JPS6146080A - 半導体受光装置 - Google Patents
半導体受光装置Info
- Publication number
- JPS6146080A JPS6146080A JP59168168A JP16816884A JPS6146080A JP S6146080 A JPS6146080 A JP S6146080A JP 59168168 A JP59168168 A JP 59168168A JP 16816884 A JP16816884 A JP 16816884A JP S6146080 A JPS6146080 A JP S6146080A
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- JP
- Japan
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- layer
- emitter
- base
- ingaasp
- collector
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- 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.)
- Pending
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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
- H10F30/24—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 two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors
- H10F30/245—Bipolar phototransistors
Landscapes
- Light Receiving Elements (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体受光装置、特に波長１，１乃至１．６５
μｍ程度の赤外帯域に適するホトトランジスタの改良に
関する。
μｍ程度の赤外帯域に適するホトトランジスタの改良に
関する。
光通信では石英系光ファイバの伝送損失が最も少ない波
長１．３乃至１．５５μｍ程度の帯域が用いられ、この
波長帯域に適合する光半導体装置の特性及び信頼性を改
善する努力が重ねられている。
長１．３乃至１．５５μｍ程度の帯域が用いられ、この
波長帯域に適合する光半導体装置の特性及び信頼性を改
善する努力が重ねられている。
半導体受光装置としては、１つのｐｎｍ合を有するホト
ダイオードがより多く用いられているが、シμ ｎｐｎ或いは 構造によりて増幅効果が得られるホト
トランジスタについても大きい期待が寄せられておシ、
その特徴を更に効果的にする特性の改善が要望されてい
る。
ダイオードがより多く用いられているが、シμ ｎｐｎ或いは 構造によりて増幅効果が得られるホト
トランジスタについても大きい期待が寄せられておシ、
その特徴を更に効果的にする特性の改善が要望されてい
る。
前記の波長帯域の光について光電変換を行なうく適し、
かつインジウム燐化合物（ＩｎＰ）Ｋ格子整合する半導
体材料として、インジウムガリウム砒素化合物（Ｉｎ０
．５３Ｇｍ０．４７Ａｓ ）が多く用いられており、こ
のＩｎＧａＡｓを用いて、例えば第２図（ａ）Ｋ示す如
きホトトランジスタが既に知られている。
かつインジウム燐化合物（ＩｎＰ）Ｋ格子整合する半導
体材料として、インジウムガリウム砒素化合物（Ｉｎ０
．５３Ｇｍ０．４７Ａｓ ）が多く用いられており、こ
のＩｎＧａＡｓを用いて、例えば第２図（ａ）Ｋ示す如
きホトトランジスタが既に知られている。
図において、１１はＩｎＰ基板、１２はＩｎＱａ人＠コ
レクタ層、１３はＩｎＧａＡｓペース層、１５はＩｎＰ
エミッタ層、１６はエミッタ電極、１７はコレクタ電極
である。なおベースｒ＠１３は他の半導体層及び基板と
は反対の導電型として、ｎｐｎ又はｐｎｐ接合が形成さ
れる。
レクタ層、１３はＩｎＧａＡｓペース層、１５はＩｎＰ
エミッタ層、１６はエミッタ電極、１７はコレクタ電極
である。なおベースｒ＠１３は他の半導体層及び基板と
は反対の導電型として、ｎｐｎ又はｐｎｐ接合が形成さ
れる。
このホトトランジスタではコレクタ接合に逆方向にバイ
アスを印加して、ベース層１３及び；レクタＲ１２に光
を照射するが、例えばｎｐｎ構造の場合には第２図（ｂ
）に実線で示すエネルギ一単位によりて光電流の増加作
用を得る。
アスを印加して、ベース層１３及び；レクタＲ１２に光
を照射するが、例えばｎｐｎ構造の場合には第２図（ｂ
）に実線で示すエネルギ一単位によりて光電流の増加作
用を得る。
すなわちベースコレクタ接合で励起された正孔はベース
層１３のポテンシャル井戸に蓄積されて、エミ、りが順
方向にバイアスされる。この結果エミッタ層１５からベ
ース層１３への電子の注入が増加して、光の照射により
て生じた電子よりも多くの電子がコレクタ層１２に流れ
、光電流として寄与する。
層１３のポテンシャル井戸に蓄積されて、エミ、りが順
方向にバイアスされる。この結果エミッタ層１５からベ
ース層１３への電子の注入が増加して、光の照射により
て生じた電子よりも多くの電子がコレクタ層１２に流れ
、光電流として寄与する。
前記従来例〈おいては１ｎＱａＡｓペ一ス層１３に対し
て、エミ、り層１５はＩｎＧａＡａ １３よシバンド
ギャ、プの大きいＩｎＰで形成している。
て、エミ、り層１５はＩｎＧａＡａ １３よシバンド
ギャ、プの大きいＩｎＰで形成している。
これはエミッタｅペース接合のエミッタ側のバンドギャ
ップ七人きく子ることによって、前記ｎｐｎｓ造の場合
には正孔のエミッタ層１５への流入を阻止する効果を拡
大して、注入効率を増大するためである。
ップ七人きく子ることによって、前記ｎｐｎｓ造の場合
には正孔のエミッタ層１５への流入を阻止する効果を拡
大して、注入効率を増大するためである。
しかしながら従来性なわれている製造方法では、例えば
ｎｐｎ構造のｐ型ＩｎにａＡｓベース層１３に続いてｎ
型ＩｎＰエミフタ層１５を成長する際に、ベース層１３
に添加されたアクセプタ不純物であるカドミウム（Ｃｄ
）、亜鉛（Ｚｎ）等がエミッタ層１５に拡散して、ヘ
テロ接合界面近傍の領域がｐ凰に反転しエミ、り・ベー
ス接合はＩｎＰ層１層中５中動してホモ接合となる。こ
の状態のエネルギー準位を第２図（ロ）に破線で示す。
ｎｐｎ構造のｐ型ＩｎにａＡｓベース層１３に続いてｎ
型ＩｎＰエミフタ層１５を成長する際に、ベース層１３
に添加されたアクセプタ不純物であるカドミウム（Ｃｄ
）、亜鉛（Ｚｎ）等がエミッタ層１５に拡散して、ヘ
テロ接合界面近傍の領域がｐ凰に反転しエミ、り・ベー
ス接合はＩｎＰ層１層中５中動してホモ接合となる。こ
の状態のエネルギー準位を第２図（ロ）に破線で示す。
この状態ではｎ型エミ、りＷ４１５からｐ型ペース層１
３への電子の注入が減少して、目的とした注入効率の増
大が充分に行なわれない。
３への電子の注入が減少して、目的とした注入効率の増
大が充分に行なわれない。
例えば液相成長法によフて工ｎＱＩＬＡ＋１層上にＩｎ
Ｐ層を形成した場合、その界面はＩｎＰ中に１ｎＱａＡ
ｓが溶けこみ易くなる為、界面準位が非常に大きい。こ
のためエミッタ／１５１５からベースＷＪ１３に注入さ
れた電子は、 ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ１層との界面に
おいて正孔との再結合する割合が高くなり、その輸送効
率が１よりかなυ小さくなりている。
Ｐ層を形成した場合、その界面はＩｎＰ中に１ｎＱａＡ
ｓが溶けこみ易くなる為、界面準位が非常に大きい。こ
のためエミッタ／１５１５からベースＷＪ１３に注入さ
れた電子は、 ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ１層との界面に
おいて正孔との再結合する割合が高くなり、その輸送効
率が１よりかなυ小さくなりている。
〔発明が解決しようとする問題点３
以上説明した如〈従来のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系ホトト
ランジスタでは、エミッタからベースへのキャリア注入
効率の増大の効果が損なわれておシ、かつペース輸送動
量も小さい。この結果電流増幅率は高々１００程度であ
うて、その改善が要望されている。
ランジスタでは、エミッタからベースへのキャリア注入
効率の増大の効果が損なわれておシ、かつペース輸送動
量も小さい。この結果電流増幅率は高々１００程度であ
うて、その改善が要望されている。
前記問題点は、第１導電型のインジウム燐化合物半導体
基板に格子整合して、インジウムガリウム砒素化合物よ
りなる第１導電型のコレクタ層と、インジウムガリウム
砒素化合物ＮＩＫ、インジウムガリウム砒素燐化合物層
が積層された第２導電型のベース層と、該インジウムガ
リウム砒素燐化合物ｍＫｆしてアルミニウムインジウム
砒素化合物よりなる第１導電型のエミッタ層とを備えて
なる本発明による半導体受光装置により解決される。
基板に格子整合して、インジウムガリウム砒素化合物よ
りなる第１導電型のコレクタ層と、インジウムガリウム
砒素化合物ＮＩＫ、インジウムガリウム砒素燐化合物層
が積層された第２導電型のベース層と、該インジウムガ
リウム砒素燐化合物ｍＫｆしてアルミニウムインジウム
砒素化合物よりなる第１導電型のエミッタ層とを備えて
なる本発明による半導体受光装置により解決される。
本発明においてはコレクタ層は前記従来例と同様である
が、ベース層は２層構造でそのコレクタ層側！側はＩｎ
ＧａＡｓ 、ｘミッタ層側はＩｎＧＩＬＡＩ！ＩＰであ
υ、更にエミッタ層はＡＪＩｎＡｓよりなる０すなわち
、まずベース層を２層構造とし、そのコレクタ層側はホ
モ接合が形成されるＩｎＧａＡａであるに対して、エミ
、り層側はこれよりバンドギャップの大きいＩｎＧａＡ
ｓＰで形成して、かつその合計厚さを従来のベース層と
同等以下とする。
が、ベース層は２層構造でそのコレクタ層側！側はＩｎ
ＧａＡｓ 、ｘミッタ層側はＩｎＧＩＬＡＩ！ＩＰであ
υ、更にエミッタ層はＡＪＩｎＡｓよりなる０すなわち
、まずベース層を２層構造とし、そのコレクタ層側はホ
モ接合が形成されるＩｎＧａＡａであるに対して、エミ
、り層側はこれよりバンドギャップの大きいＩｎＧａＡ
ｓＰで形成して、かつその合計厚さを従来のベース層と
同等以下とする。
ベースＭａｃ ＩｎＧａＡｓＰ ＲＡとＩｎＧａＡｓ
層との２層構造とする事により工ｎＱａＡｓＰ とＩ
ｎＱａＡｓとの界面での再結合は無視出来る程に小とな
る。
層との２層構造とする事により工ｎＱａＡｓＰ とＩ
ｎＱａＡｓとの界面での再結合は無視出来る程に小とな
る。
また、ＩｎＧａＡＩＩＰ層の厚さをＷ’＋少数キャリア
拡散長をＬ＋ 、ＩｎＧａＡｓ 層についてそねそれＷ
鵞、 Ｌｘ とすわばベースの輸送効率α丁はα丁＝
１／ｃｏｓｈ（）ｃａｓｈ（Ｂ）となる。一方本発明の
二層構造ベースに相当する厚さＷｅ （＝Ｗ＋イズ）の
ベースの場合αＴ＝ １７ｃｏｓｈ（Ｗ−！−） Ｌ。
拡散長をＬ＋ 、ＩｎＧａＡｓ 層についてそねそれＷ
鵞、 Ｌｘ とすわばベースの輸送効率α丁はα丁＝
１／ｃｏｓｈ（）ｃａｓｈ（Ｂ）となる。一方本発明の
二層構造ベースに相当する厚さＷｅ （＝Ｗ＋イズ）の
ベースの場合αＴ＝ １７ｃｏｓｈ（Ｗ−！−） Ｌ。
となる。Ｌｏ＝Ｌ＋＝Ｌ２である事は実験的に知られて
いるから１〜αＴ〉αＴ′が得られ、本発明を用いると
輸送効率が１に接近する。
いるから１〜αＴ〉αＴ′が得られ、本発明を用いると
輸送効率が１に接近する。
更に前記ＩｎＧａＡｓＰ層をノンドープとしかつその厚
さを選択して、その上にエミッタｆｉ％’にエピタキシ
ャル成長する際のベース層からの不純物拡散をエミッタ
層とのへテロ接合界面で止めてｐｎ接合をヘテロ接合界
面に合致させ、ヘテロ接合の効果を完全に発揮する。
さを選択して、その上にエミッタｆｉ％’にエピタキシ
ャル成長する際のベース層からの不純物拡散をエミッタ
層とのへテロ接合界面で止めてｐｎ接合をヘテロ接合界
面に合致させ、ヘテロ接合の効果を完全に発揮する。
エミッタ層は従来のＩｎＰに代えて、ＩｎＰ基板に格子
整合する現在知られている化合物半導体中で最もバンド
ギャップの大きいＩｎＯ，５２ＡＪ０．４８Ａ８とする
ことによって、エミッタ層からベース層へのキャリア注
入効果を増加させる。
整合する現在知られている化合物半導体中で最もバンド
ギャップの大きいＩｎＯ，５２ＡＪ０．４８Ａ８とする
ことによって、エミッタ層からベース層へのキャリア注
入効果を増加させる。
以下本発明を実施例によシ第１図を参照して具体的に説
明する。
明する。
第１図（ａ）は本発明の実施例の断面図であシ、１は不
純物濃度が例えば２ Ｘ １０１８ｃｍ−３程度のｎ型
ＩｎＰ基板である。
純物濃度が例えば２ Ｘ １０１８ｃｍ−３程度のｎ型
ＩｎＰ基板である。
このＩｎＰ基板ｌ上に下記のコレクタ層、ベース層及び
エミッタ層を順次エピタキシャル成長する。
エミッタ層を順次エピタキシャル成長する。
コレクタ層は、前記従来例と同様に、例えば不純物濃度
２ Ｘ １０１６ｃｍ−３程度のｎ型Ｉｎ０．５３Ｇａ
０．４７Ａｓｉ２で、その厚さは例えば１．５μｍ程度
以上とする。
２ Ｘ １０１６ｃｍ−３程度のｎ型Ｉｎ０．５３Ｇａ
０．４７Ａｓｉ２で、その厚さは例えば１．５μｍ程度
以上とする。
ベース層としては、ｐ型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ
層３を例えば不純物濃度５ Ｘ １０１７ｃｍ−３程度
として、厚さ０．１乃至０．２μｍ程度に成長し、更に
Ｉｎ１−ＸＧ ａｘ Ａａｙ Ｐ＋−７層４を例えば）
ｒ＝Ｑ、７１乃至０．３３程度の組成で厚さ０．１μｍ
程度にノンドープでエピタキシャル成長する。
層３を例えば不純物濃度５ Ｘ １０１７ｃｍ−３程度
として、厚さ０．１乃至０．２μｍ程度に成長し、更に
Ｉｎ１−ＸＧ ａｘ Ａａｙ Ｐ＋−７層４を例えば）
ｒ＝Ｑ、７１乃至０．３３程度の組成で厚さ０．１μｍ
程度にノンドープでエピタキシャル成長する。
次いでエミ、り層としてｎ ｍ Ｉ ｎ Ｏ，５２ＡＪ
Ｏ，４ＢＡｓ層５ｔ−例えば不純物濃度２Ｘ１０ｃｍ
、厚さ１μｍ程度以上に成長する。
Ｏ，４ＢＡｓ層５ｔ−例えば不純物濃度２Ｘ１０ｃｍ
、厚さ１μｍ程度以上に成長する。
前記ＩｎＧａＡｓＰ層４及びＩｎＡｊＡｉ層５のエピタ
キシャル成長温度で、 ＩｎＧａＡａ層３にドープさ
れたアクセプタ不純物、例えば（ｄ、 ｚｎなどがＩｎ
ＧａＡｓＰ層４に拡散するが、ＩｎＡＪｔＡａ 層５内
に拡散するに到らず％ｎ型Ｉ ｎＡＪＡａ層５とｐ５Ｊ
ＩＬトなりたＩｎＧａＡｓＰ層４とのへテロ接合界面Ｋ
ｐｎ接合が形成される。
キシャル成長温度で、 ＩｎＧａＡａ層３にドープさ
れたアクセプタ不純物、例えば（ｄ、 ｚｎなどがＩｎ
ＧａＡｓＰ層４に拡散するが、ＩｎＡＪｔＡａ 層５内
に拡散するに到らず％ｎ型Ｉ ｎＡＪＡａ層５とｐ５Ｊ
ＩＬトなりたＩｎＧａＡｓＰ層４とのへテロ接合界面Ｋ
ｐｎ接合が形成される。
この半導体基体に従来技術によりて、エミ、り電極６及
びコレクタ電極７を配設しメサエツチングを行なうなど
の工程を経て本実施例が完成する。
びコレクタ電極７を配設しメサエツチングを行なうなど
の工程を経て本実施例が完成する。
本実施例に、従来と同様に、コレクタ接合に逆方向にバ
イアスを印加して、ベース層３及び４並びにコレクタ層
２に受光感度を有する帯域内の光を照射した場合に、第
１図（ｂ）に示すエネルギー準位となる。
イアスを印加して、ベース層３及び４並びにコレクタ層
２に受光感度を有する帯域内の光を照射した場合に、第
１図（ｂ）に示すエネルギー準位となる。
本図と第２図（ｂ）の破線による従来例とを比較して明
らかなる如く、ベース層３及び４からエミ。
らかなる如く、ベース層３及び４からエミ。
り層５への正孔のバリアが増大してその蓄積が増加し、
更にエミッタ層５からベース層３への電子のバリアが減
少し、電子注入が増加して、注入効率が増大している。
更にエミッタ層５からベース層３への電子のバリアが減
少し、電子注入が増加して、注入効率が増大している。
また先に述べた如く、ベース層にＩｎＧａＡｓＰ層４と
これよυバンドギャップが小さいＩｎＱａＡａ層３とに
よるヘテロ接合を設けたことによって電子輸送効率が上
昇している。
これよυバンドギャップが小さいＩｎＱａＡａ層３とに
よるヘテロ接合を設けたことによって電子輸送効率が上
昇している。
これらの結果として１本実施例においては電流増幅率と
して１０００倍以上の値が得られている。
して１０００倍以上の値が得られている。
前記実施例はｎｐｎ構造であるが、ｐｎｐ 構造につ
いても本発明によりて同様の効果を得ることができる。
いても本発明によりて同様の効果を得ることができる。
以上説明した如く本発明によれば、エミッタ領域からベ
ース領域へのキャリア注入効率とベース領域の少数キャ
リア輸送効率とが何れも増加することによりて、電流増
幅率が大幅に増大する。この結果光通信の光信号検知器
の信号対雑音比の改善を実現することができる。
ース領域へのキャリア注入効率とベース領域の少数キャ
リア輸送効率とが何れも増加することによりて、電流増
幅率が大幅に増大する。この結果光通信の光信号検知器
の信号対雑音比の改善を実現することができる。
第１図（ａ）は本発明の実施例の断面図、第１図（ｂ）
は本実施例の工オルギー茎位図、第２図（ａ）は従来例
の断面図、第２図（ｂ）は該従来例のエネルギー準位図
である。 図において、 １はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型工ｎＧａＡｓコレフタ層
、３はｐ型ＩｎＧａＡｓベース層、４はノンドープで成
長したｐ型工ｎＧａＡＳＰペース層、５はｎ型ＡｊｌＩ
ｎＡｓエミッタ層、６はエミッタ電極、７はコレクタ電
極、を示す。 芽 １ 組 辛 ２
は本実施例の工オルギー茎位図、第２図（ａ）は従来例
の断面図、第２図（ｂ）は該従来例のエネルギー準位図
である。 図において、 １はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型工ｎＧａＡｓコレフタ層
、３はｐ型ＩｎＧａＡｓベース層、４はノンドープで成
長したｐ型工ｎＧａＡＳＰペース層、５はｎ型ＡｊｌＩ
ｎＡｓエミッタ層、６はエミッタ電極、７はコレクタ電
極、を示す。 芽 １ 組 辛 ２
Claims (1)
- 第１導電型のインジウム燐化合物半導体基板に格子整合
して、インジウムガリウム砒素化合物よりなる第１導電
型のコレクタ層と、インジウムガリウム砒素化合物層に
インジウムガリウム砒素燐化合物層が積層された第２導
電型のベース層と、該インジウムガリウム砒素燐化合物
層に接してアルミニウムインジウム砒素化合物よりなる
第１導電型のエミッタ層とを備えてなることを特徴とす
る半導体受光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59168168A JPS6146080A (ja) | 1984-08-11 | 1984-08-11 | 半導体受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59168168A JPS6146080A (ja) | 1984-08-11 | 1984-08-11 | 半導体受光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6146080A true JPS6146080A (ja) | 1986-03-06 |
Family
ID=15863061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59168168A Pending JPS6146080A (ja) | 1984-08-11 | 1984-08-11 | 半導体受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6146080A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62219675A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体受光装置 |
| US4982255A (en) * | 1988-11-18 | 1991-01-01 | Nec Corporation | Avalanche photodiode |
| US5343054A (en) * | 1992-09-14 | 1994-08-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-detection device with recombination rates |
-
1984
- 1984-08-11 JP JP59168168A patent/JPS6146080A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62219675A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体受光装置 |
| US4982255A (en) * | 1988-11-18 | 1991-01-01 | Nec Corporation | Avalanche photodiode |
| US5343054A (en) * | 1992-09-14 | 1994-08-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-detection device with recombination rates |
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