JPH0760896B2 - 電荷結合デバイス - Google Patents
電荷結合デバイスInfo
- Publication number
- JPH0760896B2 JPH0760896B2 JP61307030A JP30703086A JPH0760896B2 JP H0760896 B2 JPH0760896 B2 JP H0760896B2 JP 61307030 A JP61307030 A JP 61307030A JP 30703086 A JP30703086 A JP 30703086A JP H0760896 B2 JPH0760896 B2 JP H0760896B2
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- Japan
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- coupled device
- gaas
- charge
- type semiconductor
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空間光変調器や光・電子集積回路の一要素とし
ての発展が可能な直接遷移型の化合物半導体を材料に用
いた電荷結合デバイス（以下、CCDと略記する）に関す
る。
ての発展が可能な直接遷移型の化合物半導体を材料に用
いた電荷結合デバイス（以下、CCDと略記する）に関す
る。
CCDはイメージ・センサやデジタルメモリ、アナログ信
号の処理等に広範な応用が拡がりつつある。CCDは通常
材料に間接遷移型の半導体であるSiを用いて作られる
が、光情報処理への応用という観点からは半導体レーザ
や発光ダイオード等が製作できるAlGaAs/GaAs系やInGaA
sP/InP系といった直接遷移型の半導体材料に適した構造
のものが望まれる。又、Si−CCDの動作速度は電子の移
動度によって制限され高々１〜10MHzであるが、更に高
速で動くCCDが必要とされている。テレビカメラからの
画像データを実時間で高速に積和演算処理してパターン
認識を行なう画像処理用CCDの需要は近年、増々高まり
つつあるが、この様な要求に応えるためには移動度が大
きい上述のGaAsやInPといった化合物半導体を用いるこ
とが最適である。CCDを化合物半導体で作る上での問題
点はキャリア寿命が短かい点にある。あるイメージがレ
ンズを通してCCD上に結像されると、チャネル内に電子
と正孔が生ずる。Si−CCDではSiが間接遷移型の半導体
であるために再結合時間は約１μｓと長く、電子と正孔
が再結合する前に電荷を転送することが容易である。こ
れに対して直接遷移型材料であるGaAsやInP系では発光
再結合時間は数nsecと短かいために、例えば100MHzのク
ロック速度で動作させようとしても、転送前にキャリア
が消滅してしまい転送損失が非常に大きくなってしまう
という問題点があった。従って、アイ・イー・イー・イ
ー・エレクトロン・デバイスレターズ（IEEE Electron
Device Letters,vol.EDL−2,No.3,pp70〜72,1981）に見
られように、GaAs−CCDでは0.994といった電荷転送効率
を実現するためには発光再結合速度よりも早い1GHzとい
った速度で動作させることが必要となる。そのためにク
ロック速度に対して融通性がなくなってしまうという問
題が生じた。
号の処理等に広範な応用が拡がりつつある。CCDは通常
材料に間接遷移型の半導体であるSiを用いて作られる
が、光情報処理への応用という観点からは半導体レーザ
や発光ダイオード等が製作できるAlGaAs/GaAs系やInGaA
sP/InP系といった直接遷移型の半導体材料に適した構造
のものが望まれる。又、Si−CCDの動作速度は電子の移
動度によって制限され高々１〜10MHzであるが、更に高
速で動くCCDが必要とされている。テレビカメラからの
画像データを実時間で高速に積和演算処理してパターン
認識を行なう画像処理用CCDの需要は近年、増々高まり
つつあるが、この様な要求に応えるためには移動度が大
きい上述のGaAsやInPといった化合物半導体を用いるこ
とが最適である。CCDを化合物半導体で作る上での問題
