JPS6220382A - Optical semiconductor device - Google Patents
Optical semiconductor deviceInfo
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- JPS6220382A JPS6220382A JP60159899A JP15989985A JPS6220382A JP S6220382 A JPS6220382 A JP S6220382A JP 60159899 A JP60159899 A JP 60159899A JP 15989985 A JP15989985 A JP 15989985A JP S6220382 A JPS6220382 A JP S6220382A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
本発明は、化合物半導体を用いて、モノリシ・ツクにト
ランジスタと集積化するのに好適とされる光半導体装置
と1−7てMSMフォト・ダイオードが知られている。[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention relates to an optical semiconductor device using a compound semiconductor and suitable for monolithic integration with a transistor, and an MSM photodiode known as 1-7. ing.
MSMフォト・ダイオードの電極+4料としてWSix
を用いて暗電流を減少さ一ロることは既に提案されてい
るが、更に透明電極材料を併用することにより光感度の
改善を行った。WSix as electrode +4 material of MSM photodiode
It has already been proposed to reduce the dark current by using a transparent electrode material, but we also improved the photosensitivity by using a transparent electrode material.
本発明は、M S M (Metal Semico
nductorMetal)フォト・ダイオ−1−を有
する光半導体装置の光感度の改善に関する。The present invention is based on MSM (Metal Semiconductor).
The present invention relates to improving the photosensitivity of an optical semiconductor device having a photodiode (Metal) photodiode.
化合物半導体、中でもGaAs 、InP等の材料とシ
ョットキー障壁を形成せる金属電極を有するMSMフォ
I・・ダイオードは、その波長感度あるいは応答速度の
点より将来性が注目されている。MSM FoI diodes, which have a metal electrode that can form a Schottky barrier with materials such as compound semiconductors, especially GaAs and InP, are attracting attention for their future potential due to their wavelength sensitivity or response speed.
更に、GaAs半導体を用いた光半導体装置では、同一
4板十にGaAsFETを容易にモノリシックに形成す
ることが可能で、光集積回路として応用の範囲が広く期
待されているが、なお特性−L解決すべき問題が残され
ていて改善が要望されている。Furthermore, in optical semiconductor devices using GaAs semiconductors, it is possible to easily monolithically form GaAs FETs on the same four substrates, and a wide range of applications as optical integrated circuits are expected. There are still issues that need to be addressed and improvements are requested.
従来の技術によるMSM7Ai・・ダイオードの構造を
図面により説明する。The structure of a conventional MSM7Ai diode will be explained with reference to the drawings.
第2図はGaAsMSMフォト・ダイオ−1′の要部平
面図を表し、第3図は、第2図にてX−X線で切断せる
要部断面図を示す。FIG. 2 shows a plan view of the main part of the GaAs MSM photo diode 1', and FIG. 3 shows a sectional view of the main part taken along the line X--X in FIG.
図において、1は半絶縁性G a A s基板、2はノ
ンドープGaAs能動層、4及び5はそれぞれ櫛歯状の
電極を示す。In the figure, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a non-doped GaAs active layer, and 4 and 5 are comb-shaped electrodes, respectively.
光は櫛歯状電極4.5の隙間に入射するが、受光感度を
上げるために、この領域には無反射コーテイング膜とし
てSi3N4膜3が積層されている。Light enters the gap between the comb-shaped electrodes 4.5, and in order to increase the light receiving sensitivity, a Si3N4 film 3 is laminated as a non-reflective coating film in this region.
第2図、第3図ではフォト・ダイオード素子のみを図示
しているが、同一基板上の別の領域に、更にn型GaA
s層を積層し、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極
を設けることによりMESFET (Metal S
emiconductor F 1eld E f
fectTransistor )を形成することが可
能である。Although only the photodiode element is shown in FIGS. 2 and 3, there is also an n-type GaA layer in another area on the same substrate.
MESFET (Metal S
emiconductor F 1eld E f
fectTransistor).
上記に説明せる電極4.5の材料として、通常半導体装
置に多く用いられるA7!を使用すると、MSMフォト
・ダイオ−(゛の構造では暗電流が大きくなりS/N比
が低下するという問題を生ずる。As the material of the electrode 4.5 described above, A7! is commonly used in semiconductor devices! When using the MSM photodiode (2), the problem arises that the dark current increases and the S/N ratio decreases.
この理由を第4図のMSMフォト・ダイオードのエネル
ギー・ハンド図を用いて簡単に説明する。The reason for this will be briefly explained using the energy hand diagram of the MSM photodiode shown in FIG.
図面においてMは金属電極部、Sは半導体層を表し、図
面の左側の電極にVポルトの負のバイアス電圧が印加さ
れた状態を示す。In the drawing, M represents a metal electrode portion, S represents a semiconductor layer, and a state in which a negative bias voltage of V port is applied to the electrode on the left side of the drawing is shown.
6及び7は、それぞれ半導体層の伝導帯と価電子帯のエ
ネルギー・レベルを示し、ψ、9は伝導帯へのバリア・
ハイ(・、φ、pを価電子帯へのバリア・ハイドとする
。6 and 7 indicate the energy levels of the conduction band and valence band of the semiconductor layer, respectively, and ψ and 9 indicate the barrier to the conduction band.
High (·, φ, p are the barrier/hyde to the valence band.
暗電流としての注入電子成分j、、及び注入ホール成分
jl、は、それぞれバリア・ハイドφ、わ、ψ、pを乗
り越えて流入する電流成分であり、暗電流を最も少なく
するには、Je+Jhのそれぞれに対してバリア・ハイ
ドを、はぼ同しくする下記の条件を満たせば良い。The injected electron component j and the injected hole component jl as dark current are current components that flow over the barrier hides φ, w, ψ, and p, respectively, and to minimize the dark current, Je+Jh It is sufficient to satisfy the following conditions to make the barrier/hide uniform for each.
φ1..″q’ABg= lφ、2( ここでEgは半導体層のエネルギー・ギャップを表す。φ1. .. ″q’ABg= lφ, 2( Here, Eg represents the energy gap of the semiconductor layer.
上記の条件を満たす金属材料としてWSj、が好適であ
ることは、本発明者によって既に提案されている。(出
願口 昭60年5月25日)〔発明が解決しようとする
問題点〕
上記に述べた、MSMフォト・ダイオードの電極にWS
ixを用いる方法では、電極面での光の透過率が低いた
め半導体層の面積を有効に利用出来ないという問題を生
ずる。即ち、櫛歯状電極の隙間に入射せる光のみを利用
していることになる。The present inventor has already proposed that WSj is suitable as a metal material that satisfies the above conditions. (Application filed May 25, 1986) [Problem to be solved by the invention] The above-mentioned WS
The method using ix has a problem in that the area of the semiconductor layer cannot be used effectively because the light transmittance at the electrode surface is low. In other words, only the light that can enter the gaps between the comb-shaped electrodes is used.
WSi、の電極の厚さを小にして光の透過率を良くする
には、WSixの抵抗率が高いので電極抵抗が大きくな
り、厚さを充分小さくすることが出来ない。In order to improve the light transmittance by reducing the thickness of the electrode of WSi, since the resistivity of WSix is high, the electrode resistance becomes large, and the thickness cannot be made sufficiently small.
ショットキー障壁を形成しうるメタル層としてWSi、
電極を用いつつ、電極抵抗を大きくせず、且つ光の透過
率を上昇させることによりMSMフォト・ダイオードの
感度を上昇させることが改善点となる。WSi as a metal layer that can form a Schottky barrier,
An improvement would be to increase the sensitivity of the MSM photodiode by using electrodes, without increasing the electrode resistance, and by increasing the light transmittance.
上記問題点は、WSi、には暗電流を減少させるショッ
トキー・バリアの機能のみをもたせ、電極導電体として
の機能は、別の透明電極材料を使用することよりなる本
発明の構造によって解決される。The above problem is solved by the structure of the present invention, in which WSi has only the function of a Schottky barrier to reduce dark current, and the function as an electrode conductor is replaced by another transparent electrode material. Ru.
即ち、半導体能動層の上にショットキー・バリアを形成
するメタル層を極めて薄く、光の透過し得る厚さで積層
した後、メタル層上に透明電極層を積層して低抵抗の電
極を形成することにより感 I度の増大
をはかることが出来る。That is, after laminating an extremely thin metal layer that forms a Schottky barrier on a semiconductor active layer to a thickness that allows light to pass through, a transparent electrode layer is laminated on the metal layer to form a low-resistance electrode. By doing so, you can increase your sensitivity.
メタル層としてWSix層は充分薄く積層されているが
、ショットキー・バリアとしての機能には問題がなく、
且つ光は大部分半導体層まで透過させる。The WSix layer is laminated thin enough as a metal layer, but there is no problem with its function as a Schottky barrier.
In addition, most of the light is transmitted to the semiconductor layer.
電極材料としての抵抗を小さくするためには、光透過性
の良い積層を、W S i X層−ヒに形成することに
より問題は無くなる。In order to reduce the resistance of the electrode material, the problem can be eliminated by forming a laminated layer with good light transmittance on the WSiX layer-1.
つまりショットキー・バリア用の薄いメタル層と光透過
性の厚い導電層とを積層するものである。In other words, a thin metal layer for a Schottky barrier and a thick light-transmitting conductive layer are laminated.
本発明による一実施例を図面により詳細説明する。半導
体装置の基本的構成としては第2図、第3図にて説明−
()るものと久きく変わらない。An embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The basic structure of a semiconductor device is explained in Figs. 2 and 3.
() has not changed for a long time.
本発明の特徴は、電極部の構i当6にあるので、この部
分を拡大した第1図により説明する。半絶縁性caAs
、1&1のトにノン1−プG a A s層2が積層さ
れ、これに電極4,5を形成ずろ。Since the feature of the present invention lies in the structure 6 of the electrode portion, this portion will be explained with reference to FIG. 1, which is an enlarged view of this portion. semi-insulating caAs
, 1 & 1, a non-1-p Ga As layer 2 is laminated, and electrodes 4 and 5 are formed thereon.
′電極は2層にて構成され、先ずショソIキー・ハIJ
−f一層とJ、、 7 (7’) W S i 、層8
を1.00〜200人の厚さく1こ積層する。Si の
混晶比率Xは0.64曲後6.7jバふll島、最も好
結果が得を二+ f+る、でとは既に提案・lる方法と
同様である。'The electrode is composed of two layers:
-f layer and J, 7 (7') W S i , layer 8
laminate one layer to a thickness of 1.00 to 200 people. When the mixed crystal ratio X of Si is 0.64 and 6.7j, the best result is 2+f+, which is the same as the method already proposed.
次いで、WSiX8の−にに透明電極層940.5〜1
.0 、+、rm積層する。透明電極層の材料とと7で
G、1、I TO(Indium ”I”in 0xi
de)あるいはS n O2が用いられる。Next, a transparent electrode layer 940.5 to 1 of WSiX8 is formed.
.. 0, +, rm stack. The material of the transparent electrode layer and 7 are G, 1, I TO (Indium "I" in 0xi
de) or S n O2 is used.
これらの電極層は幅、及び間隔をそれぞれ約3μmにパ
ターンニングされ、交りに電極4朽び5とし−C接続さ
れたパターンを形成する。These electrode layers are patterned to have widths and intervals of about 3 μm, respectively, and form a pattern in which electrodes 4 and 5 are interconnected by -C.
以トの構造で電極部の光透過率は、はt、780%の値
を確保することが出来る。従って受光面のほぼ全域にわ
たって有効電流の発74−に寄与することになる。With the structure described below, the light transmittance of the electrode portion can be secured at a value of t, 780%. Therefore, almost the entire area of the light receiving surface contributes to generation of effective current 74-.
第1図でt才省略1−7でいるが、第3図で説明せる無
反射′コーディング膜としCのSi3N4膜3を塗布す
ることにより、感度の−・層の向■−を期待出来ること
は論を)したない。1-7 is omitted in Fig. 1, but by coating the Si3N4 film 3 of C as a non-reflective coating film, as explained in Fig. 3, it is possible to expect an improvement in sensitivity. I didn't argue.
以[−に説明−18ろごとく、本発明の光半導体装置の
構造を適用する、−とGごよりMSMフォト・ダイ:4
−1としrは暗電流の少tI″く、Hつ感度の高い素子
が形成さ1する。史にM Ii、 S F E Tを同
−基板十に集積化1.て形成することGJ′より光築積
回路としての洒41へは大きい。As described in [-18], the structure of the optical semiconductor device of the present invention is applied, and as per G, MSM photo die: 4
-1, an element with low dark current and high sensitivity is formed.In history, it is possible to integrate MIi and SFET on the same substrate and form GJ'. It is more suitable for use as an optical integrated circuit.
また本願はWS iゆ層に物質を限定されない。Furthermore, the present application does not limit the material to the WS i layer.
第1図は本発明にかかわる光′−1′導体装置の電極部
構造を説明する断面図、
第2図ばMSMフィト・ダイオ−1の要部平面図、
第3図は第2図6.二示ずX−X線で切断せる要部断面
図、
第4図はMsM−,7:tト・ダイオ・−1の特性説明
のためのエネルギー・ハント図、
を示ず。
図面において、
1は半絶縁性GaAs基板、
2はノンドープG a A s能動層、3は5iaN4
膜(無反射m1−5インク膜)、4.5は電極、
6は伝導帯、
7は価電子帯、
8ばメタル層(WSiX層)、
9ば透明電極層、
をそれぞれ示す。FIG. 1 is a sectional view illustrating the structure of the electrode part of the optical conductor device according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of the main part of the MSM phytodiode 1, and FIG. Figure 4 is an energy Hunt diagram for explaining the characteristics of MsM-,7:t-dio-1. In the drawings, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a non-doped GaAs active layer, and 3 is a 5iaN4
4.5 is an electrode, 6 is a conduction band, 7 is a valence band, 8 is a metal layer (WSiX layer), and 9 is a transparent electrode layer.
Claims (1)
)の上に該半導体能動層とショットキー障壁を形成した
メタル層(8)を光の透過し得る厚さにて積層した後、 該メタル層上に透明電極層(9)を積層したことを特徴
とする光半導体装置。[Claims] In an MSM photodiode, a semiconductor active layer (2
), a metal layer (8) having the semiconductor active layer and a Schottky barrier formed thereon is laminated to a thickness that allows light to pass through, and then a transparent electrode layer (9) is laminated on the metal layer. Features of optical semiconductor devices.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60159899A JPS6220382A (en) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | Optical semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60159899A JPS6220382A (en) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | Optical semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6220382A true JPS6220382A (en) | 1987-01-28 |
Family
ID=15703604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60159899A Pending JPS6220382A (en) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | Optical semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6220382A (en) |
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- 1985-07-18 JP JP60159899A patent/JPS6220382A/en active Pending
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