JPS5958876A - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JPS5958876A JPS5958876A JP58157289A JP15728983A JPS5958876A JP S5958876 A JPS5958876 A JP S5958876A JP 58157289 A JP58157289 A JP 58157289A JP 15728983 A JP15728983 A JP 15728983A JP S5958876 A JPS5958876 A JP S5958876A
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- Japan
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- forbidden band
- photodetector
- semiconductor
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- 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
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/13—Photovoltaic cells having absorbing layers comprising graded bandgaps
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
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】
技術分野
本発明は光検出器、特に傾斜禁制（ｉｉ’領域を有する
光検出器に係る。
光検出器に係る。
本発明の背景
光検出器と一般に呼ばれる電磁放射検出可能なデバイス
は、近代技術に多くの用途を有する。これらのデバイス
は、典型的な場合、放射（で応答して電気的信号を発生
し、太陽電池、赤外センサ及び光伝送システム中の光検
出器のような多様な用途で用いられる。後者の用途は、
低損失シリカベース光ファイバの開発とともに、次第に
重要になっている。現在考えられている光伝送システム
において、そのようなファイバは光源及び光検出器と光
学的に結合する。
は、近代技術に多くの用途を有する。これらのデバイス
は、典型的な場合、放射（で応答して電気的信号を発生
し、太陽電池、赤外センサ及び光伝送システム中の光検
出器のような多様な用途で用いられる。後者の用途は、
低損失シリカベース光ファイバの開発とともに、次第に
重要になっている。現在考えられている光伝送システム
において、そのようなファイバは光源及び光検出器と光
学的に結合する。
他の用途とともに、そのような光伝送システム用の所望
のデータ速度が増すにつれ、更に速い光検出器への要求
が増した。はぼピュ秒のパルスを検出できるいくつかの
光検出器が開発された。たとえば、アプライド・フィジ
ックス診しターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）、３７．３７１−３７３頁８月１５日
、１９８０は、たとえばシリコンのようなアモルファス
半導体を用いた高速光検出器について述べている。
のデータ速度が増すにつれ、更に速い光検出器への要求
が増した。はぼピュ秒のパルスを検出できるいくつかの
光検出器が開発された。たとえば、アプライド・フィジ
ックス診しターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）、３７．３７１−３７３頁８月１５日
、１９８０は、たとえばシリコンのようなアモルファス
半導体を用いた高速光検出器について述べている。
光検出器特性を改善するために、たとえば新しい構造や
組成など各種の方法が試みられてきた。精密な組成制御
や変化を可能にする分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）
のような新しい結晶成長技術を用い、これらの方法を開
発することによシ、光検出器特性の改善の可能性が開か
れた。たとえば、成長方向に組成及び禁制帯幅の両方の
変化を有する半導体材料を成長させることが、今や可能
である。
組成など各種の方法が試みられてきた。精密な組成制御
や変化を可能にする分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）
のような新しい結晶成長技術を用い、これらの方法を開
発することによシ、光検出器特性の改善の可能性が開か
れた。たとえば、成長方向に組成及び禁制帯幅の両方の
変化を有する半導体材料を成長させることが、今や可能
である。
ドーピングを含む急峻な組成変化を有する半導体構造を
成長させることも可能である。
成長させることも可能である。
ＭＢＥがそのような材料及び構造を成長させられること
を用いて、いくつかの光検出器が開発された。たとえば
、正孔のイオン化係数に対する電子のそれの比は、半導
体に組成勾配をつけることにより、ｌ１ｌ−Ｖ族化合物
半導体では、本質的に変えられることがわかった。
を用いて、いくつかの光検出器が開発された。たとえば
、正孔のイオン化係数に対する電子のそれの比は、半導
体に組成勾配をつけることにより、ｌ１ｌ−Ｖ族化合物
半導体では、本質的に変えられることがわかった。
イオン化エネルギーと、電子及び正孔が遭遇する擬電界
の非対称性は、組成勾配から得られる強い禁制帯傾斜に
より生じる。組成変化を用いるもう一つのデバイスは、
フォトマルチプライヤと類似の固体素子と考えられる゛
′階段Ａ Ｐ Ｏ”と一般に呼ばれる多段傾斜禁制帯な
だれ光検出器である。エレクトロン・デバ、イス命しタ
ーズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）ＥＤＬ−３，７１−７３頁、１９８２年３月を参照
のこと。液相エピタキシー（ＬＰＥ）のような他の結晶
成長技術により製作された太陽電池のような他の光電子
デバイスにおいて、傾斜禁制帯材料が用いられてきた。
の非対称性は、組成勾配から得られる強い禁制帯傾斜に
より生じる。組成変化を用いるもう一つのデバイスは、
フォトマルチプライヤと類似の固体素子と考えられる゛
′階段Ａ Ｐ Ｏ”と一般に呼ばれる多段傾斜禁制帯な
だれ光検出器である。エレクトロン・デバ、イス命しタ
ーズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）ＥＤＬ−３，７１−７３頁、１９８２年３月を参照
のこと。液相エピタキシー（ＬＰＥ）のような他の結晶
成長技術により製作された太陽電池のような他の光電子
デバイスにおいて、傾斜禁制帯材料が用いられてきた。
たとえば、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）、３
０．４９２−４９３頁、５月１日、１９７７を参照のこ
と。述べられているデバイスは傾斜禁制帯ｐ形Ｑａ
／ｖ！Ａｓ層を有する。
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）、３
０．４９２−４９３頁、５月１日、１９７７を参照のこ
と。述べられているデバイスは傾斜禁制帯ｐ形Ｑａ
／ｖ！Ａｓ層を有する。
１−ｘ ｘ
先の議論は、傾斜禁制帯材料を用いることは、長い間知
られてきた光検出器以外のデバイスに傾斜禁制帯材料を
用いるように、光電子デバイスに用いることに限られる
ことを意味するのではない。たとえば、クレーマ（Ｋｒ
ｏｅｍｅｒ ）はアール・シー・ニー・レビュー（ＲＣ
Ａ Ｒｅｖｉｅｗ）、ｌ ８．３３２−３４２頁、１９
５７年９月において、トランジスタに傾斜禁制帯ベース
領域を用いることを提案した。
られてきた光検出器以外のデバイスに傾斜禁制帯材料を
用いるように、光電子デバイスに用いることに限られる
ことを意味するのではない。たとえば、クレーマ（Ｋｒ
ｏｅｍｅｒ ）はアール・シー・ニー・レビュー（ＲＣ
Ａ Ｒｅｖｉｅｗ）、ｌ ８．３３２−３４２頁、１９
５７年９月において、トランジスタに傾斜禁制帯ベース
領域を用いることを提案した。
傾斜禁制帯ベース領域の効果は、ベース走行時間を減す
擬電界を生じさせることで、そうでなければ走行時間は
通常拡散で制限される。
擬電界を生じさせることで、そうでなければ走行時間は
通常拡散で制限される。
本発明の要約
本発明に従うデバイスは、第１の伝導形と第１の禁制帯
を有する第１の半導体領域、第２の伝導形を有する第２
の半導体領域、第１の伝導形と第２の禁制帯を有する第
３の半導体領域、及び感光領域から成る高速光検出器で
ある。第１の禁制帯は第２の禁制帯より小さいか等しく
、第２の領域は第３の領域に隣接した第１のより大きな
値から、第１の領域に隣接した第２のより小さな（直１
で傾斜している禁制帯を翁する。第２の禁制帯は第１の
より大きな敏より、太きくすべきである。ゼロバイアス
で動作するデバイスの場合、第１の禁制帯は第２の、よ
り小さなｆ直より小さくすべきである。デバイスはまた
、第１及び第３の半導体領域を電気的に接続するための
手段から成る。好ましい実施例において、感光領域すな
わちフォトンが吸収され、電子−正孔対が発生する領域
は、第２又は第１領域の少くとも一つである。更に好ま
しい実施例において、光検出器はＩ−Ｖ族半導体化合物
から成る。なお更に好ましい実施例において、第１及び
第２の伝導形はそれぞれｎ及びｐで、高電子移動度のた
め、デバイスの応答速度はよシ速い。
を有する第１の半導体領域、第２の伝導形を有する第２
の半導体領域、第１の伝導形と第２の禁制帯を有する第
３の半導体領域、及び感光領域から成る高速光検出器で
ある。第１の禁制帯は第２の禁制帯より小さいか等しく
、第２の領域は第３の領域に隣接した第１のより大きな
値から、第１の領域に隣接した第２のより小さな（直１
で傾斜している禁制帯を翁する。第２の禁制帯は第１の
より大きな敏より、太きくすべきである。ゼロバイアス
で動作するデバイスの場合、第１の禁制帯は第２の、よ
り小さなｆ直より小さくすべきである。デバイスはまた
、第１及び第３の半導体領域を電気的に接続するための
手段から成る。好ましい実施例において、感光領域すな
わちフォトンが吸収され、電子−正孔対が発生する領域
は、第２又は第１領域の少くとも一つである。更に好ま
しい実施例において、光検出器はＩ−Ｖ族半導体化合物
から成る。なお更に好ましい実施例において、第１及び
第２の伝導形はそれぞれｎ及びｐで、高電子移動度のた
め、デバイスの応答速度はよシ速い。
詳細な記述
本発明に従う光検出器の実施例が、第１図に断面で示さ
れている。明瞭にするために、デバイスの要素は実際の
比率通りには描かれでいない。一般に１と印されている
デバイスは、第１の伝導形を有する基板３、第１の伝導
形を有するバッファ層５、第１の伝導形及び第１の禁制
帯を有する第１の半導体領域７、第２の伝導形を有する
第２の半導体領域９、第１の伝導形及び第２の禁制帯を
有する第３の半導体領域１１及び電極領域１３から成る
。
れている。明瞭にするために、デバイスの要素は実際の
比率通りには描かれでいない。一般に１と印されている
デバイスは、第１の伝導形を有する基板３、第１の伝導
形を有するバッファ層５、第１の伝導形及び第１の禁制
帯を有する第１の半導体領域７、第２の伝導形を有する
第２の半導体領域９、第１の伝導形及び第２の禁制帯を
有する第３の半導体領域１１及び電極領域１３から成る
。
領域１１の第２の禁制帯は、領域７の第１の禁制帯より
大きいか等しい。領域９の禁制帯は、第３の領域に隣接
した第１のより大きな値から、第１の領域に隣接した第
２の、よシ小さな筐まで傾斜している。第１の禁制帯は
第２の禁制帯よシ小さくてもよい。第１の禁制帯はまた
、もしデバイスをゼロバイアスで動作させるならば、第
２のより小さな値より小さくすべきである。ｈνと印さ
れる光が、図示されるようにデバイス上に入射する。層
１１及び１３は窓層として働き、光は吸収でれ、第２又
は第１の領域中の感光領域中に、電子−正孔対を発生す
る。窓層はこれら層中での光吸収を減すため、薄くすべ
きである。
大きいか等しい。領域９の禁制帯は、第３の領域に隣接
した第１のより大きな値から、第１の領域に隣接した第
２の、よシ小さな筐まで傾斜している。第１の禁制帯は
第２の禁制帯よシ小さくてもよい。第１の禁制帯はまた
、もしデバイスをゼロバイアスで動作させるならば、第
２のより小さな値より小さくすべきである。ｈνと印さ
れる光が、図示されるようにデバイス上に入射する。層
１１及び１３は窓層として働き、光は吸収でれ、第２又
は第１の領域中の感光領域中に、電子−正孔対を発生す
る。窓層はこれら層中での光吸収を減すため、薄くすべ
きである。
もし層が成長したままのように厚すぎると、選択された
部分をこれら層中での吸収を減すため、除去してもよい
。デバイスはまた、第１及び第３の半導体領域を電気的
に接続する手段から成り、それらは図示された実施例に
おいて、第１領域用の基板とバッファ層及び第３領域用
の電極領域１３、及びそれぞれと対応する電極２３及び
２５から成る。領域９は電極２１と電気的に接続しても
よい。デバ、イスは第２のより小さな値より大きな第１
の禁制帯を有する広禁制帯第１領域として製作してもよ
い。
部分をこれら層中での吸収を減すため、除去してもよい
。デバイスはまた、第１及び第３の半導体領域を電気的
に接続する手段から成り、それらは図示された実施例に
おいて、第１領域用の基板とバッファ層及び第３領域用
の電極領域１３、及びそれぞれと対応する電極２３及び
２５から成る。領域９は電極２１と電気的に接続しても
よい。デバ、イスは第２のより小さな値より大きな第１
の禁制帯を有する広禁制帯第１領域として製作してもよ
い。
基板３及びバッファ領域５は、領域１３と同様、オーム
性接触の形成を容易にするように、高濃度ドープ、すな
わち１０１７／７以上にするのが望ましい。バッファ層
はそれがコレクタ領域の成長を容易にするように、成長
される。第１及び第３領域のドーピング濃度は低く、す
なわち５ Ｘ １０１６／ｄ以下に保ち、第１領域−第
２領域、第３領域−第２領域容量の両方を最小にするの
が望ましい。好ましい実施例において、デバイスは■−
ｖ族化合物半導体から成る。更に好ましい実施例におい
てＩ［１−Ｖ化合物半導体はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓから
成り、ＸはＯＯより太きいか等しく、１０より小さいか
等しく、第１及び第２の伝導形はそれぞれｎ及びｐ形で
ある。具体的な実施例において、基板は４ Ｘ １０１
８／（ｉの濃度を有するｎ ＳｉドープＧａＡｓ
基板から成る。バッファ領域５はｎ＋ＧａＡｓから成っ
た。第１の領域１は約１０１５／７のドーピング濃度を
有するＳｎ−ドープで、１．５μｍの厚さでおった。第
２の領域９は０４μｍの厚さで、第１の領域に隣接した
ＧａＡｓから第３の領域に隣接したＡ１．２Ｇ２Ｌ、
ｓ Ａｓまで、組成的に傾斜していた。第２の領域は５
Ｘ １０１８／／ｃｒ！の濃度の高濃度］３ｅ ド
ープであった。広禁制帯第３領域１１はＡ１．４５ Ｇ
ａ、５５ Ａｓから成り、］、、５μｍの厚さで、２
Ｘ ］−０” ”１ｃｍ ＋３の濃度にＳｎをドープし
た。電極領域は約１００ナノメータ（１０００オングス
トローム）の厚さで、５ Ｘ １０１８／７の濃度にＳ
ｎを高濃度ドープしたＧａＡｓから成った。
性接触の形成を容易にするように、高濃度ドープ、すな
わち１０１７／７以上にするのが望ましい。バッファ層
はそれがコレクタ領域の成長を容易にするように、成長
される。第１及び第３領域のドーピング濃度は低く、す
なわち５ Ｘ １０１６／ｄ以下に保ち、第１領域−第
２領域、第３領域−第２領域容量の両方を最小にするの
が望ましい。好ましい実施例において、デバイスは■−
ｖ族化合物半導体から成る。更に好ましい実施例におい
てＩ［１−Ｖ化合物半導体はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓから
成り、ＸはＯＯより太きいか等しく、１０より小さいか
等しく、第１及び第２の伝導形はそれぞれｎ及びｐ形で
ある。具体的な実施例において、基板は４ Ｘ １０１
８／（ｉの濃度を有するｎ ＳｉドープＧａＡｓ
基板から成る。バッファ領域５はｎ＋ＧａＡｓから成っ
た。第１の領域１は約１０１５／７のドーピング濃度を
有するＳｎ−ドープで、１．５μｍの厚さでおった。第
２の領域９は０４μｍの厚さで、第１の領域に隣接した
ＧａＡｓから第３の領域に隣接したＡ１．２Ｇ２Ｌ、
ｓ Ａｓまで、組成的に傾斜していた。第２の領域は５
Ｘ １０１８／／ｃｒ！の濃度の高濃度］３ｅ ド
ープであった。広禁制帯第３領域１１はＡ１．４５ Ｇ
ａ、５５ Ａｓから成り、］、、５μｍの厚さで、２
Ｘ ］−０” ”１ｃｍ ＋３の濃度にＳｎをドープし
た。電極領域は約１００ナノメータ（１０００オングス
トローム）の厚さで、５ Ｘ １０１８／７の濃度にＳ
ｎを高濃度ドープしたＧａＡｓから成った。
デバイスは分子ビームエピタキシーで製作するのが便利
であるが、それはこの技術により所望の組成勾配が適切
に実現されろう・らである。この成長技術は周知であり
、その詳冊については述べる必要はない。組成変化はた
とえば、噴出オーフンの一つの湛度を変えることにより
、達成される。成長後、デバイスは当業者には周知の標
準的なフォトリングラフイ及びエツチンク技術を用いて
、メナに作られた。オーム性接触はＡｕ −３ｎ−Ａｕ
を蒸着し、水素流中で数秒間約５２０℃の渦度で合金化
し、続いてＡｕをｄｃメッキすることにより作成した。
であるが、それはこの技術により所望の組成勾配が適切
に実現されろう・らである。この成長技術は周知であり
、その詳冊については述べる必要はない。組成変化はた
とえば、噴出オーフンの一つの湛度を変えることにより
、達成される。成長後、デバイスは当業者には周知の標
準的なフォトリングラフイ及びエツチンク技術を用いて
、メナに作られた。オーム性接触はＡｕ −３ｎ−Ａｕ
を蒸着し、水素流中で数秒間約５２０℃の渦度で合金化
し、続いてＡｕをｄｃメッキすることにより作成した。
電極２１は周知の半導体プロセス技術で形成すると便利
である。たとえば、領域１１及び１３の部分を除去する
ために、フォトリングラフイー及び選択エッチを用いる
ことができた。次に、電］帆２１用の材料を、領域９上
に堆積させた。第１図（で描かれた構造は、デバイスの
理想化された図面であることが、当業者には容易に認識
されるであろう。
である。たとえば、領域１１及び１３の部分を除去する
ために、フォトリングラフイー及び選択エッチを用いる
ことができた。次に、電］帆２１用の材料を、領域９上
に堆積させた。第１図（で描かれた構造は、デバイスの
理想化された図面であることが、当業者には容易に認識
されるであろう。
製作されたデバイスは、典型的な場合５×１０−５ない
し１０ ｃｒ＆間の面積を有したが、これより大きな
面積及び小さな面積のいずれかをもつように作られたデ
バイスも、有用であろう。
し１０ ｃｒ＆間の面積を有したが、これより大きな
面積及び小さな面積のいずれかをもつように作られたデ
バイスも、有用であろう。
第２図は第１図に描かれたよりなデハ、イス中の、ゼ゛
ロバイアスにおけるエネル主゛−帯イ苛造及び光検出プ
ロセスを示す。明瞭にするために、第１、第２及び第３
領域のみが示されている。入射光はｈνと示されておシ
、吸収によって生じる電子及び正孔は、それぞれ十及び
−と示されている。破線はフエルミレベルを表す。はと
んどの入射光を傾斜禁制帯半導体領域中の感光領域中で
吸収すべきである。
ロバイアスにおけるエネル主゛−帯イ苛造及び光検出プ
ロセスを示す。明瞭にするために、第１、第２及び第３
領域のみが示されている。入射光はｈνと示されておシ
、吸収によって生じる電子及び正孔は、それぞれ十及び
−と示されている。破線はフエルミレベルを表す。はと
んどの入射光を傾斜禁制帯半導体領域中の感光領域中で
吸収すべきである。
これは対象とする光の波長において、第２の領域幅より
小さな１／αの吸収長を有する材料を、ヘースに選択す
ることにより実現される。
小さな１／αの吸収長を有する材料を、ヘースに選択す
ることにより実現される。
禁ｎｌＪ帯を傾斜させるこ七によシ生じた擬電界の動き
によって、入射フォトンの吸収により生じた電子−正孔
対は、アンビボーラ群ドリフト速度で、ｍ ｌの領域へ
移動する。入射パルス持続時間と同程度の時間で、第２
領域−第１領域接合の端部へ到達する。第２領域−第１
領域接合ｐ−ｎにおいて、電子は第１の領域に注入され
、一方正孔は第２図に示されるような接合（Ｃおける埋
め込み電位により停止さ亡られる。正孔はこのように蓄
積し、時間依存性の光電圧がバイアスされないｐ −ｎ
接合に生じ、それは接合、第２及び第３領域、外部負荷
抵抗により分割される。その結果、光電子は第１の領域
から第３の領域へ、外部回路を経由して、第２領域の両
側の電子擬フエルミレベルがほぼ等しくなり、両接合の
容量が充電される丑で流れる。従って、第３＝第２領域
及び第１−第２領域障壁が低下する。
によって、入射フォトンの吸収により生じた電子−正孔
対は、アンビボーラ群ドリフト速度で、ｍ ｌの領域へ
移動する。入射パルス持続時間と同程度の時間で、第２
領域−第１領域接合の端部へ到達する。第２領域−第１
領域接合ｐ−ｎにおいて、電子は第１の領域に注入され
、一方正孔は第２図に示されるような接合（Ｃおける埋
め込み電位により停止さ亡られる。正孔はこのように蓄
積し、時間依存性の光電圧がバイアスされないｐ −ｎ
接合に生じ、それは接合、第２及び第３領域、外部負荷
抵抗により分割される。その結果、光電子は第１の領域
から第３の領域へ、外部回路を経由して、第２領域の両
側の電子擬フエルミレベルがほぼ等しくなり、両接合の
容量が充電される丑で流れる。従って、第３＝第２領域
及び第１−第２領域障壁が低下する。
充′亀プロセスは比較的急速に起シ、第１図に描かれた
実施例の場合、ｒｃ時定数程度、すなわち約１５ｐｓで
ある。デバイスの平衡状態への戻りは、基本的に、正孔
が低下した第２−第３領域及び第２−第１領域障壁を越
えての熱放射と、それに続く第１及び第３領域又は電極
領域における電子との再結合により起る。これらのプロ
セスは２閂の容量を効果的に放電させ、大きな第２領截
−第３領域及び第２領域−第１領域障壁が比較的高入射
パ′ノーレベルにより低下するため、比較的速い。
実施例の場合、ｒｃ時定数程度、すなわち約１５ｐｓで
ある。デバイスの平衡状態への戻りは、基本的に、正孔
が低下した第２−第３領域及び第２−第１領域障壁を越
えての熱放射と、それに続く第１及び第３領域又は電極
領域における電子との再結合により起る。これらのプロ
セスは２閂の容量を効果的に放電させ、大きな第２領截
−第３領域及び第２領域−第１領域障壁が比較的高入射
パ′ノーレベルにより低下するため、比較的速い。
入射パワーレベルが低いと、平衡状態への戻りは遅くな
る。
る。
第２領域−第１領域接合が逆バイアスされると、デバイ
スはフォトトランジスタとして動作し、第２領域−第１
領域ダイオードは電流源として働き、電流は第２領域−
第３領域電位の低下を通して、トランジスタにより増幅
される。このエネルギー帯図は、第３図に描かれている
。感度の増加が観測された。第１１第２及び第３領域は
、それぞれコレクタ、ベース及びエミッタ領域とよんで
もよい。実効充電時間は（ｋＴ／Ｉｅ）（Ｃｂｅ＋Ｃｂ
ｃ ）である。
スはフォトトランジスタとして動作し、第２領域−第１
領域ダイオードは電流源として働き、電流は第２領域−
第３領域電位の低下を通して、トランジスタにより増幅
される。このエネルギー帯図は、第３図に描かれている
。感度の増加が観測された。第１１第２及び第３領域は
、それぞれコレクタ、ベース及びエミッタ領域とよんで
もよい。実効充電時間は（ｋＴ／Ｉｅ）（Ｃｂｅ＋Ｃｂ
ｃ ）である。
ことで、■ｅ はエミッタ電流、Ｃｂｅ及びＣｂｃば
、それぞれベース−エミッタ及びベース−コレクタ容量
で、高パワーレベルにおいては無視され、応答時間はゼ
ロバイアスにおいて観測されたそれと同程度である。
、それぞれベース−エミッタ及びベース−コレクタ容量
で、高パワーレベルにおいては無視され、応答時間はゼ
ロバイアスにおいて観測されたそれと同程度である。
本発明のデバイスの超高速すなわちピコ秒応答は、傾斜
禁制帯領域に関連している。入射光のほとんどは、この
高濃度ドープ領域中で吸啄される。もし高濃度ドープ領
域中に擬電界が存在しなければ、遅い拡散プロセスによ
り、デバイス応答の広がりが予想される。
禁制帯領域に関連している。入射光のほとんどは、この
高濃度ドープ領域中で吸啄される。もし高濃度ドープ領
域中に擬電界が存在しなければ、遅い拡散プロセスによ
り、デバイス応答の広がりが予想される。
拡散時間ＬＤはＷ２／Ｄで、Ｗはベースの厚さ、Ｄは拡
散係数である。、１０１８／ｃ１１ｔのドーピング濃度
を有するＧａＡｓ ｐ形第２領域をもつデバイスの場合
、Ｄは約２０（ｙｌ／ｓｅｃである。ことで述へている
実施例の場合、ＡＩＧａＡＳ傾斜第２領域が同程度のＧ
ａＡｓより移動度が低く、より高いドーピング濃度をも
つため、Ｄは幾分小さは１００ｐｓｅｃより大きいかほ
ぼ等しいはずである。パルスの広がりが観測されなかっ
たという事実は、ベース領域中の擬電界が、拡散時間と
同程度のわずかの時間で、電子を掃き出すことを意味し
ている。ベースに接続をすると、低パワーレベルにおけ
る応答時間が改善されるであろうことを認識すべきであ
乙。
散係数である。、１０１８／ｃ１１ｔのドーピング濃度
を有するＧａＡｓ ｐ形第２領域をもつデバイスの場合
、Ｄは約２０（ｙｌ／ｓｅｃである。ことで述へている
実施例の場合、ＡＩＧａＡＳ傾斜第２領域が同程度のＧ
ａＡｓより移動度が低く、より高いドーピング濃度をも
つため、Ｄは幾分小さは１００ｐｓｅｃより大きいかほ
ぼ等しいはずである。パルスの広がりが観測されなかっ
たという事実は、ベース領域中の擬電界が、拡散時間と
同程度のわずかの時間で、電子を掃き出すことを意味し
ている。ベースに接続をすると、低パワーレベルにおけ
る応答時間が改善されるであろうことを認識すべきであ
乙。
そのような接続はベース・エミッタ容量充電時間を減す
であろう。
であろう。
パルス応答測定は光検出器を導電性エポキシで、５０オ
ームストリツプ線の一つのアームにマウントすることに
より行った。このアームはｄｃパワ源に接続した。次に
、Ａｕ線をエミッタ電極に熱圧着で接続さ亡、ストリッ
プ線の他方のアームて接続し、アームはサンプリングオ
シロスコープに接続された。５ｐｓｅｃパルスを放射す
るモードロック６２０ナノメータ（６２００オングスト
ローム）ダイレーザを、光源として用いた。レーザは８
２Ｍ Ｈｚのくり返し周期を有した。パルス応答はバイ
アス条件により、強く影響を受けた。
ームストリツプ線の一つのアームにマウントすることに
より行った。このアームはｄｃパワ源に接続した。次に
、Ａｕ線をエミッタ電極に熱圧着で接続さ亡、ストリッ
プ線の他方のアームて接続し、アームはサンプリングオ
シロスコープに接続された。５ｐｓｅｃパルスを放射す
るモードロック６２０ナノメータ（６２００オングスト
ローム）ダイレーザを、光源として用いた。レーザは８
２Ｍ Ｈｚのくり返し周期を有した。パルス応答はバイ
アス条件により、強く影響を受けた。
ゼロバイアスにおいて、立上シ及び立下り時間は対称で
、長い尾はなかった。固有の検出器応答時間は、２０
ｐｓｅｃと計算された。ピーク入射１ノーザパワーは、
０１ないし１．０ワツトの範囲であった。
、長い尾はなかった。固有の検出器応答時間は、２０
ｐｓｅｃと計算された。ピーク入射１ノーザパワーは、
０１ないし１．０ワツトの範囲であった。
ベース・コレクター接続が逆バイアスされた時、デバイ
スはフォトトランジスタとして動作する。立」二り時間
及び半値幅（ＦＷＨＭ）は、ゼロバイアスにおいて観測
されるものと同程度であるが、感度ははるか（で高い。
スはフォトトランジスタとして動作する。立」二り時間
及び半値幅（ＦＷＨＭ）は、ゼロバイアスにおいて観測
されるものと同程度であるが、感度ははるか（で高い。
しかしパルスの速い減衰の後、数百ピコ秒の時定数を有
する長い尾が、明らかに観測された。フォトトランジス
タのパルス応答は、１０ｍＷ及び１０ワット間の入射光
パ′ノーで調べた。立」二り時間及び半値幅（ＦＷＨＭ
）は入射パワーレベルで変化しなかったが、尾の大き
さは入射光パワーレベルが減少するとともに小さくなる
ことが、明らかに観測された。ベース領域に接続し、ベ
ース−エミッタ接合を順方向バイアスすることにより、
低パワーレベル（（おけるデバイス応答時間が改善され
るであろう。
する長い尾が、明らかに観測された。フォトトランジス
タのパルス応答は、１０ｍＷ及び１０ワット間の入射光
パ′ノーで調べた。立」二り時間及び半値幅（ＦＷＨＭ
）は入射パワーレベルで変化しなかったが、尾の大き
さは入射光パワーレベルが減少するとともに小さくなる
ことが、明らかに観測された。ベース領域に接続し、ベ
ース−エミッタ接合を順方向バイアスすることにより、
低パワーレベル（（おけるデバイス応答時間が改善され
るであろう。
他の実施例も考えられる。たとえば、メサの実施例につ
いて述べたが、プレーナの実施例もまた考えられる。更
に、実施例は傾斜領域の禁制帯が、基板からの距酊とと
もに増加する場合について述べたが、光が基板を通して
入射し、傾斜領域の禁制帯が基板からの距離が増すとと
もに減少する実施例も考えられる。
いて述べたが、プレーナの実施例もまた考えられる。更
に、実施例は傾斜領域の禁制帯が、基板からの距酊とと
もに増加する場合について述べたが、光が基板を通して
入射し、傾斜領域の禁制帯が基板からの距離が増すとと
もに減少する実施例も考えられる。
第１図は本発明に従う実施例の一つの断面図、
第２図はゼロバイアスにおける本発明に従う光検出器の
検出プロセスを示すエネルギー帯図、 第３図はバイアス下における傾斜禁制帯フォトトランジ
スタのエネルギー帯図である。 〔主要部分の符号の説明〕 第１の半導体領域・７ 第２の半導１本領域・・９ 第３の半導体領域・・１１ 第１領域への電気的接触・・・２３ 第３領域への電気的接触・・・２５ カムパニー、インコーポレーテツド 第１頁の続き ０発 明 者 バリー・フランクリン・レヴイン アメリカ合衆国０７９３０ニユージ ヤーシイ・エセックス・リヴイ ングトン・ベア・プルツク・レ ーン２２ ０発 明 者 フエデリコ・キャパソ アメリカ合衆国０７０９０ニュージ ャーシイ・ユニオン・ウニアト フィールド・アイリツフエ・ア ヴエニュー２０５ ０発 明 者 ウオンーテイエン・ツァングアメリカ合
衆国０７９７４ニュージ ャーシイ・ユニオン・ニュープ ロヴイデンス拳つッドクレスト ・ドライヴ７８
検出プロセスを示すエネルギー帯図、 第３図はバイアス下における傾斜禁制帯フォトトランジ
スタのエネルギー帯図である。 〔主要部分の符号の説明〕 第１の半導体領域・７ 第２の半導１本領域・・９ 第３の半導体領域・・１１ 第１領域への電気的接触・・・２３ 第３領域への電気的接触・・・２５ カムパニー、インコーポレーテツド 第１頁の続き ０発 明 者 バリー・フランクリン・レヴイン アメリカ合衆国０７９３０ニユージ ヤーシイ・エセックス・リヴイ ングトン・ベア・プルツク・レ ーン２２ ０発 明 者 フエデリコ・キャパソ アメリカ合衆国０７０９０ニュージ ャーシイ・ユニオン・ウニアト フィールド・アイリツフエ・ア ヴエニュー２０５ ０発 明 者 ウオンーテイエン・ツァングアメリカ合
衆国０７９７４ニュージ ャーシイ・ユニオン・ニュープ ロヴイデンス拳つッドクレスト ・ドライヴ７８
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 第１の伝導形及び第１の禁制帯を有する第１の半
導体領域；第２の伝導形を有する第２の半導体領域及び
第１の伝導形と第２の禁制帯を有する第３の半導体領域
から成る光検出器であって、該第２の領域は該第１及び
該第３の領域と接触し、該第１の禁制帯は該第２の禁制
帯より小さいか等しく、該第２の領域は該第３の領域に
接した第１のより大きな値から、該第１の領域に接した
第２のよシ小さな値まで傾斜した禁制帯を有し、該第２
及び第１領域の少くとも１つは感光性で、該第１及び該
第３領域への電気的接触を含む光検出器。 ２、 前記第１項に記載の光検出器において、該第１の
禁制帯は該第２の禁制帯より小さいことを特徴とする光
検出器。 ３、 前記第２項に記載の光検出器において、該第２領
域への電気的接触が更に含まれることを特徴とする光検
出器。 ４、前記第２又は第３項に記載の光検出器において、 該第１、第２及び第３領域はｍ−Ｖ族化合物半導体から
成ることを特徴とする光検出器。 ５、前記第４項に記載の光検出器において、該ｍ−ｖ族
化合物半導体は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓから成シ、Ｘは
０，０よシ大きいか等しく、１．０より小さいか等しい
ことを特徴とする光検出器。 ６、前記第５項に記載の光検出器において、該第１の伝
導形はｎ形であることを特徴とする光検出器。 ７、 前記第２又は３項に記載の光検出器において、 該第１の禁制帯は第２の禁制帯（・で等しく、該第２の
より小さな値より大きいことを特徴とする光検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/412,786 US4599632A (en) | 1982-08-30 | 1982-08-30 | Photodetector with graded bandgap region |
| US412786 | 1982-08-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5958876A true JPS5958876A (ja) | 1984-04-04 |
Family
ID=23634483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58157289A Pending JPS5958876A (ja) | 1982-08-30 | 1983-08-30 | 光検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4599632A (ja) |
| JP (1) | JPS5958876A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008201504A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Seiko Epson Corp | 媒体処理装置 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4727341A (en) * | 1985-06-28 | 1988-02-23 | Nec Corporation | Optical modulator |
| FR2592217B1 (fr) * | 1985-12-20 | 1988-02-05 | Thomson Csf | Photocathode a amplification interne |
| JPH0738457B2 (ja) * | 1986-07-18 | 1995-04-26 | 株式会社東芝 | 光・電子双安定素子 |
| EP0304048B1 (en) * | 1987-08-19 | 1997-05-28 | Nec Corporation | A planar type heterostructure avalanche photodiode |
| US4860074A (en) * | 1987-11-05 | 1989-08-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator, National Aeronautics And Space Administration | Alternating gradient photodetector |
| US4857982A (en) * | 1988-01-06 | 1989-08-15 | University Of Southern California | Avalanche photodiode with floating guard ring |
| US5258624A (en) * | 1988-05-27 | 1993-11-02 | U.S. Philips Corp. | Transferred electron effect device |
| US5144138A (en) * | 1989-10-06 | 1992-09-01 | Texas Instruments Incorporated | Infrared detector and method |
| JP3285981B2 (ja) * | 1993-01-14 | 2002-05-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
| US6998635B2 (en) * | 2003-05-22 | 2006-02-14 | Itt Manufacturing Enterprises Inc. | Tuned bandwidth photocathode for transmission negative electron affinity devices |
| TWI261934B (en) * | 2003-09-09 | 2006-09-11 | Asahi Kasei Emd Corp | Infrared sensing IC, infrared sensor and method for producing the same |
| TW201001736A (en) * | 2008-06-19 | 2010-01-01 | Univ Nat Central | A high-speed avalanche photodiode |
| US11508869B2 (en) | 2019-08-06 | 2022-11-22 | Ohio State Innovation Foundation | Lateral interband type II engineered (LITE) detector |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4254429A (en) * | 1978-07-08 | 1981-03-03 | Shunpei Yamazaki | Hetero junction semiconductor device |
| US4203124A (en) * | 1978-10-06 | 1980-05-13 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Low noise multistage avalanche photodetector |
| US4383269A (en) * | 1980-09-19 | 1983-05-10 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Graded bandgap photodetector |
-
1982
- 1982-08-30 US US06/412,786 patent/US4599632A/en not_active Expired - Fee Related
-
1983
- 1983-08-30 JP JP58157289A patent/JPS5958876A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008201504A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Seiko Epson Corp | 媒体処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4599632A (en) | 1986-07-08 |
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