JPH0821726B2 - 半導体光検出器 - Google Patents
半導体光検出器Info
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- JPH0821726B2 JPH0821726B2 JP59220747A JP22074784A JPH0821726B2 JP H0821726 B2 JPH0821726 B2 JP H0821726B2 JP 59220747 A JP59220747 A JP 59220747A JP 22074784 A JP22074784 A JP 22074784A JP H0821726 B2 JPH0821726 B2 JP H0821726B2
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- JP
- Japan
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- high resistance
- conductivity type
- drain
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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
- 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
- H10F30/28—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 being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors
- H10F30/283—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 being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors the devices having Schottky gates
- H10F30/2843—Schottky gate FETs, e.g. photo MESFETs
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- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体光検出器に関するもので、産業上、
光通信の受光器等に利用されるものである。
光通信の受光器等に利用されるものである。
従来、光通信用の光検出器としては、pinホトダイオ
ード、アバランシェホトダイオード（APD）等が利用さ
れている。また、その他にヘテロ接合ホトトランジスタ
（HPT）、モジュレテッド・バリア・フォトダイオード
（Modulated Barrier Photodiode、MBP）、マジョリテ
ィ・キャリア・キャメル・ダイオード（Majority Carri
er Camel Diode）、トライアンギュラー・バリア・フォ
トダイオード（Triangular Barrier Photodiode、TBP）
等の新しい素子の開発も進められている。
ード、アバランシェホトダイオード（APD）等が利用さ
れている。また、その他にヘテロ接合ホトトランジスタ
（HPT）、モジュレテッド・バリア・フォトダイオード
（Modulated Barrier Photodiode、MBP）、マジョリテ
ィ・キャリア・キャメル・ダイオード（Majority Carri
er Camel Diode）、トライアンギュラー・バリア・フォ
トダイオード（Triangular Barrier Photodiode、TBP）
等の新しい素子の開発も進められている。
また、光起電力を発生するショットキーバリア接合を
透過ベースとした透過ベース型トランジスタを増幅段に
持つ光検出器が特許出願公表昭59−500539号公報に記載
されている。
透過ベースとした透過ベース型トランジスタを増幅段に
持つ光検出器が特許出願公表昭59−500539号公報に記載
されている。
光通信用の光検出器の特性としては、高速、高光感
度、低雑音等が要求される。従来利用されているpinホ
トダイオードは、S/N比は高いが内部に増幅機能はない
ため、JFET等との結合で用いられることが多く、また、
アバランシェホトダイオード（APD）は、雑音が大きい
という問題点をそれぞれ有している。また、HPT、MBP、
マジョリティ・キャリア・キャメル・ダイオード（Majo
rity Carrier Camel Diode）、TBP等は、原理的には、
従来のバイポーラホトトランジスタの動作を発展させた
ものであるが、いずれも、ベース内の電位分布は、電流
の流れる面に対して垂直な面内においては均一であり、
高周波利得は、ベース抵抗成分によって決まってはい
る。つまり、非常に薄くなされたベース内におけるベー
ス抵抗の値は非常に大きな値であり、これによって高周
波利得が制限されてしまっている。
度、低雑音等が要求される。従来利用されているpinホ
トダイオードは、S/N比は高いが内部に増幅機能はない
ため、JFET等との結合で用いられることが多く、また、
アバランシェホトダイオード（APD）は、雑音が大きい
という問題点をそれぞれ有している。また、HPT、MBP、
マジョリティ・キャリア・キャメル・ダイオード（Majo
rity Carrier Camel Diode）、TBP等は、原理的には、
従来のバイポーラホトトランジスタの動作を発展させた
ものであるが、いずれも、ベース内の電位分布は、電流
の流れる面に対して垂直な面内においては均一であり、
高周波利得は、ベース抵抗成分によって決まってはい
る。つまり、非常に薄くなされたベース内におけるベー
ス抵抗の値は非常に大きな値であり、これによって高周
波利得が制限されてしまっている。
また、光起電力を発生するショットキーバリア接合を
透過ベースとした透過ベース型トランジスタを増幅段に
持つ光検出器は、上記いずれの構成よりも高感度・高速
動作する優れた光検出器であるが、より高速・高感度と
するための改善の余地がある。
透過ベースとした透過ベース型トランジスタを増幅段に
持つ光検出器は、上記いずれの構成よりも高感度・高速
動作する優れた光検出器であるが、より高速・高感度と
するための改善の余地がある。
本発明による半導体光検出器では、これらの素子より
もさらに特性の向上が望める。
もさらに特性の向上が望める。
以上述べた問題点を解決するために、本発明では、ゲ
ートがショットキー電極で形成された静電誘導ホトトラ
ンジスタ（以下SIPTと称す）、または非均一ベースバイ
ポーラホトトランジスタを用いる。即ち、電流の流れる
面に対して垂直な面内におけるベース内もしくはゲート
チャンネル内において、電位分布に一定の周期で非均一
な部分を設け、電流が最も流れやすい部分の電位をショ
ットキー電極接合界面の電位で、一部静電誘導的に制御
されることを利用するものである。とともに、n+ドレイ
ン領域の代りに高不純物密度p+領域を形成する素子構造
として、高抵抗チャンネル領域で光によって発生する電
子−正孔対の内電子はp+/i接合界面に蓄積し、p+領域か
らの正孔注入を促進し、さらに大きな光感度を有するこ
とができる。
ートがショットキー電極で形成された静電誘導ホトトラ
ンジスタ（以下SIPTと称す）、または非均一ベースバイ
ポーラホトトランジスタを用いる。即ち、電流の流れる
面に対して垂直な面内におけるベース内もしくはゲート
チャンネル内において、電位分布に一定の周期で非均一
な部分を設け、電流が最も流れやすい部分の電位をショ
ットキー電極接合界面の電位で、一部静電誘導的に制御
されることを利用するものである。とともに、n+ドレイ
ン領域の代りに高不純物密度p+領域を形成する素子構造
として、高抵抗チャンネル領域で光によって発生する電
子−正孔対の内電子はp+/i接合界面に蓄積し、p+領域か
らの正孔注入を促進し、さらに大きな光感度を有するこ
とができる。
第４図に、本発明によるゲートがショットキー電極で
形成されたSIPTの模式的な断面構造図とポテンシャル図
を示す。第４図（ａ）は、ショットキーゲートSIPTの単
位素子構造断面模式図、第４図（ｂ）は、第４図（ａ）
のAA′、BB′に沿うポテンシャル図、第４図（ｃ）は、
第４図（ａ）のCC′方向のポテンシャル図である。第４
図（ａ）で、501は、高不純物密度のｎ型半導体で形成
されたソース領域、502及び504は、真性半導体または低
不純物密度のｎ型半導体で形成された高抵抗領域、505
は、高不純物密度のｎ型半導体で形成されたドレイン領
域、503は、真性半導体または低不純物密度のｎ型半導
体で形成されたチャンネル領域、506は、502、503、504
の半導体領域とショットキー接合を形成する金属ゲート
電極である。511はドレイン電極、512はソース電極であ
る。n+ソース領域501は、接地されていて、n+ドレイン
領域505は負荷抵抗RL508を介してドレインバイアス電圧
VDD509にバイアスされている。510は、チャンネル中に
生じるポテンシャルの鞍部点である真のゲート点Ｇ＊で
ある。ゲート506は、開放されているが、バイアスを加
える回路もある。
形成されたSIPTの模式的な断面構造図とポテンシャル図
を示す。第４図（ａ）は、ショットキーゲートSIPTの単
位素子構造断面模式図、第４図（ｂ）は、第４図（ａ）
のAA′、BB′に沿うポテンシャル図、第４図（ｃ）は、
第４図（ａ）のCC′方向のポテンシャル図である。第４
図（ａ）で、501は、高不純物密度のｎ型半導体で形成
されたソース領域、502及び504は、真性半導体または低
不純物密度のｎ型半導体で形成された高抵抗領域、505
は、高不純物密度のｎ型半導体で形成されたドレイン領
域、503は、真性半導体または低不純物密度のｎ型半導
体で形成されたチャンネル領域、506は、502、503、504
の半導体領域とショットキー接合を形成する金属ゲート
電極である。511はドレイン電極、512はソース電極であ
る。n+ソース領域501は、接地されていて、n+ドレイン
領域505は負荷抵抗RL508を介してドレインバイアス電圧
VDD509にバイアスされている。510は、チャンネル中に
生じるポテンシャルの鞍部点である真のゲート点Ｇ＊で
ある。ゲート506は、開放されているが、バイアスを加
える回路もある。
第４図（ｂ）において、実線AA′は、第４図（ａ）の
AA′に沿うポテンシャルで、実線BB′は、第４図（ａ）
のBB′に沿うポテンシャル図である。第４図（ｂ）、
（ｃ）においてECS、ECG、ECG ＊、ECDは、それぞれn+ソ
ース領域501、ゲートショットキー接合面、真のゲート
点Ｇ＊、n+ドレイン領域505での伝導帯のエネルギーを
示している。又、EVS、EVG、EVG ＊、EVDは、それぞれ、
n+ソース領域501、ゲートショットキー接合面、真のゲ
ート点Ｇ＊、n+ドレイン領域505での価電子帯のエネル
ギーを示している。ポテンシャル図中の点線は、SIPTに
光が照射された状態でのポテンシャルである。
AA′に沿うポテンシャルで、実線BB′は、第４図（ａ）
のBB′に沿うポテンシャル図である。第４図（ｂ）、
（ｃ）においてECS、ECG、ECG ＊、ECDは、それぞれn+ソ
ース領域501、ゲートショットキー接合面、真のゲート
点Ｇ＊、n+ドレイン領域505での伝導帯のエネルギーを
示している。又、EVS、EVG、EVG ＊、EVDは、それぞれ、
n+ソース領域501、ゲートショットキー接合面、真のゲ
ート点Ｇ＊、n+ドレイン領域505での価電子帯のエネル
ギーを示している。ポテンシャル図中の点線は、SIPTに
光が照射された状態でのポテンシャルである。
今、第４図（ａ）に示すショットキーゲートSIPTの表
面から、侵入深さが高抵抗領域502、503、504の厚み程
度でエネルギーがショットキーゲートSIPTを形成する半
導体のバンドギャップ以上の波長の光が入射したとす
る。この入射光によりSIPTの高抵抗領域で電子−正孔対
が発生し、その発生した電子522は電界によりn+ドレイ
ン領域に流れ、正孔523は正孔にとってポテンシャルが
最も低いショットキー接合面に蓄積される。第４図
（ｃ）中の524は、蓄積した正孔を示している。この蓄
積した正孔によりショットキー接合面のポテンシャルが
低下する。このことにより真のゲート点Ｇ＊のポテンシ
ャルも低下し、n+ソース領域501からチャンネル領域503
を通して電子が注入される。以上のプロセスで光信号を
増幅した電流が流れる。この場合の増幅率は、入射フォ
トン数とソース−ドレイン間を流れる電子の変化分の数
の比で次式の様に表せる。
面から、侵入深さが高抵抗領域502、503、504の厚み程
度でエネルギーがショットキーゲートSIPTを形成する半
導体のバンドギャップ以上の波長の光が入射したとす
る。この入射光によりSIPTの高抵抗領域で電子−正孔対
が発生し、その発生した電子522は電界によりn+ドレイ
ン領域に流れ、正孔523は正孔にとってポテンシャルが
最も低いショットキー接合面に蓄積される。第４図
（ｃ）中の524は、蓄積した正孔を示している。この蓄
積した正孔によりショットキー接合面のポテンシャルが
低下する。このことにより真のゲート点Ｇ＊のポテンシ
ャルも低下し、n+ソース領域501からチャンネル領域503
を通して電子が注入される。以上のプロセスで光信号を
増幅した電流が流れる。この場合の増幅率は、入射フォ
トン数とソース−ドレイン間を流れる電子の変化分の数
の比で次式の様に表せる。
（１）式で、Ｇはオプティカルゲイン、ΔJLは光が入
射したことによるソース・ドレイン間を流れる電流の変
化分、Piは素子表面に照射される光エネルギー、ηは量
子効率、νは入射光の振動数、ｈはプランク定数、ｑは
単位電荷量である。オープンゲート動作でのショットキ
ーゲートSIPTでは、光により発生する光電流が、暗電流
よりも小さい極限でオプティカルゲインは、最大値Gmax
となる。Gmaxは、近似的に次式で表せる。
射したことによるソース・ドレイン間を流れる電流の変
化分、Piは素子表面に照射される光エネルギー、ηは量
子効率、νは入射光の振動数、ｈはプランク定数、ｑは
単位電荷量である。オープンゲート動作でのショットキ
ーゲートSIPTでは、光により発生する光電流が、暗電流
よりも小さい極限でオプティカルゲインは、最大値Gmax
となる。Gmaxは、近似的に次式で表せる。
Gmax（ns/pG）｛（Dn/WG）／（Dp/Lp）｝・ exp｛（q/kT）（VbiGS−VbiG ＊ Ｓ）｝ …（２） （２）式でn2は、n+ソース領域の電子密度、pGはゲー
ト領域の正孔密度、Dnは電子の拡散定数、Dpは正孔の拡
散定数、Lpは正孔の拡散距離、WGは実効的なチャンネル
幅、VbiGSは、ショットキーゲート接合面とn+ソース領
域間のポテンシャル、VbiG ＊ Ｓは真のゲート点とn+ソー
ス領域間のポテンシャルである。ｋはボルツマン定数、
Ｔは絶対温度である。第４図からも明らかな様にゲート
ショットキー接合面に蓄積された正孔がn+ソース領域に
拡散するときに越えるポテンシャルエネルギーVbiGSに
比べてn+ソース領域の電子がチャンネルに注入される際
に越えるポテンシャルエネルギーVbiG ＊ Ｓはかなり小さ
い。このため、（２）式中の指数項は、かなり大きな値
を示し、Gmaxも大きくなる。従来のベースが単一な領域
で構成されているバイポーラホトトランジスタと比較し
て、SITゲート構造を有するホトトランジスタでは、
（２）式の指数項倍オプティカルゲインが大きくなる。
ト領域の正孔密度、Dnは電子の拡散定数、Dpは正孔の拡
散定数、Lpは正孔の拡散距離、WGは実効的なチャンネル
幅、VbiGSは、ショットキーゲート接合面とn+ソース領
域間のポテンシャル、VbiG ＊ Ｓは真のゲート点とn+ソー
ス領域間のポテンシャルである。ｋはボルツマン定数、
Ｔは絶対温度である。第４図からも明らかな様にゲート
ショットキー接合面に蓄積された正孔がn+ソース領域に
拡散するときに越えるポテンシャルエネルギーVbiGSに
比べてn+ソース領域の電子がチャンネルに注入される際
に越えるポテンシャルエネルギーVbiG ＊ Ｓはかなり小さ
い。このため、（２）式中の指数項は、かなり大きな値
を示し、Gmaxも大きくなる。従来のベースが単一な領域
で構成されているバイポーラホトトランジスタと比較し
て、SITゲート構造を有するホトトランジスタでは、
（２）式の指数項倍オプティカルゲインが大きくなる。
また、オプティカルゲインＧの入射光エネルギーPi依
存性は、次式で表せる。
存性は、次式で表せる。
Ｇ＝Gmax（PiC/Pi）1-n η …（３） （３）式で、PiCは、光により励起される正孔電流が
暗電流と等しくなる入射孔エネルギー、ｎは定数で入射
光強度が強い領域でのゲートーソース間ショットキーダ
イオードの飽和効果を反映するものである。ηは、ゲー
ト電圧の変化に対する真のゲート点Ｇ＊の変化率を表
す。（３）式から明らかな様に、SIPTのオプティカルゲ
インＧは、入射光強度が弱い程、増加する傾向を示し、
従来のバイポーラホトトランジスタ、ヘテロ接合ホトト
ランジスタと全く異なった特性を示す。
暗電流と等しくなる入射孔エネルギー、ｎは定数で入射
光強度が強い領域でのゲートーソース間ショットキーダ
イオードの飽和効果を反映するものである。ηは、ゲー
ト電圧の変化に対する真のゲート点Ｇ＊の変化率を表
す。（３）式から明らかな様に、SIPTのオプティカルゲ
インＧは、入射光強度が弱い程、増加する傾向を示し、
従来のバイポーラホトトランジスタ、ヘテロ接合ホトト
ランジスタと全く異なった特性を示す。
また、ショットキーゲートSIPTの応答速度は、次式の
立ち上がりの時定数τｒで近似的に表せる。
立ち上がりの時定数τｒで近似的に表せる。
τｒnkT｛CGS＋（１＋μ）CGD｝／｛qJL（Pi/PiC）｝
…（４） （４）式でCGSはゲート−n+ソース間容量、CGDはゲー
ト−n+ドレイン間容量、μはショットキーゲートSIPTの
電圧増幅率、JLは光により励起された正孔電流である。
SITゲート構造では、n+ソース領域とゲート及びn+ドレ
イン領域とゲートの間に高抵抗領域を挟んでいて、ま
た、ゲートの接合面積を小さくできるから、従来のバイ
ポーラホトトランジスタ等と比較してCGS、CGDを小さく
できるから高速動作が実現できる。
…（４） （４）式でCGSはゲート−n+ソース間容量、CGDはゲー
ト−n+ドレイン間容量、μはショットキーゲートSIPTの
電圧増幅率、JLは光により励起された正孔電流である。
SITゲート構造では、n+ソース領域とゲート及びn+ドレ
イン領域とゲートの間に高抵抗領域を挟んでいて、ま
た、ゲートの接合面積を小さくできるから、従来のバイ
ポーラホトトランジスタ等と比較してCGS、CGDを小さく
できるから高速動作が実現できる。
さらに、SIT構造では、ゲート−ソース間の抵抗rSが
小さいために、入力雑音抵抗が小さい。このため、SIT
では、従来のバイポーラトランジスタやFETと比較して
雑音が小さい。つまり、SIT構造をホトトランジスタに
応用した場合、低雑音の光検出器が実現できる。
小さいために、入力雑音抵抗が小さい。このため、SIT
では、従来のバイポーラトランジスタやFETと比較して
雑音が小さい。つまり、SIT構造をホトトランジスタに
応用した場合、低雑音の光検出器が実現できる。
さらにゲートをショットキー接合で形成することによ
り、pn接合で見られる少数キャリアの蓄積効果を抑えら
れるから高速化が実現できる。
り、pn接合で見られる少数キャリアの蓄積効果を抑えら
れるから高速化が実現できる。
SITゲート構造では、ゲートとチャンネル間ショット
キー接合の拡散電位とゲートバイアスによりチャンネル
領域は完全に空乏化するように、ゲート間隔とチャンネ
ルの不純物密度は選ばれる。
キー接合の拡散電位とゲートバイアスによりチャンネル
領域は完全に空乏化するように、ゲート間隔とチャンネ
ルの不純物密度は選ばれる。
一方、従来のベースが均一構造であるバイポーラホト
トランジスタのベースの一部にショットキー構造を取り
入れることにより、オプティカルゲイン、応答速度が改
善される。すなわち第４図（ａ）のチャンネル領域503
は、ｐ型半導体や、低不純物密度のｐ型半導体（p-）で
あってもよい。ゲート間隔もチャンネルが完全に空乏化
しない条件でもよい。この場合には電流の流れやすい部
分のうち一部分にはベース内もしくはチャンネル内に中
性領域が存在し、ベース内もしくはチャンネル内に抵抗
成分を形成する。当然のことながら、ベース内もしくは
チャンネル内はすべて空乏化されショットキー接合界面
の電位によって静電誘導の効果が及びやすくなされた素
子の方が、高周波特性は優れている。
トランジスタのベースの一部にショットキー構造を取り
入れることにより、オプティカルゲイン、応答速度が改
善される。すなわち第４図（ａ）のチャンネル領域503
は、ｐ型半導体や、低不純物密度のｐ型半導体（p-）で
あってもよい。ゲート間隔もチャンネルが完全に空乏化
しない条件でもよい。この場合には電流の流れやすい部
分のうち一部分にはベース内もしくはチャンネル内に中
性領域が存在し、ベース内もしくはチャンネル内に抵抗
成分を形成する。当然のことながら、ベース内もしくは
チャンネル内はすべて空乏化されショットキー接合界面
の電位によって静電誘導の効果が及びやすくなされた素
子の方が、高周波特性は優れている。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図は、本発明による切り込みゲート型のショット
キーゲートSIPTの実施例である。切り込みゲートにする
ことによりゲート接合容量を小さくできるのでより高速
化が実現できる。第１図において201はn+ドレイン領
域、202及び204は低不純物密度ｉ（またはn-、p-）の高
抵抗領域、203はｉ（またはn-、p-、ｐ）チャンネル領
域である。205はn+ソース領域である。206は、ショット
キー接合を形成する金属ゲート領域である。207は絶縁
層である。また、211はドレイン電極、212はソース電極
である。
キーゲートSIPTの実施例である。切り込みゲートにする
ことによりゲート接合容量を小さくできるのでより高速
化が実現できる。第１図において201はn+ドレイン領
域、202及び204は低不純物密度ｉ（またはn-、p-）の高
抵抗領域、203はｉ（またはn-、p-、ｐ）チャンネル領
域である。205はn+ソース領域である。206は、ショット
キー接合を形成する金属ゲート領域である。207は絶縁
層である。また、211はドレイン電極、212はソース電極
である。
第２図は、本発明による平面ゲート型のショットキー
ゲートSIPTの実施例である。第２図において301はn+ド
レイン領域、302は低不純物密度ｉ（またはn-、p-）の
高抵抗領域、305はn+ソース領域である。306はショット
キー接合を形成する金属ゲート領域である。また、311
はドレイン電極、312はソース電極である。
ゲートSIPTの実施例である。第２図において301はn+ド
レイン領域、302は低不純物密度ｉ（またはn-、p-）の
高抵抗領域、305はn+ソース領域である。306はショット
キー接合を形成する金属ゲート領域である。また、311
はドレイン電極、312はソース電極である。
第３図は、本発明による埋め込みゲート型のショット
キーゲートSIPT及び非均一ベースBPTで金属ゲート領域
のまわりが高不純物領域で囲まれた構造の実施例であ
る。金属ゲート領域のまわりを高不純物密度にすること
によりゲート−ソース間のポテンシャルを大きくできる
のでオプティカルゲインをさらに大きくすることができ
る。第３図において401は、n+ドレイン領域、402及び40
4は低不純物密度ｉ（または、n-、p-）の高抵抗領域、4
03はｉ（またはn-、p-、ｐ）チャンネル領域である。40
5はn+ソース領域である。406はショットキー接合を形成
する金属ゲート領域である。407は、p+高不純物密度領
域である。また、411は、ドレイン電極、412は、ソース
電極である。
キーゲートSIPT及び非均一ベースBPTで金属ゲート領域
のまわりが高不純物領域で囲まれた構造の実施例であ
る。金属ゲート領域のまわりを高不純物密度にすること
によりゲート−ソース間のポテンシャルを大きくできる
のでオプティカルゲインをさらに大きくすることができ
る。第３図において401は、n+ドレイン領域、402及び40
4は低不純物密度ｉ（または、n-、p-）の高抵抗領域、4
03はｉ（またはn-、p-、ｐ）チャンネル領域である。40
5はn+ソース領域である。406はショットキー接合を形成
する金属ゲート領域である。407は、p+高不純物密度領
域である。また、411は、ドレイン電極、412は、ソース
電極である。
第１図乃至第３図に示した実施例はいずれもトランジ
スタによる光検出器であるが、第１図乃至第３図におい
て、n+ドレイン領域201、301、401の代りに高不純物密
度p+領域を形成する素子構造もよい。この場合には静電
誘導サイリスタ型光検出器となる。すなわち、この場合
にはp+−ｉ（n-、p-）接合界面には光によって発生した
電子−正孔対のうち、電子に対する蓄積領域が形成され
るために、p+領域よりの正孔注入を促進し、光増幅度は
トランジスタ構造の場合に比べ、さらに大きなものとな
る。
スタによる光検出器であるが、第１図乃至第３図におい
て、n+ドレイン領域201、301、401の代りに高不純物密
度p+領域を形成する素子構造もよい。この場合には静電
誘導サイリスタ型光検出器となる。すなわち、この場合
にはp+−ｉ（n-、p-）接合界面には光によって発生した
電子−正孔対のうち、電子に対する蓄積領域が形成され
るために、p+領域よりの正孔注入を促進し、光増幅度は
トランジスタ構造の場合に比べ、さらに大きなものとな
る。
本発明によるゲートがショットキー電極で形成された
SIPTにより、従来の半導体光検出器よりも高光感度、低
雑音、高速な光検出器が実現できる。
SIPTにより、従来の半導体光検出器よりも高光感度、低
雑音、高速な光検出器が実現できる。
また、従来のバイポーラホトトランジスタ（BPT）
に、本発明によるショットキー接合を有する非均一ベー
ス構造を導入することにより光感度、応答速度等の特性
を向上させることができる。
に、本発明によるショットキー接合を有する非均一ベー
ス構造を導入することにより光感度、応答速度等の特性
を向上させることができる。
又、本発明の光検出器を形成する半導体材料はSiに限
るものではなく、GaAs、InP、InSb等のIII−Ｖ族間化合
物半導体でもよく、又II−VI族間化合物半導体でもよい
ことはもちろんである。また、ソース・チャンネルある
いはエミッタ・ベース部分が、ヘテロ接合となされてい
てもよい。
るものではなく、GaAs、InP、InSb等のIII−Ｖ族間化合
物半導体でもよく、又II−VI族間化合物半導体でもよい
ことはもちろんである。また、ソース・チャンネルある
いはエミッタ・ベース部分が、ヘテロ接合となされてい
てもよい。
本発明による光検出器は、光通信用の光検出器等に応
用できるものであり、工業的利用価値が高い。
用できるものであり、工業的利用価値が高い。
第１図は、本発明による切り込みゲート型のショットキ
ーゲートSIPTの実施例、第２図は、本発明による平面ゲ
ート型のショットキーゲートSIPTの実施例、第３図は、
本発明による埋め込みゲート型のショットキーゲートSI
PT及び非均一ベースBPTで、金属ゲート領域の周りが高
不純物密度領域で囲まれた構造の実施例、第４図（ａ）
は、本発明による埋め込みゲート型のショットキーゲー
トSIPTの単位素子構造断面図、第４図（ｂ）は、第４図
（ａ）のAA′、BB′に沿うポテンシャル図、第４図
（ｃ）は、第４図（ａ）のCC′方向のポテンシャル図で
ある。 201、301、401……n+ドレイン領域、202、204、302、40
2、404……高抵抗領域ｉ（または、n-、p-）、203、403
……ｉ（またはn-、p-、ｐ）チャンネル領域、205、30
5、405……n+ソース領域、206、306、406……ショット
キー金属ゲート領域、211、311、411……ドレイン電
極、212、312、412……ソース電極
ーゲートSIPTの実施例、第２図は、本発明による平面ゲ
ート型のショットキーゲートSIPTの実施例、第３図は、
本発明による埋め込みゲート型のショットキーゲートSI
PT及び非均一ベースBPTで、金属ゲート領域の周りが高
不純物密度領域で囲まれた構造の実施例、第４図（ａ）
は、本発明による埋め込みゲート型のショットキーゲー
トSIPTの単位素子構造断面図、第４図（ｂ）は、第４図
（ａ）のAA′、BB′に沿うポテンシャル図、第４図
（ｃ）は、第４図（ａ）のCC′方向のポテンシャル図で
ある。 201、301、401……n+ドレイン領域、202、204、302、40
2、404……高抵抗領域ｉ（または、n-、p-）、203、403
……ｉ（またはn-、p-、ｐ）チャンネル領域、205、30
5、405……n+ソース領域、206、306、406……ショット
キー金属ゲート領域、211、311、411……ドレイン電
極、212、312、412……ソース電極
Claims (10)
- 【請求項１】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接し前記ドレイン領域と接していない面を
周期的に凸凹になされた高抵抗領域と、前記高抵抗領域
の凸凹の凹部内に絶縁層を介して配置され凸部との間で
ショットキー接合を形成する金属ゲート領域と、前記高
抵抗領域の凸部に前記金属ゲート領域に隣接して設けら
れた高抵抗チャンネル領域と、前記高抵抗領域に接して
前記ドレイン領域の反対側に配置された第一の導電形の
ソース領域と、前記ドレイン領域の表面露出部分に設け
られたドレイン電極と、前記ソース領域の表面露出部分
の一部に接触して設けられたソース電極を具備し、前記
ソース領域で前記ソース電極の設けられていない領域か
ら侵入する光により、主に前記高抵抗領域中で電子−正
孔対が発生し、前記電子−正孔対のうち正孔が前記ショ
ットキー接合に蓄積されることにより、前記高抵抗チャ
ンネル領域のポテンシャルが、前記ショットキー接合の
静電誘導効果により制御され、前記ソース領域と前記ド
レイン領域間に増幅された電流が流れることを特徴とす
る半導体光検出器。 - 【請求項２】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接し前記ドレイン領域と接していない面を
周期的に凸凹になされた高抵抗領域と、前記高抵抗領域
の凸凹の凹部内に絶縁層を介して配置され凸部との間で
ショットキー接合を形成する金属ゲート領域と、前記高
抵抗領域の凸部に前記金属ゲート領域に隣接して設けら
れた第二の導電形のチャンネル領域と、前記高抵抗領域
に接して前記ドレイン領域の反対側に配置された第一の
導電形のソース領域と、前記ドレイン領域の表面露出部
分に設けられたドレイン電極と、前記ソース領域の表面
露出部分の一部に接触して設けられたソース電極を具備
し、前記ソース領域で前記ソース電極の設けられていな
い領域から侵入する光により、主に前記第二の導電形の
チャンネル領域中で電子−正孔対が発生し、前記電子−
正孔対のうち正孔が前記ショットキー接合に蓄積される
ことにより、前記第二の導電形のチャンネル領域のポテ
ンシャルが、前記ショットキー接合の静電誘導効果によ
り制御され、前記ソース領域と前記ドレイン領域間に増
幅された電流が流れることを特徴とする半導体光検出
器。 - 【請求項３】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接した高抵抗領域と、前記高抵抗領域の前
記ドレイン領域と接する面とは反対側の面で不連続かつ
周期的に設けられショットキー接合を形成する金属ゲー
ト領域と、前記金属ゲート領域に挟まれている前記高抵
抗領域の一部に埋設された第一の導電形のソース領域と
前記ドレイン領域の表面露出部分に設けられたドレイン
電極と、前記ソース領域の表面露出部分の一部に接触し
て設けられたソース電極を具備し、前記ソース領域で前
記ソース電極の設けられていない領域から侵入する光に
より、主に前記高抵抗領域中で電子−正孔対が発生し、
前記電子−正孔対のうち正孔が前記ショットキー接合に
蓄積されることにより、前記高抵抗領域のポテンシャル
が、前記ショットキー接合の静電誘導効果により制御さ
れ、前記ソース領域と前記ドレイン領域間に増幅された
電流が流れることを特徴とする半導体光検出器。 - 【請求項４】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接した高抵抗領域と、前記高抵抗領域中に
不連続かつ周期的に設けられ前記高抵抗領域を二分する
ように配置されたショットキー接合を形成する金属ゲー
ト領域と、前記金属ゲート領域のまわりに設けられた第
二の導電形の高不純物密度領域と、前記第二の導電形の
高不純物密度領域と前記高抵抗領域とに隣接しかつ前記
金属ゲート領域に挟まれて配置された高抵抗チャンネル
領域と、前記高抵抗領域に接して前記ドレイン領域の反
対側に配置された第一の導電形のソース領域と、前記ド
レイン領域の表面露出部分に設けられたドレイン電極
と、前記ソース領域の表面露出部分の一部に接触して設
けられたソース電極を具備し、前記ソース領域で前記ソ
ース電極の設けられていない領域から侵入する光によ
り、主に前記高抵抗チャンネル領域で電子−正孔対が発
生し、前記電子−正孔対のうち正孔が前記ショットキー
接合に蓄積されることにより、前記高抵抗チャンネル領
域のポテンシャルが、前記ショットキー接合の静電誘導
効果により制御され、前記ソース領域と前記ドレイン領
域間に増幅された電流が流れることを特徴とする半導体
光検出器。 - 【請求項５】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接した高抵抗領域と、前記高抵抗領域中に
不連続かつ周期的に設けられ前記高抵抗領域を二分する
ように配置されたショットキー接合を形成する金属ゲー
ト領域と、前記金属ゲート領域のまわりに設けられた第
二の導電形の高不純物密度領域と、前記第二の導電形の
高不純物密度領域と前記高抵抗領域とに隣接しかつ前記
金属ゲート領域に挟まれて配置された第二の導電形のチ
ャンネル領域と、前記高抵抗領域に接して前記ドレイン
領域の反対側に配置された第一の導電形のソース領域
と、前記ドレイン領域の表面露出部分に設けられたドレ
イン電極と、前記ソース領域の表面露出部分の一部に接
触して設けられたソース電極を具備し、前記ソース領域
で前記ソース電極の設けられていない領域から侵入する
光により、主に前記第二の導電形のチャンネル領域中で
電子−正孔対が発生し、前記電子−正孔対のうち正孔が
前記ショットキー接合に蓄積されることにより、前記第
二の導電形のチャンネル領域のポテンシャルが、前記シ
ョットキー接合の静電誘導効果により制御され、前記ソ
ース領域と前記ドレイン領域間に増幅された電流が流れ
ることを特徴とする半導体光検出器。 - 【請求項６】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接し前記ドレイン領域と接していない面を
周期的に凸凹になされた高抵抗領域と、前記高抵抗領域
の凸凹の凹部内に絶縁層を介して配置され凸部との間で
ショットキー接合を形成する金属ゲート領域と、前記高
抵抗領域の凸部に前記金属ゲート領域に隣接して設けら
れた高抵抗チャンネル領域と、前記高抵抗領域に接して
前記ドレイン領域の反対側に配置された前記第一の導電
形と反対導電形のソース領域と、前記ドレイン領域の表
面露出部分に設けられたドレイン電極と、前記ソース領
域の表面露出部分の一部に接触して設けられたソース電
極を具備し、前記ソース領域で前記ソース電極の設けら
れていない領域から侵入する光により、主に前記高抵抗
領域中で電子−正孔対が発生し、前記電子−正孔対のう
ち正孔が前記ショットキー接合に蓄積されることによ
り、前記高抵抗チャンネル領域のポテンシャルが、前記
ショットキー接合の静電誘導効果により制御され、前記
ソース領域と前記ドレイン領域間に増幅された電流が流
れることを特徴とする半導体光検出器。 - 【請求項７】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接し前記ドレイン領域と接していない面を
周期的に凸凹になされた高抵抗領域と、前記高抵抗領域
の凸凹の凹部内に絶縁層を介して配置され凸部との間で
ショットキー接合を形成する金属ゲート領域と、前記高
抵抗領域の凸部に前記金属ゲート領域に隣接して設けら
れた第二の導電形のチャンネル領域と、前記高抵抗領域
に接して前記ドレイン領域の反対側に配置された前記第
一の導電形と反対導電形のソース領域と、前記ドレイン
領域の表面露出部分に設けられたドレイン電極と、前記
ソース領域の表面露出部分の一部に接触して設けられた
ソース電極を具備し、前記ソース領域で前記ソース電極
の設けられていない領域から侵入する光により、主に前
記第二の導電形のチャンネル領域中で電子−正孔対が発
生し、前記電子−正孔対のうち正孔が前記ショットキー
接合に蓄積されることにより、前記第二の導電形のチャ
ンネル領域のポテンシャルが、前記ショットキー接合の
静電誘導効果により制御され、前記ソース領域と前記ド
レイン領域間に増幅された電流が流れることを特徴とす
る半導体光検出器。 - 【請求項８】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接した高抵抗領域と、前記高抵抗領域の前
記ドレイン領域と接する面とは反対側の面で不連続かつ
周期的に設けられショットキー接合を形成する金属ゲー
ト領域と、前記金属ゲート領域に挟まれている前記高抵
抗領域の一部に埋設された前記第一の導電形と反対導電
形のソース領域と前記ドレイン領域の表面露出部分に設
けられたドレイン電極と、前記ソース領域の表面露出部
分の一部に接触して設けられたソース電極を具備し、前
記ソース領域で前記ソース電極の設けられていない領域
から侵入する光により、主に前記高抵抗領域中で電子−
正孔対が発生し、前記電子−正孔対のうち正孔が前記シ
ョットキー接合に蓄積されることにより、前記高抵抗領
域のポテンシャルが、前記ショットキー接合の静電誘導
効果により制御され、前記ソース領域と前記ドレイン領
域間に増幅された電流が流れることを特徴とする半導体
光検出器。 - 【請求項９】第一の導電形のドレイン領域と、前記ドレ
イン領域に隣接した高抵抗領域と、前記高抵抗領域中に
不連続かつ周期的に設けられ前記高抵抗領域を二分する
ように配置されたショットキー接合を形成する金属ゲー
ト領域と、前記金属ゲート領域のまわりに設けられた第
二の導電形の高不純物密度領域と、前記第二の導電形の
高不純物密度領域と前記高抵抗領域とに隣接しかつ前記
金属ゲート領域に挟まれて配置された高抵抗チャンネル
領域と、前記高抵抗領域に接して前記ドレイン領域の反
対側に配置された前記第一の導電形と反対導電形のソー
ス領域と、前記ドレイン領域の表面露出部分に設けられ
たドレイン電極と、前記ソース領域の表面露出部分の一
部に接触して設けられたソース電極を具備し、前記ソー
ス領域で前記ソース電極の設けられていない領域から侵
入する光により、主に前記高抵抗チャンネル領域で電子
−正孔対が発生し、前記電子−正孔対のうち正孔が前記
ショットキー接合に蓄積されることにより、前記高抵抗
チャンネル領域のポテンシャルが、前記ショットキー接
合の静電誘導効果により制御され、前記ソース領域と前
記ドレイン領域間に増幅された電流が流れることを特徴
とする半導体光検出器。 - 【請求項１０】第一の導電形のドレイン領域と、前記ド
レイン領域に隣接した高抵抗領域と、前記高抵抗領域中
に不連続かつ周期的に設けられ前記高抵抗領域を二分す
るように配置されたショットキー接合を形成する金属ゲ
ート領域と、前記金属ゲート領域のまわりに設けられた
第二の導電形の高不純物密度領域と、前記第二の導電形
の高不純物密度領域と前記高抵抗領域とに隣接しかつ前
記金属ゲート領域に挟まれて配置された第二の導電形の
チャンネル領域と、前記高抵抗領域に接して前記ドレイ
ン領域の反対側に配置された前記第一の導電形と反対導
電形のソース領域と、前記ドレイン領域の表面露出部分
に設けられたドレイン電極と、前記ソース領域の表面露
出部分の一部に接触して設けられたソース電極を具備
し、前記ソース領域で前記ソース電極の設けられていな
い領域から侵入する光により、主に前記第二の導電形の
チャンネル領域中で電子−正孔対が発生し、前記電子−
正孔対のうち正孔が前記ショットキー接合に蓄積される
ことにより、前記第二の導電形のチャンネル領域のポテ
ンシャルが、前記ショットキー接合の静電誘導効果によ
り制御され、前記ソース領域と前記ドレイン領域間に増
幅された電流が流れることを特徴とする半導体光検出
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220747A JPH0821726B2 (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220747A JPH0821726B2 (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6199388A JPS6199388A (ja) | 1986-05-17 |
| JPH0821726B2 true JPH0821726B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16755900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59220747A Expired - Fee Related JPH0821726B2 (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821726B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4488038A (en) * | 1982-04-12 | 1984-12-11 | At&T Bell Laboratories | Phototransistor for long wavelength radiation |
-
1984
- 1984-10-19 JP JP59220747A patent/JPH0821726B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6199388A (ja) | 1986-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |