JPS62232975A

JPS62232975A - 光導電検知器

Info

Publication number: JPS62232975A
Application number: JP61284065A
Authority: JP
Inventors: ロバート　ジヨン　マツキンタイア; ラモン　ウバルド　マーチネリ
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-11-27
Publication date: 1987-10-13
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH0719903B2; DE3639922A1; GB8627556D0; GB2188480B; CA1285642C; GB2188480A; SG135192G

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、光導電検知器に関し、更に詳しくは、光通
信システムに使用される高速高利得検知器に関する。

〔発明の背景〕

通常の真性光導電検知器は、一対の離間されたバイアス
接触を有する光感類材料の本体から成る。

この光感類材料のバンド・ギャップに等しいか或いはそ
れより大きいエネルギを持つ入射光輻射エネルギーは吸
収されて電子−ホール対が発生し、これにより導電性が
増す。

検知器の感度は光導電利得により増大することが知られ
ている。光導電利得は、一般に、電子とホールとが光導
電材料内に存在する時間差による。

例えば、室温でのインジウム・ガリウム・ヒ素（工ｎＧ
ａＡｓ）中の電子の移動度は、この材料中のホールの移
動度の約４０倍である。光子が吸収されて電子−ホール
対が発生すると、多くの電子が、負にバイアスされた接
触によって注入され、光により発生したホールがその光
導電材料中に存在している間この材料を横断する。従っ
て、光導電利得は、吸収された各光分子に対する光導電
材料を横断する電子の数に大体等しい。

検知器の性能にとって同様に重要なものはその帯域幅で
あシ、これは、装置が如何に速く応答するか、即ち、装
置が毎秒幾らの情報ビットを検知できるかの実際上の尺
度となる。帯域幅は、光発生ホールが光導電材料中に存
在する時間によって決まる。ホールが光導電材料中に存
在する時間が長ければ長い程、帯域幅はそれだけ小さい
、即ち、装置の応答はそれだけ遅い。

データ率がギガビット／秒の範囲にある高速光通口シス
テムの分野では、帯域幅と光導電利得の性能の点で横方
向（ラテラル）光導電体に特に関心が寄せられている。

ここでいう横方向光導電体とは、光が光導電材料の薄層
に、電流の流れる方向に対して垂直な方向で入射する装
置を意味する。

また、横方向光導電体は、その構造が電界効果トランジ
スタの構造に適合するため、モノリシック集積受光装置
用として理想的である。

このような横方向光導電装置は、通常、より高い利息を
得るために高移動度比をもった材料が使用されるので、
より広い帯域幅を得るために活性領域におけるホールの
存在時間を低減する機構が必要となる。１つの方法とし
て、代表的にＮ＋導電型の基板と、この基板上に設けら
れた代表的に非ドーピングの或いは軽くドーピングされ
た活性領域とから成る検知器を形成する。陽極と陰極は
上記活性領域の上側表面上でインターディジタル構造に
形成されておゆ、陽極−陰極間の間隔は、ホールが光感
知領域から少なくともデータ率と同じ速さで取り除かれ
るのに十分な程度小さくなければならない。しかし、こ
のようにすると、入射光の約３０％乃至５０％が検知器
表面上のインターディジタル構造に形成された陽極及び
陰極（（より弱められて、入来信号が減少することにな
る。また、両軍能が１つの表面上に設けられると、光感
知領域全体に亘って不均一な電界が生じ、これは帯域幅
を減少させ且つ空間的に不均一な利びを生じさせる不都
合な作用を持つ。更に、入射光の多くが陽極及び陰極付
近で吸収されてしまうため、実現可能な利得の５０％ま
でが失われてしまう。

ギガビット／秒の範囲にあるデータ率に適合するために
研究されてきた別の方法の１つはインターディジタル構
造の変形である。例えば１つの方法として、光導電材料
からホールを取除くために光導電層の背後で逆バイアス
ｐ−ｎ接合を利用する方法がある。しかし、このような
装置は、利得が減少し、発生−再結合ノイズが増大する
特徴を持っている。

また、別の方法として、最近、垂直方向光導電体が研究
されている１、第１図に示される従来技術の光導電装置
１０は、代表的にＮ＋導電型である基板１２、Ｎ−導電
型の活性領域１４、及び、Ｎ＋導電型の薄い接触窓１６
から成っている。活性・領域１４の厚さは、一般に約２
〜３１ｔｍである。環状金属接触２０により、横方向の
装置に比べて面積が大きい光入射用開口１８の輪郭が特
定される。Ｎ＋の基板１２とＮ＋の接触窓１６とは、活
性領域１４に対してその幅全体に亘ってオーム接触して
いる。理論的には、これにより活性領域１４に均一な垂
直方向の電界が得られる筈である。長い波長（１，０〜
１．６１１ｍ　）に適用する場合、活性領域１４は代表
的にはＴｎＧａＡｓで作られておシ、接触窓１６は、ノ
イズ及び抵抗のレベルに関連する理由てより同じ材料で
作られている。しかし、これにより接触窓１６は、光の
大部分がこの接触窓１６に吸収されることのをいように
比較的薄い、即ち、約０．５〜１．　Ｏｌ１ｍ　　の厚
さでなければならないことになる。このような厚さにす
ると、環状接触２０の存在により、横方向の電界が接触
窓１６を横切って発生し、活性領域１４へ入り込む。従
って、電子及びホールの軌道は横方向になり、これらの
移動距離が活性領域１４の幅よりも大きくなり、これに
より利得は増大するが、帯域幅は著しく減少する。３ま
た、基板１２が代表的にインジウム・燐（工ｎｐ）で作
られているために、この基板１２に向って移動するホー
ルは、ＩｎＧａＡｓ　／　工ｎＰ界面２４において少数
キャリアに対して存在することが知られている電荷トラ
ップに捕獲されることがある。これもまた、利得は増大
することになるが、帯域幅が著しく減少する。

高速動作に適し、高利得で、ノイズ及びトラッピングが
低減され、モノリシック集積化に容易に適用できる光導
電検知器が開発された。

〔発明の（既要〕

この発明の光導電検知器は、検知すべき波長の光に対し
て実質的に透過性である第１の導電型の半導体材料で形
成され、且つ、上に位置する光導電活性領域にオーム接
触するのに十分な程度にドーピングされた基板層から成
る。上記活性領域は、検知すべき波長の光を吸収する非
ドーピング半導体材料の本体から成り、第１と第２の主
表面を有する３上記基板層は、上記活性領域の第１の主
表面全体に対して第１のオーム接触として作用し、金属
あるいは金属合金が上記活性領域の第２の主表面全体の
上に位置する第２のオーム接触として作用する。

〔推奨実施例の詳細な説明〕

第２図において、反伝垂亘方向光導電検知器２５は、基
板層２８と、この基板層２８の上にヘテロ接合界面３２
を介して位置する光導電層３０とから成る０活性領域３
４ば、光導電層３０のうちのバイアスが与えられる部分
から成る。基板層２８は光透過性の第１のオーム接触と
して作用し、第２のオーム接触３６が活性領域３４全体
の上に位置している。活性領域３４に接触する第２０オ
ーム接触３６の領域の輪郭は、誘電領域３８によって特
定される。環状電気的接触手段４０により、光が基板層
２８に入るための開口領域４２の輪郭が特定される。こ
の開口領域４２の代表的な直径は２０〜３０１Ｌｍ程度
であシ、これにより実質的に光の全部が基板層２８に入
射することができる。反射防止被膜として、例えば、Ｓ
ｉ３Ｎ４、Ｓ−、ｏ、５１０２等が使用される。

基板層２８は、第１の導電型であり、活性領域３４にオ
ーム接触するのに十分な程度にドーピングされている。

代表的な例として、基板層２８は、重くた、基板層２８
は、検知すべき波長の光に対して実質的に透過性でなけ
ればならず、即ち、少なくとも９０％の透過率を持たね
ばならず、そのため上記基板層２８は約１５０　ｐ、ｍ
より厚くなるべきでない。

基板７ｇ２８は、環状接触手段４０からの横方向の電界
を避けるため少なくとも５７ｚｍの厚さであるべきであ
る。基板層２８は、代表的に、ガリウム・ヒ素（ＧａＡ
ｓ）或いはインジウム・燐（工ｎＰ　）のよりな計導電
型の半導体で形成され、例えば、検知器の基板として作
用し、或いは、別の基板の上の層となることが出来る。

活性領域３４は、メサ構造により輪郭を特定してもよい
し、光導１層３０のうちのそれを横切ってバイアスが与
えられる部分とすることも出来る。後者の場合、第２の
オーム接触３６に接触する光導電層３０の量によシ、実
質的に活性領域３４０幅が決まる。この活性領域３４の
有効幅は、代表的に２〜３１Ｌｍの厚さの開口領域４２
を横切る電界の広がり量が僅か（１ｐ、ｍ或いは２１１
ｍ　）であるため、実際上は第２のオーム接触３６の幅
より僅かに大きくなる場合がある。活性領域３４ば、真
性或いは基板層２８と同じ導電型でもよいが、代表的に
非ドーピングであり或いは自然に軽くドーピングされて
いる。活性領域３４は、約１ｏ１５／ｃｙ！よシ低い濃
度、望ましくは、１０　”　／ｌニア１ｆ３の範囲かそ
れよシ低い範囲の移動電荷キャリアを持つべきである。

或いは、活性領域３４を、ノイズを減少させるためにそ
の抵抗を増すようにドーピングすることも出来る。しか
し、これによシ活性領域３４中の電荷キャリアの移動度
が減少する。活性領域３４は、検知すべき光を吸収する
光導電半導材料から成る。活性領域３４において使用す
る材料としては、高移動度比、即ち、多数キャリアと少
数キャリアの移動度（Ｎ型材料中における電子／ホール
）の割合が約１０：１から２０＝１までの間、望ましく
は４０：１かそれ以上であるものが有利である。Ｇａ　
Ａｓ　、工ｎ　Ｇａ　Ａｓ等のよりなＮ−導電型材料が
この目的に十分合致する。

第２０オーム接触３６は、代表的な例として、電圧降下
なしに多数キャリアを活性領域３４に連続的に供給でき
る金属合金である。例えば、Ｎ＋型工ｎＰ基板層２８と
Ｎ−型工ｎＧａＡＳ活性領域３４とを持つ検知器２６の
場合、金−錫、金−ゲルマニウム等が、第２のオーム接
触３６の材料に適している。この第２のオーム接触３６
は、活性領域３４に対する所望の幅に形成してもよいし
、或いはこの接触の幅を、例えば二酸ｒヒシリコン等の
誘電体材料からなる領域３８上の第２のオーム接触３６
の連続する層にょシ適当に特定してもよい。

第２図に環状として示された電気的接触手段４゜は、如
何なる幾何学的形状に形成してもよく、また、良好な電
気的接触が得られるならば如何なる導電材料で形成して
もよい。

上述の領域と層は、相対的導電型の関係が維持される限
り、正反対の導電型であってもよいことは明らかである
。

基板層２８上における活性領域３４は、液相エピタキシ
、或いは分子線エピタキシによって、望ましくは、例え
ば、Ｔ、　Ｐ、　Ｐｅａｒｓａｌ工編集の「Ｇａ工習Ｉ
ＡｌｌＯｙＳｅｍｉＣＯｎ（ｌＡｌ１０ｙＳｅ　（Ｊｏ
ｈｎ　ｗ１１ｅｙ＆　５ｏｎｓ。

１９８２　）中に掲載された１Ｖａｐｏｕｒ−ｐｈａｓ
ｅ　Ｅｐｊ−ｔａｘｙｏｆ　Ｇａ工ｎＡＳＰｎという題
のＧ、　Ｈ，０ＩＳｅｎによる論文に記載された気相エ
ピタキシによって形成することができる。

動作中、検知器２６は、活性領域３４の第１と第２の主
表面をそれぞれ完全に覆う第１のオーム接触、即ち、基
板層２８と第２０オーム接触３６とにより非常に均一し
た電界が得られるというインターディジタル溝道より憂
れた利点を有している。工ｎＧａＡ６／工ｎＰ検知器の
場合、工ｎＰの基板層２８は、１５０７ｚｍ或いはそれ
以下の厚さのＩｎＧａＡ３活性領域３４によシ、検知さ
れるべき波長の光に対して完全な透過性を持っている。

従って、この基板、９２８を十分に厚くして、従来技術
による垂直方向光導電装置の代表的な特徴である環状の
電気的接触手段４０による如何なる横方向の電界効果も
軽減することが出来る。検知器は、いずれの方向にバイ
アスされても動作するが、基板層２８が陽極に第２のオ
ーム接触３６が陰極になるようにバイアスされる方が望
ましい。この方法により、工ｎＰ／工ｎＧａＡＳ界面付
近で発生したホールは、従来技術の検知器に比べて電荷
トラップが実質的に無い第２のオーム接触／活性領域界
面に向かって移動する。

このように、横方向の電界効果分生じさせることなく、
また基板層による光の吸収を最小限に抑えた状態で、第
１と第２のオーム接触により活性領域を横切る均一な電
界を容易に与えることが出来るため、利得が著しく均一
になる。更に、活性領域／金属オーム接触界面における
ホールの電荷トラップが軽減することにより、ギガビッ
ト／秒範囲の帯域幅が得られる。

第３図には、第２図の検知器２６と同じ基本素子を存す
るこの発明のもう１つの検知器４４が示されている。こ
の検知器４４では、基板層４８上に光導電層４６を形成
した後、メサ構造が既知の方法により形成され、活性領
域５０の幅が第２のオーム接触５２の幅によって特定さ
れる。この第２のオーム接触５２の輪郭は誘電体領域５
４により形成される。メサ構造のため、例えば環状構造
である電気的接触手段５６を、第２のオーム接触５２が
設けられる検知器４４の同じ側に設けることができ、こ
れにより明らかに設計上の利点が得られる。また、メサ
構造の謳により活性領域の幅を特定することが出来るが
、この場合、第２のオーム接触はメサ構造の表面全体を
覆っている必要がある。

上述の高利得、均一な電界、及び、ギガビット／秒の帯
域幅のほかに、ここに開示した反転光導電検知器には、
その製造段階において、既知のフォトリトグラフィック
（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐＭｏ　）技術及び金属
化技術を使用し第２のオーム接触を形成する前に基板上
に１つのエピタキシャル層を成長させるだけでよいとい
う利点がある。また、この検知器は、メサ構造として或
いは更に都合よく平坦構造として製造することができ、
モノリシック集積に十分に適合し、光受言装置に応用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の垂直方向光導電検知器の断面図、第
２図はこの発明に従う垂直方向光導電検知器の第１の実
施例の断面図、第３図はこの発明に従う垂直方向光導子
検知の第２の実施例の断面図である。２６・・光導電検知器、２８・・・基板層、３ｏ、３４
・・・活性領域、３２・・・第１のオーム接触、基板層
及び活性領域の第１の主表面、３６・・・第２のオーム
接触、４０・・・電気的接触手段。特許出願人　　アールシーニー　コーポレーション代　
理　人　清　水　　　哲　ほか２名第２口ｈ２　　　　　　旦第３口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）活性領域と、この活性領域に対する第１のオーム
接触として作用する基板層と、上記活性領域に対する第
２のオーム接触と、上記基板層に対する電気的接触手段
とを有し、特徴として、上記基板層は、検知すべき波長
の光に対して実質的に透過性であり且つ上記基板層の第
１の主表面が上記活性領域に対する上記第１のオーム接
触として作用するのに十分な程度にドーピングされた第
１の導電型の半導体材料から成り、上記活性領域は、上記基板層の上に位置し、検知すべき
波長の光を吸収する非ドーピングの半導体材料から成り
、全体が上記基板層に接触する第１の主表面と、第２の
主表面とを持ち、上記第２のオーム接触は、金属或いは金属合金から成り
、上記活性領域の上記第２の主表面全体の上に位置する
ように構成された光導電検知器。