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JPH0624251B2 - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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Publication number
JPH0624251B2
JPH0624251B2 JP61000776A JP77686A JPH0624251B2 JP H0624251 B2 JPH0624251 B2 JP H0624251B2 JP 61000776 A JP61000776 A JP 61000776A JP 77686 A JP77686 A JP 77686A JP H0624251 B2 JPH0624251 B2 JP H0624251B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
msm
electrode
barrier height
dark current
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP61000776A
Other languages
English (en)
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JPS62159478A (ja
Inventor
正規 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
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Priority to KR1019860011576A priority patent/KR900000076B1/ko
Priority to US07/001,031 priority patent/US4763176A/en
Priority to EP87400025A priority patent/EP0229040B1/en
Priority to DE8787400025T priority patent/DE3779765T2/de
Publication of JPS62159478A publication Critical patent/JPS62159478A/ja
Publication of JPH0624251B2 publication Critical patent/JPH0624251B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/103Integrated devices the at least one element covered by H10F30/00 having potential barriers, e.g. integrated devices comprising photodiodes or phototransistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20Individual 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
    • H10F30/21Individual 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
    • H10F30/22Individual 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 one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/227Individual 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 one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a Schottky barrier
    • H10F30/2275Individual 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 one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a Schottky barrier being a metal-semiconductor-metal [MSM] Schottky barrier
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/18Photovoltaic cells having only Schottky potential barriers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、光半導体装置に於いて、カソード側及びアノ
ード側それぞれのバリヤ・ハイトがエネルギ・バンド・
ギャップの1/2より大となるように別個の材料からなる
電極を用いたMSMフォト・ダイオードを備えることに
依り、光信号が入射した場合、大きな電流を流し得るよ
うにして、暗電流の一層の低減、及び、S/Nが良好な
受信系の作成を可能にしたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、MSM(metal semiconduc
tor metal)フォト・ダイオードを有する光半
導体装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
一般に、MSMフォト・ダイオードはトランジスタと集
積化して光半導体装置を形成するのに好適とされてい
る。
本発明者は、さきに、暗電流を低減させたMSMフォト
・ダイオードを有する光半導体装置を提供した(要すれ
ば、特願昭60−111376号参照)。
即ち、MSMフォト・ダイオードの電極を構成する材料
としてWSiを用いることに依り、暗電流を小さく
し、S/Nが良好な受信系を得ることができるようにし
たものである。
第4図は前記既提供のMSMフォト・ダイオードを発明
した際に行った実験の結果を纏めた線図であり、横軸に
はMSMフォト・ダイオードの電極を構成する金属に依
存するバリヤ・ハイトを、また、縦軸にはMSMフォト
・ダイオードの暗電流をそれぞれ採ってある。尚、この
バリヤ・ハイトはn型GaAsに対して図示された各金
属電極を形成した場合のそれであり、また、このデータ
を得た際に於けるバイアス電圧は10〔V〕である。
図から判るように、WSiを用いたときの暗電流が最
も小さい値を示している。
第5図はMSMフォト・ダイオードのエネルギ・バンド
・ダイヤグラムを表している。
図に於いて、Mは金属電極、Sは半導体層、Vはバイア
ス電圧、φbnはコンダクション・バンドからのバリヤ・
ハイト、φbpはバレンス・バンドからのバリヤ・ハイ
ト、jは注入エレクトロン、jは注入ホールをそれ
ぞれ示している。
さて、バリヤ・ハイトφbnが大であると注入エレクトロ
ンjは少ないが、φbp=E−φbnであるから注入ホ
ールjは多くなる。尚、Eはエネルギ・バンド・ギ
ャップである。
また、逆に、バリヤ・ハイトφbnが小であると注入ホー
ルjは少ないが注入エレクトロンjは多くなる。
このようなことから、φbn≒1/2Eとすることが最も
良い結果をもたらすことになり、この条件を満足させる
金属がWSiであって、これを用いることに依って暗
電流はAlなどを用いた場合に比較して大幅に低減され
るものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
さて、前記改良された従来例は、暗電流を低減してS/
Nを向上させた受信系を作成し得る点で真に瞠目すべき
ものであったが、この暗電流は、小さければ小さいほど
好ましいのは当然であり、前記改良された従来例よりも
更に小さくすることができれば、それにこしたことはな
い。
ところで、前記改良された従来例では、アノードもカソ
ードも同じ電極材料を用いるので、金属の選定も妥協的
なものとならざるを得ず、そのような点を考慮して、最
良とは言えないがWSiが選択されたものである。
本発明は、MSMフォト・ダイオードに於けるアノード
とカソードの電極材料をそれぞれに適切なものを選択す
ることに依り、更に暗電流の低減を図るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
一般に、MSMフォト・ダイオードに於ける注入エレク
トロンjは、 j∝A -q φ bn/kT・eq Δφ bn/kT また、注入ホールjは、 j∝A -q φ bp/kT・eq Δφ bp/kT なる式で表される。
これらの式に於いて、A 及びA はリチャードソ
ン定数、Tは絶対温度、qは電荷、kはボルツマン定
数、Δφbn及びΔφbpはバリヤ・ハイトの変動分をそれ
ぞれ表し、また、前記各式に於けるeq Δφ bn/kT及びe
q Δφ bp/kTなる項は、バイアス電圧が変動した場合、実
効的にバリヤ・ハイトが低下することに起因して現れる
ものであり、実質的には殆ど影響がないと見て良い。
さて、前記各式から明らかなように、注入エレクトロン
や注入ホールを増加させ、暗電流を低下させるには、バ
リヤ・ハイトφbn及びφbpを大きくすると良い。
半導体表面に設けられて交互に組み合う櫛歯型をなすカ
ソード電極及びアノード電極を有し、前記カソード電極
及びアノード電極で前記半導体に電界を印加するMSM
フォト・ダイオードに於いて、 カソード電極としてφbn>1/2E アノード電極としてφbp>1/2E φbn:バリヤ・ハイト φbp:バリヤ・ハイト E:エネルギ・バンドキャップ なる別個の材料を用いたMSMフォト・ダイオード を備えてなる構成を採っている。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、MSMフォト・ダイオード
に光信号が入射した際、大きな電流を流し得るようにし
て、暗電流の一層の低減、及び、S/Nが良好な受信系
の作成を可能にしたものである。
〔実施例〕
MSMフォト・ダイオードのカソード側に於けるバリヤ
・ハイトφbnを1/2Eより大きくするには、カソード
側電極材料としてAu或いはAlを用い、また、アノー
ド側に於けるバリヤ・ハイトφbpを1/2Eより大きく
するには、アノード側電極材料としてIn或いはWSi
0.64を用いることができる。
第1図は本発明一実施例であるMSMフォト・ダイオー
ドの要部平面図を表している。
図に於いて、2はGaAs能動層、4はAuからなるφ
bn側であるカソード電極、5はInからなるφbp側であ
るアノード電極をそれぞれ示している。
第2図は第1図に見られるMSMフォト・ダイオードを
線A−A′で切断した状態の要部切断側面図を表し、第
1図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或い
は同じ意味を持つものとする。
図に於いて、1は半絶縁性GaAs基板、3は窒化シリ
コン(SiN)膜をそれぞれ示している。
第1図及び第2図に見られるMSMフォト・ダイオード
では、光が電極4及び5の櫛歯状の部分に入射される。
このMSMフォト・ダイオードにトランジスタ、例え
ば、MESFET(metal semiconduc
tor field effect transist
or)を組み合わせて光半導体装置とするには、GaA
s能動層2上に更にGaAs能動層を形成し、そこにシ
ョットキ・ゲート電極、オーミック・コンタクト・ソー
ス電極及び同じくオーミック・コンタクト・ドレイン電
極を形成するものとし、その場合、MESFET部分の
GaAs能動層2はバッファ層として作用させる。
第3図は第1図及び第2図について説明したMSMフォ
ト・ダイオードのエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表
し、第5図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表す
か或いは同じ意味を持つものとする。
図から明らかなように、φbn>1/2E及びφbp>1/2E
となっている。
従って、光が入射することに依って流れる電流は大きく
なり、相対的に暗電流は低下し、S/Nが良好な受信系
を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明に依る光半導体装置に於いては、カソード側及び
アノード側それぞれのバリヤ・ハイトがエネルギ・バン
ド・ギャップの1/2より大となるように別個の材料から
なる電極を用いたMSMフォト・ダイオードを備えた構
成になっている。
この構成によれば、MSMフォト・ダイオードに光信号
が入射した場合、大きな電流を流すことができるから、
暗電流のより一層の低減が可能となり、S/Nが良好な
受信系の作成が容易になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例であるMSMフォト・ダイオー
ドの要部平面図、第2図は第1図に見られるMSMフォ
ト・ダイオードを線A−A′で切断した状態の要部切断
側面図、第3図は第1図及び第2図について説明したM
SMフォト・ダイオードのエネルギ・バンド・ダイヤグ
ラム、第4図は暗電流対バリヤ・ハイトの関係を示す線
図、第5図は改良された従来のMSMフォト・ダイオー
ドのエネルギ・バンド・ダイヤグラムをそれぞれ表して
いる。 図に於いて、1は半絶縁性GaAs基板、2はGaAs
能動層、3は窒化シリコン(SiN)膜、4はバリヤ・
ハイトφbn側を生成するAuからなるカソード電極、5
はバリヤ・ハイトφbpを生成するInからなるアノード
電極、Mは金属電極、Sは半導体層、Vはバイアス電
圧、φbnはコンダクション・バンドからのバリヤ・ハイ
ト、φbpはバレンス・バンドからのバリヤ・ハイト、j
は注入エレクトロン、jは注入ホールをそれぞれ示
している。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体表面に設けられて交互に組み合う櫛
    歯型をなすカソード電極及びアノード電極を有し、前記
    カソード電極及びアノード電極で前記半導体に電界を印
    加するMSMフォト・ダイオードに於いて、 カソード電極としてφbn>1/2E アノード電極としてφbp>1/2E φbn:バリヤ・ハイト φbp:バリヤ・ハイト E:エネルギ・バンドキャップ なる別個の材料を用いたMSMフォト・ダイオード を備えてなることを特徴とする光半導体装置。
JP61000776A 1986-01-08 1986-01-08 光半導体装置 Expired - Lifetime JPH0624251B2 (ja)

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JP61000776A JPH0624251B2 (ja) 1986-01-08 1986-01-08 光半導体装置
KR1019860011576A KR900000076B1 (ko) 1986-01-08 1986-12-30 금속-반도체-금속 포토다이오드
US07/001,031 US4763176A (en) 1986-01-08 1987-01-07 Metal-semiconductor-metal schottky photodiode
EP87400025A EP0229040B1 (en) 1986-01-08 1987-01-08 Metal-semiconductor-metal photodiode
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EP (1) EP0229040B1 (ja)
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