点はキャリア寿命が短かい点にある。あるイメージがレ
ンズを通してCCD上に結像されると、チャネル内に電子
と正孔が生ずる。Si−CCDではSiが間接遷移型の半導体
であるために再結合時間は約１μｓと長く、電子と正孔
が再結合する前に電荷を転送することが容易である。こ
れに対して直接遷移型材料であるGaAsやInP系では発光
再結合時間は数nsecと短かいために、例えば100MHzのク
ロック速度で動作させようとしても、転送前にキャリア
が消滅してしまい転送損失が非常に大きくなってしまう
という問題点があった。従って、アイ・イー・イー・イ
ー・エレクトロン・デバイスレターズ（IEEE Electron
Device Letters,vol.EDL−2,No.3,pp70〜72,1981）に見
られように、GaAs−CCDでは0.994といった電荷転送効率
を実現するためには発光再結合速度よりも早い1GHzとい
った速度で動作させることが必要となる。そのためにク
ロック速度に対して融通性がなくなってしまうという問
題が生じた。
本発明は上記欠点を除き得る電荷結合デバイスを提供す
るもので、直接遷移型の化合物半導体材料を用い、キャ
リアのド・ブロイ波長程度に相当する薄いｎ型半導体層
とｐ型半導体層とを交互に多層に半導体基板上に多層を
積層することによって電荷転送用のチャネルが形成され
ていることを特徴とする。
るもので、直接遷移型の化合物半導体材料を用い、キャ
リアのド・ブロイ波長程度に相当する薄いｎ型半導体層
とｐ型半導体層とを交互に多層に半導体基板上に多層を
積層することによって電荷転送用のチャネルが形成され
ていることを特徴とする。
ド・ブロイ波長程度で量子効果が現われる様な薄いｎ型
とｐ型の半導体層とを交互に積層した多層構造体では第
２図のバンド図で示した様に光照射によって生成した電
子と正孔が空間的に分離される。その結果、発光再結合
時間をバルクの場合に比べて非常に長くできる。発光再
結合速度Ｂは、 Ｂ＝C|∫Ψｅ（）Ψ＊ ｈ（）dV|2 …（１） の様に表わされる。（１）式でＣは定数、Ψe,Ψｈはそ
れぞれ電子と正孔の波動関数であり、電子がｎ型半導体
層に、又、正孔はｐ型半導体層に分離してそれぞれの位
置に局在する結果、（１）式の右辺に現われる重なり積
分は小さくなり、発光再結合速度を遅くできる。GaAs系
で構成した上述の様な多層構造体では電子と正孔の発光
再結合時間が数μsecにまで長くなることが報告されて
いる。従って、本発明を用いれば、直接遷移型の半導体
を用いても短いキャリア寿命にクロック速度が束縛され
ることなく電荷の電送を行なうことができる。
とｐ型の半導体層とを交互に積層した多層構造体では第
２図のバンド図で示した様に光照射によって生成した電
子と正孔が空間的に分離される。その結果、発光再結合
時間をバルクの場合に比べて非常に長くできる。発光再
結合速度Ｂは、 Ｂ＝C|∫Ψｅ（）Ψ＊ ｈ（）dV|2 …（１） の様に表わされる。（１）式でＣは定数、Ψe,Ψｈはそ
れぞれ電子と正孔の波動関数であり、電子がｎ型半導体
層に、又、正孔はｐ型半導体層に分離してそれぞれの位
置に局在する結果、（１）式の右辺に現われる重なり積
分は小さくなり、発光再結合速度を遅くできる。GaAs系
で構成した上述の様な多層構造体では電子と正孔の発光
再結合時間が数μsecにまで長くなることが報告されて
いる。従って、本発明を用いれば、直接遷移型の半導体
を用いても短いキャリア寿命にクロック速度が束縛され
ることなく電荷の電送を行なうことができる。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例の断面図である。半絶縁性の
GaAs基板11の上に層厚115Åのｐ型GaAs層12と同じく115
Åの層厚のｎ型GaAs層13とが交互に110周期積層されて
形成されている。チャネルの層厚は約2.5μｍである。
ｐ型GaAs層12とｎ型GaAs層13のキャリア濃度は共に５×
1016cm-3である。画像はこの電荷結合デバイスに入る前
に増幅，拡大，縮小等の前処理が行なわれる。光強度は
最大１μw/画素に調整される。クロック速度を100MHz,
画像を取り込むゲート時間は1secとする。そうすると0.
8μｍの光によって発生するキャリアは最大約10-6個と
なる。一画素当りの体積は約８μm3であり、発生キャリ
アによる過剰キャリア密度は1.3×105cm-3となる。この
値はバッククランドのキャリア濃度に比べて十分小さ
く、スクリーニング効果等によるポテンシャル等の変化
は問題とならない。14はショットキー型のTi−Auから成
る電荷転送用の不透明電極、15は薄い半透明のTiを用い
た半透明電極である。電極間隔は２μｍで３相のクロッ
ク発振器によって電荷転送を行なう。16はｐ型領域,17
はｎ型領域でイオン注入によって形成し、上側に電荷検
出用の電極を形成した。このような構成によりGaAs系の
半導体を用いて電荷転送の容易なCCDを得ることができ
る。なお、上気実施例ではGaAsを用いた場合を示した
が、これに限らずInP系その他の直接遷移型の半導体を
用いることができる。
GaAs基板11の上に層厚115Åのｐ型GaAs層12と同じく115
Åの層厚のｎ型GaAs層13とが交互に110周期積層されて
形成されている。チャネルの層厚は約2.5μｍである。
ｐ型GaAs層12とｎ型GaAs層13のキャリア濃度は共に５×
1016cm-3である。画像はこの電荷結合デバイスに入る前
に増幅，拡大，縮小等の前処理が行なわれる。光強度は
最大１μw/画素に調整される。クロック速度を100MHz,
画像を取り込むゲート時間は1secとする。そうすると0.
8μｍの光によって発生するキャリアは最大約10-6個と
なる。一画素当りの体積は約８μm3であり、発生キャリ
アによる過剰キャリア密度は1.3×105cm-3となる。この
値はバッククランドのキャリア濃度に比べて十分小さ
く、スクリーニング効果等によるポテンシャル等の変化
は問題とならない。14はショットキー型のTi−Auから成
る電荷転送用の不透明電極、15は薄い半透明のTiを用い
た半透明電極である。電極間隔は２μｍで３相のクロッ
ク発振器によって電荷転送を行なう。16はｐ型領域,17
はｎ型領域でイオン注入によって形成し、上側に電荷検
出用の電極を形成した。このような構成によりGaAs系の
半導体を用いて電荷転送の容易なCCDを得ることができ
る。なお、上気実施例ではGaAsを用いた場合を示した
が、これに限らずInP系その他の直接遷移型の半導体を
用いることができる。
本発明によれば、直接遷移型半導体をチャネルを用いて
も、キャリアの寿命が長くでき、電荷転送が容易とな
る。この電荷結合デバイスは空間光変調器として使用で
き、又、光半導体デバイスと集積することによって様々
な光情報処理が可能となる。
も、キャリアの寿命が長くでき、電荷転送が容易とな
る。この電荷結合デバイスは空間光変調器として使用で
き、又、光半導体デバイスと集積することによって様々
な光情報処理が可能となる。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図はバンド図
である。 11……GaAs基板、12……ｐ型GaAs層、13……ｎ型GaAs
層、14……不透明電極、15……透明電極、16……ｐ型領
域、17……ｎ型領域。
である。 11……GaAs基板、12……ｐ型GaAs層、13……ｎ型GaAs
層、14……不透明電極、15……透明電極、16……ｐ型領
域、17……ｎ型領域。
Claims (1)
- 【請求項１】直接遷移型の化合物半導体材料を用い、キ
ャリアのドブロイ波長程度に相当する薄いｎ型半導体層
とｐ型半導体層とを交互に半導体基板上に多層に積層す
ることによって電荷転送用のチャネルが形成されている
ことを特徴とする電荷結合デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61307030A JPH0760896B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | 電荷結合デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61307030A JPH0760896B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | 電荷結合デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63158874A JPS63158874A (ja) | 1988-07-01 |
| JPH0760896B2 true JPH0760896B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=17964186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61307030A Expired - Fee Related JPH0760896B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | 電荷結合デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760896B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7141768B2 (en) | 2000-04-28 | 2006-11-28 | Nexicor, Llc | Fastening device |
-
1986
- 1986-12-22 JP JP61307030A patent/JPH0760896B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7141768B2 (en) | 2000-04-28 | 2006-11-28 | Nexicor, Llc | Fastening device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63158874A (ja) | 1988-07-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |