eVと仮定すると、計算上平均内部界面は140KV/cm
にも達する。41はＮ−AlGaAs、43はＰ−AlGaAsを示す。
従つて、このノンドープGaAs層42中に光照射44によつて
電子37,ホール38が生ずると、各各のキヤリヤーは大き
な内部電界によつてほとんど飽和速度でヘテロ界面へと
流れ込む。従つて、ノンドープGaAsチヤネル層に対し
て、Ｐ形およびＮ形のオーミツクコンタクトを夫々Beイ
オン,Siイオン等によるイオン注入およびAuZnNi/Ti/Au,
AuGe/Ni等によるアロイにより、結晶膜平面上に形成
し、電気的に接続すると、第３図に示すようにこの両電
極間には、最高〜1.4V（GaAsのバンドエネルギーギヤツ
プ）の光起電力が生じる。図中45はＰ形オーミツク電
極、46はＮ形オーミツク電極、47はメサ分離、48は励起
光、49は光照射半導体を示す。ヘテロ界面を結晶膜平面
と平行に伝導するキヤリヤーは、従来のPN接合光電池と
異なりチヤネルがノンドープGaAs内にあるため不純物散
乱が小さく低抵抗となり、また再結合もしにくい。この
ため、光−起電力変換効率はきわめてよいものになる。
また、生ずるキヤリヤーの総数は光受光面積に比例し、
プレーナ形構成であるため受光面は簡便に任意に大きく
できることも、従来装置と異なるものである。
電子37,ホール38が生ずると、各各のキヤリヤーは大き
な内部電界によつてほとんど飽和速度でヘテロ界面へと
流れ込む。従つて、ノンドープGaAsチヤネル層に対し
て、Ｐ形およびＮ形のオーミツクコンタクトを夫々Beイ
オン,Siイオン等によるイオン注入およびAuZnNi/Ti/Au,
AuGe/Ni等によるアロイにより、結晶膜平面上に形成
し、電気的に接続すると、第３図に示すようにこの両電
極間には、最高〜1.4V（GaAsのバンドエネルギーギヤツ
プ）の光起電力が生じる。図中45はＰ形オーミツク電
極、46はＮ形オーミツク電極、47はメサ分離、48は励起
光、49は光照射半導体を示す。ヘテロ界面を結晶膜平面
と平行に伝導するキヤリヤーは、従来のPN接合光電池と
異なりチヤネルがノンドープGaAs内にあるため不純物散
乱が小さく低抵抗となり、また再結合もしにくい。この
ため、光−起電力変換効率はきわめてよいものになる。
また、生ずるキヤリヤーの総数は光受光面積に比例し、
プレーナ形構成であるため受光面は簡便に任意に大きく
できることも、従来装置と異なるものである。
（II）一方、上記結晶に第４図に示したように、２個の
Ｎ形のオーミツク電極55,56を形成し、これらの電極55,
56間にバイアス電圧52を印加し、これらの電極にはさま
れた半導体領域54に照射光50をあて、キヤリヤーを励起
すると、光電流53が両電極間に流れることになる。この
際のキヤリヤーの生成からヘテロ界面への伝導、ヘテロ
界面上の伝導に関しては、（Ｉ）と同様大きな結晶内部
電界により光励起されたキヤリヤーがまず加速され、次
にキヤリヤーは不純物散乱の少ないノンドープ結晶ヘテ
ロ界面を高速で流れるので、検出速度，検出効率が一般
のものより向上する。
Ｎ形のオーミツク電極55,56を形成し、これらの電極55,
56間にバイアス電圧52を印加し、これらの電極にはさま
れた半導体領域54に照射光50をあて、キヤリヤーを励起
すると、光電流53が両電極間に流れることになる。この
際のキヤリヤーの生成からヘテロ界面への伝導、ヘテロ
界面上の伝導に関しては、（Ｉ）と同様大きな結晶内部
電界により光励起されたキヤリヤーがまず加速され、次
にキヤリヤーは不純物散乱の少ないノンドープ結晶ヘテ
ロ界面を高速で流れるので、検出速度，検出効率が一般
のものより向上する。
（III）第５図は同一結晶を用いて（Ｉ）にて示した光
電池を（II）にて示した光電流検出器のバイアス電圧源
として用いることにより、無バイアスの光検出器を構成
する場合の例である。図中57は励起光、58はメサ分離、
59はＮ形オーミツク電極、60はＰ形オーミツク電極、6
1,62はＮ形オーミツク電極、63,64は光照射半導体を示
す。すなわちＮ形オーミツク電極59,P形オーミツク電極
60間に生じた光起電力を、Ｎ形オーミツク電極61,62間
にバイアスとして加える。ここで電極59,60間の光起電
圧を1.4Vとして、この電極間の距離を５μｍとすると、
ヘテロ界面のキヤリヤーには3KV/cm程度の電界が働き、
十分にキヤリヤーを加速することができる。
電池を（II）にて示した光電流検出器のバイアス電圧源
として用いることにより、無バイアスの光検出器を構成
する場合の例である。図中57は励起光、58はメサ分離、
59はＮ形オーミツク電極、60はＰ形オーミツク電極、6
1,62はＮ形オーミツク電極、63,64は光照射半導体を示
す。すなわちＮ形オーミツク電極59,P形オーミツク電極
60間に生じた光起電力を、Ｎ形オーミツク電極61,62間
にバイアスとして加える。ここで電極59,60間の光起電
圧を1.4Vとして、この電極間の距離を５μｍとすると、
ヘテロ界面のキヤリヤーには3KV/cm程度の電界が働き、
十分にキヤリヤーを加速することができる。
このように単に平面上に配置された各種オーミツク電極
間の配線組み合わせのみによつて無バイアスの光検出器
を簡便に実現できる。
間の配線組み合わせのみによつて無バイアスの光検出器
を簡便に実現できる。
（IV）第６図は同一結晶を用いて（II）にて示した光検
出装置を形成し、この２個のオーミツク電極66,67間の
半導体68上に、Ti,Au等のシヨツトキーゲート電極69を
設置し、Ｎ形電界効果トランジスタないしフオトトラン
ジスタを構成する例である。65はメサ分離を示す。
出装置を形成し、この２個のオーミツク電極66,67間の
半導体68上に、Ti,Au等のシヨツトキーゲート電極69を
設置し、Ｎ形電界効果トランジスタないしフオトトラン
ジスタを構成する例である。65はメサ分離を示す。
この場合のゲート電極下のバンド・ダイヤグラムを第７
図に示すが、ゲート印加電圧によりヘテロ界面の２次元
ガスを制御する機構は、通常の２次元電子ガスヘテロ構
造FETと同じである。
図に示すが、ゲート印加電圧によりヘテロ界面の２次元
ガスを制御する機構は、通常の２次元電子ガスヘテロ構
造FETと同じである。
従つて、ゲート電極を透明度の高いものにすれば高性能
のフオトトランジスタを形成できる。フオトトランジス
タは光を照射しなければ、通常の電界効果トランジスタ
と同様に機能する。また（III）と同様、同一結晶に形
成した光電池と組み合わせれば、無バイアスのフオトト
ランジスタを構成することもできる。
のフオトトランジスタを形成できる。フオトトランジス
タは光を照射しなければ、通常の電界効果トランジスタ
と同様に機能する。また（III）と同様、同一結晶に形
成した光電池と組み合わせれば、無バイアスのフオトト
ランジスタを構成することもできる。
第７図はバンドダイヤグラムを示す。図中70はゲート電
極、71はＮ−AlGaAs、72はノンドープ（P-,N-）GaAs、7
3はＰ−AlGaAs、143は２次元電子ガス、144は励起光、1
45は光励起電子を示す。
極、71はＮ−AlGaAs、72はノンドープ（P-,N-）GaAs、7
3はＰ−AlGaAs、143は２次元電子ガス、144は励起光、1
45は光励起電子を示す。
（Ｖ）また第７図と同じ原理に基づき、ゲート電圧に負
に印加することでＰ形結晶とのヘテロ界面に生じた２次
元ホールガスの濃度をコントロールすることにより（第
８図参照）、Ｐ形トランジスタも同一結晶で構成でき
る。第８図において、99はゲート電極、100はＰ−AlGaA
s、101はノンドープ（P-,N-）GaAs、102はＮ−AlGaAs、
103は２次元電子ガス、104は２次元ホールガスを示す。
この場合は、オーミツク電極をＰ形のものを使用する。
Ｎ形とＰ形のトランジスタも同一結晶上にプレーナ形に
形成することができるので、従来のものより、はるかに
簡便にコンプリメンタリー回路を構成できる（第９図参
照）。第９図において、105は基板、106はＰ−AlGaAs、
107はノンドープAlGaAs、108はＮ−AlGaAs、109はノン
ドープAlGaAs、110はノンドープGaAs、111はノンドープ
GaAs、112は２次元ホールガス、113は２次元電子ガス、
114,116はＰ形オーミツク電極、115はゲート電極、117,
119はＮ形オーミツク電極、118はゲート電極、120,121
はＰイオン注入領域、122,123はＮイオン注入領域、124
は素子間分離を示す。
に印加することでＰ形結晶とのヘテロ界面に生じた２次
元ホールガスの濃度をコントロールすることにより（第
８図参照）、Ｐ形トランジスタも同一結晶で構成でき
る。第８図において、99はゲート電極、100はＰ−AlGaA
s、101はノンドープ（P-,N-）GaAs、102はＮ−AlGaAs、
103は２次元電子ガス、104は２次元ホールガスを示す。
この場合は、オーミツク電極をＰ形のものを使用する。
Ｎ形とＰ形のトランジスタも同一結晶上にプレーナ形に
形成することができるので、従来のものより、はるかに
簡便にコンプリメンタリー回路を構成できる（第９図参
照）。第９図において、105は基板、106はＰ−AlGaAs、
107はノンドープAlGaAs、108はＮ−AlGaAs、109はノン
ドープAlGaAs、110はノンドープGaAs、111はノンドープ
GaAs、112は２次元ホールガス、113は２次元電子ガス、
114,116はＰ形オーミツク電極、115はゲート電極、117,
119はＮ形オーミツク電極、118はゲート電極、120,121
はＰイオン注入領域、122,123はＮイオン注入領域、124
は素子間分離を示す。
この手法によるコンプリメンタリー回路構成では、Ｎ
形,P形へのドーピング濃度の制御ないしＮ形,P形の両ト
ランジスタのゲート下のリセスエツチ量の制御（第10図
参照）により、しきい値を整合でき高性能を図れるとい
う利点がある。第10図において、125は基板、126はＮ−
AlGaAs、127はノンドープAlGaAs、128はノンドープGaA
s、129はノンドープAlGaAs、130はＰ−AlGaAs、131はノ
ンドープGaAs、132,134はＰ形オーミツク電極,133はゲ
ート電極、135,137はＮ形オーミツク電極、136はゲート
電極、138は２次元ホールガス、139は２次元電子ガス、
140,141はリセス・エツチ、142は素子間分離を示す。ま
た、Niをゲートメタルとして用い熱処理によりメタルを
沈下させ、しきい値制御するという方法も適用できる。
（参考文献:IEEE.EDL.Vol.EDL−5No.7 1984p241） 更に、後述のように、Ｐ形半導体を上層にしＮ形半導体
を下層にすることで、Ｐ形のコンタミによるパラレルコ
ンダクシヨンによるリーク電流の影響を除去できるた
め、回路の低消費電力化にも利点がある。
形,P形へのドーピング濃度の制御ないしＮ形,P形の両ト
ランジスタのゲート下のリセスエツチ量の制御（第10図
参照）により、しきい値を整合でき高性能を図れるとい
う利点がある。第10図において、125は基板、126はＮ−
AlGaAs、127はノンドープAlGaAs、128はノンドープGaA
s、129はノンドープAlGaAs、130はＰ−AlGaAs、131はノ
ンドープGaAs、132,134はＰ形オーミツク電極,133はゲ
ート電極、135,137はＮ形オーミツク電極、136はゲート
電極、138は２次元ホールガス、139は２次元電子ガス、
140,141はリセス・エツチ、142は素子間分離を示す。ま
た、Niをゲートメタルとして用い熱処理によりメタルを
沈下させ、しきい値制御するという方法も適用できる。
（参考文献:IEEE.EDL.Vol.EDL−5No.7 1984p241） 更に、後述のように、Ｐ形半導体を上層にしＮ形半導体
を下層にすることで、Ｐ形のコンタミによるパラレルコ
ンダクシヨンによるリーク電流の影響を除去できるた
め、回路の低消費電力化にも利点がある。
（VI）以上のように光電池，光電流検出器,N形およびＰ
形電界効果トランジスタ，フオトトランジスタはすべて
同一結晶を用いてプレーナ形に形成できるため、同一ウ
エハ−上にこれらを組み合わせて形成し様々な光電子回
路を構成することができる。
形電界効果トランジスタ，フオトトランジスタはすべて
同一結晶を用いてプレーナ形に形成できるため、同一ウ
エハ−上にこれらを組み合わせて形成し様々な光電子回
路を構成することができる。
（VII）なお、以上に用いた結晶の層構造としては、第
９図および第10図に示したようにヘテロ界面近傍のAl
0.5Ga0.5Asの不純物濃度を小さくすると、不純物の拡散
や散乱の効果を抑制して素子性能の向上に有効である。
また、混晶のAl組成比は0.5以外のものでも可能であ
る。更に、P,N半導体について、これらへのドーピング
濃度を、ヘテロ界面に近いほど大きく、遠いほど小さく
して分布させ丁度ヘテロ界面へのキヤリヤーの供給によ
つてPN半導体層は空乏化するように構成すると、オーミ
ツクコンタクトをとつた際に、高移動度の２次元ガス以
外のパラレルコンダクシヨンをひろわないですむ。
９図および第10図に示したようにヘテロ界面近傍のAl
0.5Ga0.5Asの不純物濃度を小さくすると、不純物の拡散
や散乱の効果を抑制して素子性能の向上に有効である。
また、混晶のAl組成比は0.5以外のものでも可能であ
る。更に、P,N半導体について、これらへのドーピング
濃度を、ヘテロ界面に近いほど大きく、遠いほど小さく
して分布させ丁度ヘテロ界面へのキヤリヤーの供給によ
つてPN半導体層は空乏化するように構成すると、オーミ
ツクコンタクトをとつた際に、高移動度の２次元ガス以
外のパラレルコンダクシヨンをひろわないですむ。
また、一般にMBE結晶では結晶がP-形のコンタミを持つ
ため、Ｐ形のパラレルコンダクシヨンを防ぐ手法とし
て、結晶の上層をＰ形として、下層をＮ形とする方法が
ある。このように構成すればＰ形オーミツクを結晶厚方
向に深くしすぎなければ容易に、Ｐ形のパラレルコンダ
クシヨンを除去できる。Al0.5Ga0.5As表面に保護用のノ
ンドープGaAs層をキヤツプとして設けると、表面酸化等
から防ぐことができる。
ため、Ｐ形のパラレルコンダクシヨンを防ぐ手法とし
て、結晶の上層をＰ形として、下層をＮ形とする方法が
ある。このように構成すればＰ形オーミツクを結晶厚方
向に深くしすぎなければ容易に、Ｐ形のパラレルコンダ
クシヨンを除去できる。Al0.5Ga0.5As表面に保護用のノ
ンドープGaAs層をキヤツプとして設けると、表面酸化等
から防ぐことができる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、光励起キヤリヤ
ーに働く内部電界が大きく、かつ、２次元電子ガス,2次
元ホールガスの利用により不純物散乱・再結合による特
性劣化の少ない、高性能の光起電力装置，光電流検出装
置，フオトトランジスタ、またこれらの組み合わせによ
る無バイアスの光検出器，無バイアスのフオトトランジ
スタ等を同一結晶上に製作が容易なプレーナ形に構成で
きる。これは、光センサー，光電源等に応用できる。
ーに働く内部電界が大きく、かつ、２次元電子ガス,2次
元ホールガスの利用により不純物散乱・再結合による特
性劣化の少ない、高性能の光起電力装置，光電流検出装
置，フオトトランジスタ、またこれらの組み合わせによ
る無バイアスの光検出器，無バイアスのフオトトランジ
スタ等を同一結晶上に製作が容易なプレーナ形に構成で
きる。これは、光センサー，光電源等に応用できる。
また更に、同一結晶上に、高移動度の２次元ガスをキヤ
リヤーとして用いる高性能のＮ形,P形の電界効果トラン
ジスタをしきい値整合して形成し、高性能のコンプリメ
ンタリー回路を同様にプレーナ形に構成できる。これら
様々な光電子素子を同一結晶上に組み合わせて構成し高
性能の光電子回路を実現し、計算機，中継器等の光通信
機器などに応用することができる。
リヤーとして用いる高性能のＮ形,P形の電界効果トラン
ジスタをしきい値整合して形成し、高性能のコンプリメ
ンタリー回路を同様にプレーナ形に構成できる。これら
様々な光電子素子を同一結晶上に組み合わせて構成し高
性能の光電子回路を実現し、計算機，中継器等の光通信
機器などに応用することができる。
第１図は本発明による光起電力装置の結晶構造を示す
図、第２図は本発明の第一の特徴を最もよく表わしてい
る光起電力装置の原理を示すバンドダイヤグラム、第３
図は本発明による光起電力装置の構成図、第４図は本発
明による光電流検出装置の構成図、第５図は本発明によ
る無バイアス光電流検出装置の構成図、第６図は本発明
による（光）電界効果トランジスタの構成図、第７図は
本発明による（光）電界効果トランジスタの原理を示す
バンドダイヤグラム、第８図は本発明の第二の特徴を最
もよく表わしているコンプリメンタリー回路の原理を示
すバンドダイヤグラム、第９図は本発明によるコンプリ
メンタリー回路構成の一実施例、第10図は本発明による
コンプリメンタリー回路構成の他の実施例、第11図は従
来のPN接合光起電力装置の模式図、第12図は従来のPN接
合光起電力装置の原理を示したバンドダイヤグラム、第
13図は従来の光電流検出器の模式図、第14図は従来の無
バイアス光電流検出器の原理を示したバンドダイヤグラ
ム、第15図は従来の無バイアス光電流検出器の模式図、
第16図は従来のコンプリメンタリー回路の構成模式図を
示す。 1,10……Ｐ型半導体 2,9,13,14……Ｎ型半導体 ３……PN接合面 4,32,45,60,91,93,114,116,132,134……Ｐ形オーミツク
電極 5,22,23,33,46,55,56,59,61,62,66,67,94,96,117,119,1
35,137……Ｎ形オーミツク電極 6,11,15,34,44,48,50,57,144……励起光 7,16,37,145……光励起電子 97……ＰチヤネルFET 98……ＮチヤネルFET 8,17,38……光励起ホール 12,24,36,49,54,63,64……光被照射半導体 25……導電層 47,51,58,65……メサ分離 18,31,41,71,88,102,108,126……Ｎ−AlGaAs 107,109,127,129……ノンドープ（P-,N-）AlGaAs 19,30,42,72,82,101,110,111,128,131……ノンドープ
（P-,N-）GaAs 20……ヘテロ界面 120,121……P+イオン注入領域 122,123……N+イオン注入領域 21,39,90,103,113,139,143……２次元電子ガス 40,89,104,112,138……２次元ホールガス 124,142……素子間分離 26,52……バイアス電圧 27,53……光電流 140,141……リセス・エツチ 29,43,73,86,100,106,130……Ｐ−AlGaAs 35,85,105,125……バツフアー層，基板等 69,70,92,95,99,115,118,133,136……ゲート電極
図、第２図は本発明の第一の特徴を最もよく表わしてい
る光起電力装置の原理を示すバンドダイヤグラム、第３
図は本発明による光起電力装置の構成図、第４図は本発
明による光電流検出装置の構成図、第５図は本発明によ
る無バイアス光電流検出装置の構成図、第６図は本発明
による（光）電界効果トランジスタの構成図、第７図は
本発明による（光）電界効果トランジスタの原理を示す
バンドダイヤグラム、第８図は本発明の第二の特徴を最
もよく表わしているコンプリメンタリー回路の原理を示
すバンドダイヤグラム、第９図は本発明によるコンプリ
メンタリー回路構成の一実施例、第10図は本発明による
コンプリメンタリー回路構成の他の実施例、第11図は従
来のPN接合光起電力装置の模式図、第12図は従来のPN接
合光起電力装置の原理を示したバンドダイヤグラム、第
13図は従来の光電流検出器の模式図、第14図は従来の無
バイアス光電流検出器の原理を示したバンドダイヤグラ
ム、第15図は従来の無バイアス光電流検出器の模式図、
第16図は従来のコンプリメンタリー回路の構成模式図を
示す。 1,10……Ｐ型半導体 2,9,13,14……Ｎ型半導体 ３……PN接合面 4,32,45,60,91,93,114,116,132,134……Ｐ形オーミツク
電極 5,22,23,33,46,55,56,59,61,62,66,67,94,96,117,119,1
35,137……Ｎ形オーミツク電極 6,11,15,34,44,48,50,57,144……励起光 7,16,37,145……光励起電子 97……ＰチヤネルFET 98……ＮチヤネルFET 8,17,38……光励起ホール 12,24,36,49,54,63,64……光被照射半導体 25……導電層 47,51,58,65……メサ分離 18,31,41,71,88,102,108,126……Ｎ−AlGaAs 107,109,127,129……ノンドープ（P-,N-）AlGaAs 19,30,42,72,82,101,110,111,128,131……ノンドープ
（P-,N-）GaAs 20……ヘテロ界面 120,121……P+イオン注入領域 122,123……N+イオン注入領域 21,39,90,103,113,139,143……２次元電子ガス 40,89,104,112,138……２次元ホールガス 124,142……素子間分離 26,52……バイアス電圧 27,53……光電流 140,141……リセス・エツチ 29,43,73,86,100,106,130……Ｐ−AlGaAs 35,85,105,125……バツフアー層，基板等 69,70,92,95,99,115,118,133,136……ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7630−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 31/08 Ｌ
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に形成されたPN接合を用いた光起電
力半導体装置において、前記のPN接合間に、Ｐ形および
Ｎ形半導体のいずれよりも、バンドエネルギーギャップ
が小で、かつノンドープないし、低ドープの第３半導体
層を配設し、前記の第３半導体層に対して、界面近傍に
形成される各キャリア層に対するＰ形オーミックコンタ
クトと、Ｎ形オーミックコンタクトを夫々形成して、光
起電力装置を構成することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】基板上に形成されたPN接合を用いた光起電
力半導体装置において、前記のPN接合間に、Ｐ形および
Ｎ形半導体のいずれよりも、バンドエネルギーギャップ
が小で、かつノンドープないし、低ドープの第３半導体
層を配設し、前記の第３半導体層に対して、界面近傍に
形成される各キャリア層に対する２個のＮ形オーミック
電極を形成し、前記の電極間にバイアス電圧を与えて光
電流検出装置を構成し、また同一結晶の他の領域で前記
の第３半導体層に対して界面近傍に形成される各キャリ
ア層に対するＰ形およびＮ形オーミック電極を形成し
て、光起電力装置を構成し、前記の光起電力装置を、前
記の光電流検出装置のバイアス電源として用い、無バイ
アス光電流検出装置を構成することを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60129966A JPH0728046B2 (ja) | 1985-06-17 | 1985-06-17 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60129966A JPH0728046B2 (ja) | 1985-06-17 | 1985-06-17 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61288474A JPS61288474A (ja) | 1986-12-18 |
| JPH0728046B2 true JPH0728046B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=15022832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60129966A Expired - Lifetime JPH0728046B2 (ja) | 1985-06-17 | 1985-06-17 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0728046B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102395776B1 (ko) * | 2015-05-18 | 2022-05-09 | 삼성전자주식회사 | 이차원 물질을 포함하는 반도체소자 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0656900B2 (ja) * | 1984-05-24 | 1994-07-27 | 国際電信電話株式会社 | 半導体光素子 |
| JPS61135168A (ja) * | 1984-12-06 | 1986-06-23 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
-
1985
- 1985-06-17 JP JP60129966A patent/JPH0728046B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61288474A (ja) | 1986-12-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |