(57)【要約】【課題】入射光の利用効率を上げ性能を向上し且つ小型化することである。【解決手段】端子電極１１３と、端子電極１０１と、を備え、端子電極１１３及び端子電極１２３の間に、端子電極１１３側から順に、入射光が入射及び通過される広いバンドギャップ材料の上側閉じ込め層１０８と、前記通過された入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層１０６と、広いバンドギャップ材料の下側閉じ込め層１０６と、半導体基板１０２と、を備える。【選択図】図１
2008098576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極の間に、当該第１の端子電極側から順に、
入射光が入射及び通過される広いバンドギャップ材料の第１の閉じ込め層と、
前記通過された入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
広いバンドギャップ材料の第２の閉じ込め層と、
半導体基板と、を備えることを特徴とする光導電スイッチ。
【請求項２】
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、
前記第２の端子電極に接続された電流拡散層と、
半導体基板と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記電流拡散層の間に、当該第１の端子電極側から順に、
入射光が通過される広いバンドギャップ材料の第１の閉じ込め層と、
前記通過された入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
広いバンドギャップ材料の第２の閉じ込め層と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記入射光の入射側の表面上に設けられることを特徴とする光導電スイッチ。
【請求項３】
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、
入射光が入射及び通過される半導体層と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記半導体層の間に、当該第１の端子電極側から順に、
広いバンドギャップ材料の第１の閉じ込め層と、
前記入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
前記入射光が通過される広いバンドギャップ材料の第２の閉じ込め層と、
前記入射光が通過され、前記第２の端子電極に接続された電流拡散層と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記入射光の入射側と反対側の表面上に設けられることを特徴とする光導電スイッチ。
【請求項４】
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、
半導体基板と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記半導体基板の間に、当該第１の端子電極側から順に、
入射光を反射する広いバンドギャップ材料の第１のミラー層と、
前記入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
前記入射光が通過され、前記第２の端子電極に接続された広いバンドギャップ材料の電流拡散層と、
前記入射光を出力する活性層と、
前記入射光を反射する第２のミラー層と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記入射光の入射側と反対側の表面上に設けられることを特徴とする光導電スイッチ。
【請求項５】
入射光が通過される広いバンドギャップ材料の第１の閉じ込め層と、
前記通過された入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
広いバンドギャップ材料の第２の閉じ込め層と、を備える光導電部と、
電流拡散層と、
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、
半導体基板と、を備え、
前記光導電部は、溝により分割され、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記入射光の入射側と反対側の表面上に設けられ、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極の間に、前記分割された複数の光導電部が直列に接続されることを特徴とする光導電スイッチ。
【請求項６】
前記光導電スイッチ部は、複数の溝により分割されることを特徴とする請求項５に記載の光導電スイッチ。
【請求項７】
前記第１の閉じ込め層又は前記第２の閉じ込め層は、前記光導電層を通過した入射光を反射する副層を有することを特徴とする請求項１、２、３、５又は６のいずれか一項に記載の光導電スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導電スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射光量に依存して抵抗値が変化する光導電素子を用いて、光の入射により電気信号のスイッチングを行う光導電スイッチが実施されている（例えば、特許文献１、２参照）。光導電スイッチは、光が照射されると電極間の光導電素子の抵抗値が低くなりオンし、光が照射されていないと電極間の光導電素子の抵抗値が高くなりオフする。
【０００３】
図８を参照して、従来の光導電スイッチ７００を説明する。図８（ａ）に、従来の光導電スイッチ７００の上面を示す。図８（ｂ）に、図８(ａ)における光導電スイッチ７００のＢ７−Ｂ７’部の断面を示す。
【０００４】
図８に示すように、光導電スイッチ７００は、半絶縁性の半導体基板７０２と、広いエネルギー・バンド・ギャップ（以下、ＷＢという）を備えｎ型にドープされた半導体材料の下側閉じ込め層７０４と、狭いエネルギー・バンド・ギャップ（以下、ＮＢという）を備えｐ―型にドープされた半導体材料の光導電層７０６と、ｎ型にドープされたＷＢ材料の上側閉じ込め層７０８と、ボンディング・パッド７３０，７４０に結合された端子電極７１３，７２３と、から構成されている。
【０００５】
光導電層７０６が、下側閉じ込め層７０４と上側閉じ込め層７０８との間に挟まれている。上側閉じ込め層７０８の露出表面には、狭いギャップによって分離された端子電極７１３及び７２３が配置されている。下側閉じ込め層７０４は、半絶縁性半導体基板７０２に成長又は堆積させられたＷＢ材料の層として示されている。下側閉じ込め層７０４と上側閉じ込め層７０８との厚みは光導電層７０６に比べ薄く、入射光Ｌ７が存在しない時、完全に空乏化するように厚みを選択する。
【０００６】
上側閉じ込め層７０８のＷＢ材料は、光導電層７０６に達する入射光Ｌ７の透過を最大にするため、入射光Ｌ７の波長において透明度が高いものとする。光導電層７０６のＮＢ材料は、入射光Ｌ７の波長においてできる限り高い吸収率を備えるものとする。これらの特性によって、入射光Ｌ７の存在時、光導電層７０６は入射光Ｌ７のエネルギーを吸収し電子と正孔キャリアを多数発生しｐ―型半導体材料から導電体的な性質となる。
【０００７】
ここで、光導電層７０６のバンド・ギャップは上下の閉じ込め層７０８、７０４より狭いため、正孔キャリアは光導電層７０６の領域に閉じ込められ、それに対応した電子キャリア数も維持された状態となる。したがって、走行速度の速い電子キャリアが均一に、ドーピング小でかつ表面順位の影響も少なく散乱の少ない光導電層７０６に存在することとなり、端子電極７１３と７２３とは低抵抗状態即ちオンとなる。
【０００８】
一方、入射光Ｌ７が存在しない時、ｎ型上側閉じ込め層７０８の全体と、ｐ―型の光導電層７０６との接合部を含む上側または全体で空乏化がおきているため、端子電極７１３と７２３とは高抵抗状態即ちオフとなる。
【０００９】
このように入射光Ｌ７の有無により、端子電極７１３と７２３とのオン、オフを制御する。かつオン状態の抵抗は低い値を実現できる。結果として、光導電スイッチ７００については、小型にできるためオフ時の寄生容量を小さくでき、ＤＣから高周波に至るスイッチ特性を実現できる。
【特許文献１】特開２００１−３６１０１号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の光導電スイッチ７００において、端子電極７１３及び７２３の両方が、上側閉じ込め層７０８の露出表面にあるため、端子電極７１３及び７２３の存在部分の入射光Ｌ７は反射され、入射光Ｌ７の利用効率が良くない。したがって、入射光Ｌ７に大きい光出力が求められ、結果として、発光部の消費電力が大きくなること、発光部で発生する熱によりその寿命が制限されること、また発光部に高効率の発光素子を要すためスイッチとしては高価になってしまうことなどの問題点がある。端子電極７１３及び７２３の幅は、電極の導体損失と上側閉じ込め層７０８とのオーミック接合抵抗とも関連しており、過度に細くはできない。
【００１１】
また、引用文献１には端子電極７１３及び７２３に導電性半透明材料、例えば、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）及び銀の薄層、を用いて入射光の利用効率を改善することについても言及されているが、電極の導体損失、オーミック接合抵抗の劣化があり、必ずしも特性が改善する訳ではなかった。
【００１２】
また、引用文献１には裏面より入射光を照射し、入射光の利用効率を１００％程度まであげる方法が開示されているが、この場合裏側に発光素子を具備するための配線加工や、基板加工が必要になるため製造工程が極めて困難になっていた。
【００１３】
また、光導電層７０６が横方向（図８(ｂ)で水平方向）に広がるのと、現実的な発光素子の発光出力で実用的な導通抵抗とを実現するため、光導電スイッチ７００は図８(ａ)に示すように、いくつかを並列に配置接続する必要がある。この結果、当該光導電スイッチ面積およびそれに対応した発光素子の発光部面積が大きいことも問題となっていた。
【００１４】
本発明の課題は、入射光の利用効率を上げ性能を向上し且つ小型化した光導電スイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の光導電スイッチは、
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極の間に、当該第１の端子電極側から順に、
入射光が入射及び通過される広いバンドギャップ材料の第１の閉じ込め層と、
前記通過された入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
広いバンドギャップ材料の第２の閉じ込め層と、
半導体基板と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明の光導電スイッチは、
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、
前記第２の端子電極に接続された電流拡散層と、
半導体基板と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記電流拡散層の間に、当該第１の端子電極側から順に、
入射光が通過される広いバンドギャップ材料の第１の閉じ込め層と、
前記通過された入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
広いバンドギャップ材料の第２の閉じ込め層と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記入射光の入射側の表面上に設けられることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明の光導電スイッチは、
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、
入射光が入射及び通過される半導体層と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記半導体層の間に、当該第１の端子電極側から順に、
広いバンドギャップ材料の第１の閉じ込め層と、
前記入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
前記入射光が通過される広いバンドギャップ材料の第２の閉じ込め層と、
前記入射光が通過され、前記第２の端子電極に接続された電流拡散層と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記入射光の入射側と反対側の表面上に設けられることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明の光導電スイッチは、
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、
半導体基板と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記半導体基板の間に、当該第１の端子電極側から順に、
入射光を反射する広いバンドギャップ材料の第１のミラー層と、
前記入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
前記入射光が通過され、前記第２の端子電極に接続された広いバンドギャップ材料の電流拡散層と、
前記入射光を出力する活性層と、
前記入射光を反射する第２のミラー層と、を備え、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記入射光の入射側と反対側の表面上に設けられることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明の光導電スイッチは、
入射光が通過される広いバンドギャップ材料の第１の閉じ込め層と、
前記通過された入射光によりキャリアが励起される狭いバンドギャップ材料の光導電層と、
広いバンドギャップ材料の第２の閉じ込め層と、を備える光導電部と、
電流拡散層と、
第１の端子電極と、
第２の端子電極と、
半導体基板と、を備え、
前記光導電部は、溝により分割され、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極は、前記入射光の入射側と反対側の表面上に設けられ、
前記第１の端子電極及び前記第２の端子電極の間に、前記分割された複数の光導電部が直列に接続されることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明の光導電スイッチは、請求項５に記載の光導電スイッチにおいて、
前記光導電スイッチ部は、複数の溝により分割されることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１、２、３、５又は６のいずれか一項に記載の光導電スイッチにおいて、
前記第１の閉じ込め層又は前記第２の閉じ込め層は、前記光導電層を通過した入射光を反射する副層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に記載の発明によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、入射光の入射表面に第１の端子電極を設けるので、入射光の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化できる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、第１の端子電極及び第２の端子電極を同一表面上に設けるので、入射光の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化できるとともに、外部との電気接続を行い易くできる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、第１の端子電極及び第２の端子電極を入射光の入射側と反対側の同一表面上に設けるので、入射光の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化できるとともに、外部との電気接続を行い易くできる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、第１の端子電極及び第２の端子電極を入射光の入射表面と反対側の同一表面上に設け、活性層により出力された入射光が光導電層に入射される経路に第１の端子電極及び第２の端子電極を設けないので、入射光の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化できるとともに、外部との電気接続を行い易くできる。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、第１の端子電極及び第２の端子電極を同一表面上に設け、複数の光導電部を直列に接続するので、入射光の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化でき、外部との電気接続を行い易くできるとともに、光導電スイッチの耐圧を向上できる。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、複数の溝で分割された光導電部を直列に接続するので、光導電スイッチの耐圧をさらに向上できる。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、光導電層を通過する入射光を光導電層へ反射でき、入射光の利用効率をさらに上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の第１〜第６の実施の形態について順に説明する。但し、発明の範囲は図示例に限定されない。
【００３０】
各実施の形態で説明する光導電スイッチは、光の照射・非照射でＤＣ（直流）からマイクロ波に至る広帯域信号線路のオン・オフが制御される光導電スイッチである。特に超高速ディジタル信号のオン・オフ制御、経路切り替えの部分に適用される。応用製品としては、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）やメモリなどの集積回路の計測器、テスター、移動体通信の基地局のアンテナ切り替えやバンド切り替え、ディジタル放送機器の回線切り替え器などがある。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明に係る第１の実施の形態を説明する。図１（ａ）に、本実施の形態の光導電スイッチ１００の上面を示す。図１（ｂ）に、図１（ａ）における光導電スイッチ１００のＢ１−Ｂ１’部の断面を示す。
【００３２】
図１に示すように、光導電スイッチ１００は、第２の端子電極としての端子電極１０１と、ｎ型の半導体基板１０２と、ｎ型のＷＢ半導体材料による第２の閉じ込め層としての下側閉じ込め層１０４と、ｐ型もしくはｉ型のＮＢ半導体材料による光導電層１０６と、ｎ型のＷＢ半導体材料の第１の閉じ込め層としての上側閉じ込め層１０８と、上側閉じ込め層１０８の露出表面の一部として、光導電スイッチ１００の上面且つ左上端に配置された第２の端子電極としての端子電極１１３と、で構成される。端子電極１０１は、半導体基板１０２の裏面に配置される。
【００３３】
光導電層１０６での入射光Ｌ１の吸収量は厚み方向に対し底をｅとした指数関数的に減少するので、光導電層１０６の厚みは入射光Ｌ１の吸光長に比べ薄いものとし、光導電層１０６全てで入射光Ｌ１によるキャリアが発生するようにする。ただし、入射光Ｌ１の回折限界を超えて薄くはしない。
【００３４】
上側閉じ込め層１０８は、電流拡散層としても動作させるため、面抵抗はできるだけ小さくなるよう、厚みが0.5μmから１μm程度で高ドーピング濃度とする。
【００３５】
下側閉じ込め層１０４、上側閉じ込め層１０８のＷＢ半導体材料と、光導電層１０６のＮＢ半導体材料との選択については、格子定数の整合とともに、入射光Ｌ１の波長に対し、ＷＢ半導体材料は透明度の高いものを、ＮＢ半導体材料については吸収率の高いものを選択する。可能性のある材料の組み合わせについては次表１に示す。
【表１】
2008098576.tif 000003
【００３６】
例えば、下側閉じ込め層１０４は、ドーピング濃度がn=1×1017〜3×1018cm-3程度、厚みが50nm〜100nmくらいのAl0.23Ga0.77Asとする。光導電層１０６は、ドーピング濃度がp=1×1016〜3×1016cm-3程度、厚みが50nm〜200nmのGaAsとする。上側閉じ込め層１０８は、ドーピング濃度がn=1×1017〜3×1019cm-3程度、厚みが500nm〜1μmのAl0.23Ga0.77Asとする。半導体基板１０２は、ドーピング濃度がn=1×1018〜3×1018cm-3程度のAl0.23Ga0.77Asとする。
【００３７】
下側閉じ込め層１０４と上側閉じ込め層１０８とにおけるアルミニウムの比率は、０．２５未満が望ましい。アルミニウムの比率が０．２５を超えると、 ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．，１９５４（１９８４）においてＭ．Ｔａｃｈｉｋａｗａ他が解説しているように、深い準位又はＤＸセンターが急激に増大する。ＤＸセンターとは、ドナー（電子供与体）不純物を添加した化合物半導体で検出されるものであり、禁制体中に深い順位を生成するため、ｎ型半導体であるのにもかかわらず、ドナーによる電子が禁制体中でトラップされ、絶縁体的ないしはドーピング量から推定される自由電子量より実際の自由電子量が少ない振る舞いを示す。このＤＸセンターは、上側閉じ込め層１０８における自由電子濃度を急激に低下させ、このため、ＯＮ抵抗Ｒon が大幅に大きくなる。
【００３８】
次いで、入射光Ｌ１のオンオフでの光導電スイッチ１００の動作を説明する。入射光Ｌ１が存在する場合のキャリア発生のメカニズムは、入射光Ｌ１がＷＢ半導体材料で入射光Ｌ１の波長に対し透明度の高い材料とされた上側閉じ込め層１０８を透過し、光導電層１０６で入射光Ｌ１の光エネルギーを吸収され電子キャリアと正孔キャリアとを多数発生する。ここで、光導電層１０６のバンド・ギャップが上下の上側閉じ込め層１０８、下側閉じ込め層１０４より狭いため、正孔キャリアは光導電層１０６の領域に閉じ込められ、それに対応した電子キャリアも他層への拡散が阻止され同光導電層１０６に維持された状態となる。この結果、光導電層１０６は、ｐ型もしくはｉ型の半導体材料から導電体的な性質となる。光導電層１０６層の上下の下側閉じ込め層１０４と上側閉じ込め層１０８とはドーピング濃度が高いので、この状態で、端子電極１０１と端子電極１１３との間でＯＮ抵抗Ｒon が小さくなり光導電スイッチ１００がオンとなる。
【００３９】
入射光Ｌ１が存在しないときは、光導電層１０６が完全に空乏化され、且つ下側閉じ込め層１０４と、上側閉じ込め層１０８との一部が空乏化され、高い抵抗状態となる。即ち、光導電スイッチ１００において、端子電極１０１と端子電極１１３との間はオフとなる。
【００４０】
以上、本実施の形態の光導電スイッチ１００によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、入射光Ｌ１の入射表面上に端子電極１１３のみを設けるので、入射光Ｌ１の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化できる。
【００４１】
なお、本実施の形態において、上側閉じ込め層１０８の入射光Ｌ１入射側表面に反射防止コーティングを有する構成としてもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図２及び図３を参照して、本発明に係る第２の実施の形態を説明する。図２（ａ）に、本実施の形態の光導電スイッチ２００の上面を示す。図２（ｂ）に、図２(ａ)における光導電スイッチ２００のＢ２−Ｂ２’部の断面を示す。
【００４３】
図２に示すように、光導電スイッチ２００は、第２の端子電極としての端子電極２０１と、半導体基板２０２と、漸変組成層２０３と、第２の閉じ込め層としての下側閉じ込め層２０４と、漸変組成層２０５と、光導電層２０６と、漸変組成層２０７と、第１の閉じ込め層としての上側閉じ込め層２０８と、電流拡散層２０９と、電流拡散層２０９の露出表面の一部として、光導電スイッチ１００の上面且つ左上端に配置された漸変組成層２１０と、キャップ層２１１と、オーミック接触層２１２と、第１の端子電極としての端子電極２１３と、反射防止コーティング２５０と、で構成される。
【００４４】
下側閉じ込め層２０４は、入射光Ｌ２に対しミラー層としての構造が付与されている。ミラー層は、光導電層２０６を通過する入射光Ｌ２を反射することによって、光導電層２０６の吸光度を高める。
【００４５】
本実施の形態において、下側閉じ込め層２０４は、半導体材料の複数の副層対から構成される分布ブラッグ反射器である。この副層対は、６４nm厚でドーピング濃度がn=2×1018cm-3のAl0.23Ga0.77As副層と、７３nm厚でドーピング濃度がn=1×1018cm-3のAlAs副層と、から構成されている。各副層の厚さｔmは、副層の材料における入射光Ｌ２の波長λの１／４の奇整数倍に等しい、即ち、厚さｔm ＝ｍλ／４ｎである。ここで、ｍは、奇整数であり、λは、自由空間における入射光Ｌ２の波長であり、ｎは、波長μにおける副層の材料の屈折率である。このミラー層は、１０対の副層から構成され、ミラー層の反射率が約９０％である。
【００４６】
光導電層２０６は、ドーピング濃度がp=2×1016cm-3、厚みが100nmのGaAsとする。上側閉じ込め層２０８は、ドーピング濃度がn=1×1018cm-3、厚みが70nmのAl0.23Ga0.77Asとする。上側閉じ込め層２０８の上方の電流拡散層２０９は、ドーピング濃度がn=3×1018cm-3、厚みが1μmのAl0.23Ga0.77Asとして設置され、電流の均一化を図る。
【００４７】
漸変組成層２０７は、x=0〜0.23漸増し、ドーピング濃度が上側閉じ込め層２０８と同じn=3×1017cm-3、厚みが30nmのAlxGa1-xAsとする。漸変組成層２１０は、y=0.23〜0漸減し、ドーピング濃度が上側閉じ込め層２０８と同じn=3×1017cm-3、厚みが30nmのAlyGa1-yAsとする。同様に、漸変組成層２０３は、x=0〜0.23漸増し、ドーピング濃度が下側閉じ込め層２０４と同じn=3×1017cm-3、厚みが30nmのAlxGa1-xAsとする。漸変組成層２０５は、y=0.23〜0漸減し、ドーピング濃度が下側閉じ込め層２０４と同じn=3×1017cm-3、厚みが30nmのAlyGa1-yAsとする。漸変組成層２０７、２１０、２０３、２０５によりヘテロ接合間の抵抗を下げることができる。
【００４８】
キャップ層２１１は、ドーピング濃度がn=5×1018cm-3、厚みが200nmのGaAsとする。オーミック接触層２１２は、ドーピング濃度がn=2×1019cm-3、厚みが20nmのIn0.5Ga0.5Asとする。端子電極２１３は、厚みが2μmのTi/Pt/Auとする。
【００４９】
オーミック接触層２１２と端子電極２１３とは、ノンアロイで低抵抗のオーミック接合を実現する。接触抵抗を低減させるためのこの方法及び構造は、２８ ＥＬＥＣＴＲＯＮ．ＬＥＴＴ．，１１５０（１９９２）においてＦ．Ｒｅｎ他によって解説されたヘテロ接合トランジスタ（ＨＢＴ）の製造方法に基づくものである。半導体層２０３〜２１２は、分子ビーム・エピタキシ（ＭＢＥ）又は別の適合するエピタキシャル成長技法を用いて、ドーピング濃度をn=5×1018cm-3としたｎ型GaAs半導体基板２０２上に順次成長させられる。
【００５０】
端子電極２０１は、Ti/Pt/Auがｎ型GaAsの半導体基板２０２にアロイされて作成され、オーミック接合が作成される。
【００５１】
また、窒化珪素（Si3N4）による反射防止コーティング２５０は、半導体層２０３〜２１２の露出表面に堆積させられる。反射防止コーティング２５０の厚さは、例えば１００nmである。反射防止コーティング２５０は、上側閉じ込め層２０８のAlGaAsと空気のような周囲との屈折率の差が大きいために生じる入射光Ｌ２の反射を防止、又は、低減させる。
【００５２】
次いで、入射光Ｌ２のオンオフでの光導電スイッチ２００の動作を説明する。入射光Ｌ２の波長は、閉じ込め層による吸収を最小限に抑えるため、光子当たりのエネルギーが、入射光Ｌ２がそれを通って、光導電層２０６に達する閉じ込め層、即ち、この例の場合、上側閉じ込め層２０８のＷＢ材料のバンド・エッジ未満になる波長が選択される。入射光Ｌ２の波長は、また、光導電層２０６による入射光Ｌ２の吸収を最大にするため、光子当たりのエネルギーが、光導電層２０６のＮＢ材料のバンド・エッジを超えることになる波長が選択される。本実施の形態の場合、出力光の波長が８５０nmの市販の半導体レーザを用いて、入射光Ｌ２のビームを作成する。
【００５３】
入射光Ｌ２のビーム特性、GaAsの物理的特性、光導電層２０６の光吸収率αp ＝7000cm-1 、キャリア寿命τ＝１０ns、キャリア移動度μ＝7000cm2 ／Ｖｓ、入射光を受光する面積S＝4×10-9m2、及び、光導電層２０６の厚みといったデバイス・パラメータを利用して、半導体経路ＯＮ抵抗Ｒs(on) が計算される。半導体経路ＯＮ抵抗は、入射光Ｌ２によって照射された場合の、上側閉じ込め層２０８及び光導電層２０６を通る導電路の抵抗である。
【００５４】
図３に、入射光Ｌ２を発生するレーザ・パワーに対するＯＮ抵抗の変動を示す。本実施の形態の場合、光導電層２０６の厚さは、100nmであり、吸光長αｐ＝１．１μmより十分短い。よって、図３に示すように、入射光Ｌ２照射時の光導電層２０６は、全層に渡りキャリアが励起され、光導電スイッチ２００がオンされる。
【００５５】
一方、光導電層２０６は、入射光Ｌ２がない時、漸変組成層２０５および下側閉じ込め層２０４と、また、漸変組成層２０７および上側閉じ込め層２０８と、ＰＮ接合を形成し、少なくとも光導電層２０６が全層にわたり空乏化するドーピング濃度が選ばれる。このため、入射光Ｌ２がない時、端子電極２０１と端子電極２１３との間は、高抵抗になり、光導電スイッチ２００がオフ状態となる。
【００５６】
このときの寄生容量は、光導電層２０６の厚み、入射光Ｌ２を受光する面積S＝4×10-9m2、光導電層２０６の材料の誘電率といったデバイス・パラメータを利用して計算される。およそ、オフ時の寄生容量は0.5pFである。従って、光導電スイッチ２００において、スイッチ性能のパラメータとしてよく用いられるＣＲ積を、0.05ΩpF以下にすることが可能となる。このＣＲ積は、従来例より20%ほど改善されることが見込まれる。
【００５７】
以上、本実施の形態の光導電スイッチ２００によれば、第１の実施の形態と同様の効果を有するとともに、下側閉じ込め層２０４により、光導電層２０６を通過する入射光Ｌ２を光導電層２０６へ反射でき、入射光Ｌ２の利用効率をさらに上げることができる。また、ＣＲ積を低減してスイッチ性能を向上できる。
【００５８】
また、反射防止コーティング２５０により、入射光Ｌ２の反射による損失を防ぐことができる。また、漸変組成層２０７、２１０、２０３、２０５によりヘテロ接合間の抵抗を下げることができる。また、電流拡散層２０９により、抵抗を低減でき、電流を均一化できる。
【００５９】
（第３の実施の形態）
図４を参照して、本発明に係る第３の実施の形態を説明する。図４（ａ）に、本実施の形態の光導電スイッチ３００の上面を示す。図４（ｂ）に、図４(ａ)における光導電スイッチ３００のＢ３−Ｂ３’部の断面を示す。
【００６０】
本実施の形態の光導電スイッチ３００と第２の実施の形態の光導電スイッチ２００との大きな違いは、光導電スイッチ３００に半絶縁性の基板を用い、かつ、ダイ上面にスイッチ両端の電極があるため、外部の高周波集積回路と電気的接続が行い易くなることである。
【００６１】
図４に示すように、光導電スイッチ３００は、半導体基板３０１と、下側電流拡散層３０２と、漸変組成層３０３と、第２の閉じ込め層としての下側閉じ込め層３０４と、漸変組成層３０５と、光導電層３０６と、漸変組成層３０７と、第１の閉じ込め層としての上側閉じ込め層３０８と、漸変組成層３０９と、上側電流拡散層３１０と、第１の端子電極としての端子電極３１３と、第２の端子電極としての端子電極３２３と、反射防止コーティング３５０と、から構成される。
【００６２】
半導体基板３０１は、半絶縁性GaAsとする。半導体基板３０１上には、下側電流拡散層３０２が設けられる。下側電流拡散層３０２は、ドーピング濃度がn=1×1019cm-3、厚みが1μmのGaAsとし、抵抗の低減、電流の均一化を図る。
【００６３】
下側電流拡散層３０２上には、漸変組成層３０３が設けられる。漸変組成層３０３は、x=0〜0.23漸増し、ドーピング濃度がn=2×1018cm-3、厚みが30nmのAlxGa1-xAsとする。
【００６４】
漸変組成層３０３上には、下側閉じ込め層３０４が設けられる。下側閉じ込め層３０４は、ミラー層としての構造も付与され、第２の実施の形態の下側閉じ込め層２０４と同様、半導体材料の複数の副層対から構成される分布ブラッグ反射器である。入射光Ｌ３を波長が８５０nmの半導体レーザ光とした場合、ドーピング濃度がn=2×1018cm-3の６４nm厚のAl0.3Ga0.7As副層と、ドーピング濃度がn=1×1018cm-3の７３nm厚のAlAs副層を対として、１０対の副層対から構成される。各副層の厚さは、第２の実施の形態と同等の原理で求められる。当該ミラー層は、光導電層３０６を吸収されずに通過した入射光Ｌ３を反射し、再び、光導電層３０６に戻すことで入射光Ｌ３の利用効率を高める。
【００６５】
下側閉じ込め層３０４の上には、漸変組成層３０５が設けられる。漸変組成層３０５は、y=0.23〜0漸減し、ドーピング濃度がn=3×1017cm-3、厚みが30nmのAlyGa1-yAsとする。漸変組成層３０５の上には、光導電層３０６が設けられる。光導電層３０６は、ドーピング濃度がp=2×1016cm-3、厚みが100nmのGaAsにより構成される。
【００６６】
光導電層３０６の上には、漸変組成層３０７が設けられる。漸変組成層３０７は、x=0〜0.23漸増し、ドーピング濃度がn=3×1017cm-3、厚みが30nmのAlxGa1-xAsとする。漸変組成層３０７の上には、上側閉じ込め層３０８が設けられる。上側閉じ込め層３０８は、ドーピング濃度がn=3×1017cm-3で厚みが70nmのAl0.23Ga0.77Asにより構成される。
【００６７】
上側閉じ込め層３０８の上には、漸変組成層３０９が設けられる。漸変組成層３０９は、y=0.23〜0漸減し、ドーピング濃度がn=2×1018cm-3、厚みが30nmのAlyGa1-yAsとする。漸変組成層３０３、３０５、３０７、３０９により、ヘテロ接合間の抵抗を下げることができる。漸変組成層３０９の上には、上側電流拡散層３１０が設けられる。上側電流拡散層３１０は、ドーピング濃度がn=1×1019cm-3、厚みが1μmのGaAsとし、抵抗の低減、電流の均一化を図る。
【００６８】
上側電流拡散層３１０の一部の上には、端子電極３１３が設けられる。端子電極３１３は、Ti/Au/Ge/Ni/AuまたはIn/Au等の、上側電流拡散層３１０に対しオーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択される。端子電極３１３の厚みは2μm程とする。また、下側電流拡散層３０２の一部の上には、端子電極３２３が設けられる。端子電極３２３は、Ti/Au/Ge/Ni/AuまたはIn/Au等の、下側電流拡散層３０２に対しオーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択される。端子電極３２３の厚みは2μm程とする。
【００６９】
半導体層３０２〜３１０は、分子ビーム・エピタキシ（ＭＢＥ）又は別の適合するエピタキシャル成長技法を用いて、半絶縁性GaAsの半導体基板３０１上に順次成長させられる。端子電極３１３，３２３は、同一工程で作成され、オーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択され、アロイ時の熱による層構造、ドーピング材料の拡散を極力抑える。
【００７０】
また、窒化珪素（Si3N4）による反射防止コーティング３５０は、半導体層３０２〜３１０までの露出表面に堆積させられる。反射防止コーティング３５０膜の厚さは、例えば１００nmである。入射光Ｌ３の波長は、閉じ込め層での透過率を上げかつ、光導電層３０６での吸収を上げるため、閉じ込め層３０８および３０４のＷＢ材料のバンド・エッジ未満になりかつ、光導電層３０６のＮＢ材料のバンド・エッジを超えることになる波長が選択される。図４の例の場合、出力光の波長が８５０nmの市販の半導体レーザを用いて、入射光Ｌ３のビームを作成する。
【００７１】
次いで、入射光Ｌ３のオンオフでの光導電スイッチ３００の動作を説明する。入射光Ｌ３がある時、第２の実施の形態の光導電スイッチ２００と同じ図３のオン抵抗特性が期待でき、光導電スイッチ３００がオンされる。
【００７２】
入射光Ｌ３がない時、第２の実施の形態の光導電スイッチ２００と同じく、光導電スイッチ３００がオフされ、オフ時の寄生容量は0.5pFである。従って、光導電スイッチ３００において、スイッチ性能のパラメータとしてよく用いられるＣＲ積を、0.05ΩpF以下にすることが可能となる。このＣＲ積は、従来例より20%ほど改善されることが見込まれる。
【００７３】
以上、本実施の形態の光導電スイッチ３００によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、端子電極３１３及び端子電極３２３を同一表面としての入射光Ｌ３の入射表面上に設けるので、入射光Ｌ３の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化できるとともに、外部との電気接続を行い易くできる。
【００７４】
また、反射防止コーティング３５０により、入射光Ｌ３の反射による損失を防ぐことができる。また、漸変組成層３０７、３０９、３０３、３０５によりヘテロ接合間の抵抗を下げることができる。また、下側電流拡散層３０２、上側電流拡散層３１０により、抵抗を低減でき、電流を均一化できる。
【００７５】
なお、本実施の形態において、半導体基板のドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3 未満であり、下側電流拡散層と上側電流拡散層との両方を備え、下側電流拡散層の露出表面の一部に一方の端子電極を備え、上側電流拡散層の表面の一部に他方の端子電極を備えることとしてもよい。
【００７６】
（第４の実施の形態）
図５を参照して、本発明に係る第４の実施の形態を説明する。図５（ａ）に、本実施の形態の光導電スイッチ４００の上面を示す。図５（ｂ）に、図５(ａ)における光導電スイッチ４００のＢ４−Ｂ４’部の断面を示す。
【００７７】
本実施の形態の光導電スイッチ４００と、第３の実施の形態の光導電スイッチ３００との大きな違いは、光導電スイッチ４００にＷＢ半導体材料による半絶縁性の基板を用いるとともに、ミラー層を上側閉じ込め層の上に設けることで、基板裏面から入射光Ｌ４がある場合に対応することである。また、光導電スイッチ４００を電流拡散層をＷＢ半導体材料で構成し、漸変組成層の数を減らすことで、全体の構成を簡素化している。入射光Ｌ４は、出力光の波長が８５０nmの市販の半導体レーザを用いて発生される。
【００７８】
図５に示すように、光導電スイッチ４００は、半導体層４０１と、下側電流拡散層４０２と、第２の閉じ込め層としての下側閉じ込め層４０４と、漸変組成層４０５と、光導電層４０６と、漸変組成層４０７と、第１の閉じ込め層としての上側閉じ込め層４０８と、上側電流拡散層４１０と、第１の端子電極としての端子電極４１３と、第２の端子電極としての端子電極４２３と、保護膜４５０と、反射防止コーティング４５１と、から構成される。
【００７９】
半導体層４０１は、ノンドープのAl0.23Ga0.77As層である。半導体層４０１は、半導体基板が入射光Ｌ４の波長範囲内において半透明となる。半導体層４０１上には、下側電流拡散層４０２が設けられる。下側電流拡散層４０２は、ドーピング濃度がn=3×1018cm-3、厚みが1μmのAl0.23Ga0.77Asとし、抵抗の低減、電流の均一化を図る。
【００８０】
下側電流拡散層４０２上には、下側閉じ込め層４０４が設けられる。下側閉じ込め層４０４は、ドーピング濃度がn=3×1017cm-3で厚みが70nmのAl0.23Ga0.77Asとする。下側閉じ込め層４０４上には、漸変組成層４０５が設けられる。漸変組成層４０５は、y=0.23〜0漸減し、ドーピング濃度が下側閉じ込め層４０４と同じn=3×1017cm-3、厚みが30nmのAlyGa1-yAsとする。
【００８１】
漸変組成層４０５の上には、光導電層４０６が設けられる。光導電層４０６は、ドーピング濃度がp=2×1016cm-3、厚みが100nmのGaAsにより構成される。光導電層４０６の上には、漸変組成層４０７が設けられる。漸変組成層４０７は、x=0〜0.23漸増し、ドーピング濃度がn=3×1017cm-3、厚みが30nmのAlxGa1-xAsとする。漸変組成層４０５、４０７によりヘテロ接合間の抵抗を下げることができる。
【００８２】
漸変組成層４０７上には、上側閉じ込め層４０８が設けられる。上側閉じ込め層４０８は、ミラー層としての構造も付与され、第２の実施の形態の下側閉じ込め層２０４と同様、半導体材料の複数の副層対から構成される分布ブラッグ反射器である。入射光Ｌ４を波長が８５０nmの半導体レーザ光とした場合、当該副層対は、ドーピング濃度がn=2×1018cm-3の６４nm厚のAl0.3Ga0.7As副層と、ドーピング濃度がn=1×1018cm-3の７３nm厚のAlAs副層と、を対として１０対の副層対から構成される。各副層の厚さは、第２の実施の形態と同等の原理で求められる。当該ミラー層は、光導電層４０６を吸収されずに通過した入射光Ｌ４を反射し、再び、光導電層３０６に戻すことで入射光Ｌ４の利用効率を高める。
【００８３】
上側閉じ込め層４０８の上には、上側電流拡散層４１０が設けられる。上側電流拡散層４１０は、ドーピング濃度がn=1×1019cm-3、厚みが1μmのAl0.23Ga0.77Asとし、抵抗の低減、電流の均一化を図る。
【００８４】
上側電流拡散層４１０の一部の上には、端子電極４１３が設けられる。端子電極４１３は、Au/Sn、Au/Ge/Ni/Au等の、上側電流拡散層４１０に対しオーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択される。端子電極４１３の厚みは2μm程とする。また、下側電流拡散層４０２の一部の上には、端子電極４２３が設けられる。端子電極４２３はAu/Sn、Au/Ge/Ni/Au等の、下側電流拡散層４０２に対しオーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択される。端子電極４１３の厚みは2μm程とする。
【００８５】
半導体層４０１は、半絶縁性GaAs半導体基板上に液相成長法（ＬＰＥ）又は別の適合するエピタキシャル成長技法を用いて成長させられる。半導体層４０２、４０４から４０８及び４１０は、分子ビーム・エピタキシ（ＭＢＥ）又は別の適合するエピタキシャル成長技法を用いて、順次成長させられる。
【００８６】
端子電極４１３および４２３は、同一工程で作成され、オーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択され、アロイ時の熱による層構造、ドーピング材料の拡散を極力抑える。また、窒化珪素（Si3N4）による保護膜４５０は、半導体層４０２、４０４〜４０８及び４１０の露出部分に設けられる。
【００８７】
基板表面の加工が完了した時点で半絶縁性GaAs半導体基板を裏面より削り、ノンドープの半導体層４０１を露出させ、さらに裏面に、窒化珪素（Si3N4）による反射防止コーティング４５１を設ける。
【００８８】
次いで、入射光Ｌ４のオンオフでの光導電スイッチ４００の動作を説明する。入射光Ｌ４の波長は、閉じ込め層での透過率を上げかつ、光導電層での吸収を上げるため、閉じ込め層４０８および４０４のＷＢ材料のバンド・エッジ未満になりかつ、光導電層４０６のＮＢ材料のバンド・エッジを超えることになる波長が選択される。
【００８９】
入射光Ｌ４がある時、第２の実施の形態の光導電スイッチ２００と同じく図３のオン抵抗特性が期待でき、光導電スイッチ４００がオンされる。
【００９０】
入射光Ｌ４がない時、第２の実施の形態の光導電スイッチ２００と同じく光導電スイッチ４００がオフされ、オフ時の寄生容量は0.5pFである。従って、光導電スイッチ４００において、スイッチ性能のパラメータとしてよく用いられるＣＲ積を、0.05ΩpF以下にすることが可能となる。このＣＲ積は、従来例より20%ほど改善されることが見込まれる。
【００９１】
以上、本実施の形態の光導電スイッチ４００によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、端子電極４１３及び端子電極４２３を入射光Ｌ４の入射側と反対側の同一表面上に設け、入射光Ｌ４が光導電層４０６に入射される経路に端子電極４１３及び端子電極４２３を設けないので、入射光Ｌ４の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化できるとともに、外部との電気接続を行い易くできる。
【００９２】
また、反射防止コーティング４５１により、入射光Ｌ４の反射による損失を防ぐことができる。また、漸変組成層４０７、４０５によりヘテロ接合間の抵抗を下げることができ、漸変組成層を少なくして構成を簡単にできる。また、下側電流拡散層４０２、上側電流拡散層４１０により、抵抗を低減でき、電流を均一化できる。
【００９３】
（第５の実施の形態）
図６を参照して、本発明に係る第５の実施の形態を説明する。図６（ａ）に、本実施の形態の光導電スイッチ５００の上面を示す。図６（ｂ）に、図６(ａ)における光導電スイッチ５００のＢ５−Ｂ５’部の断面を示す。
【００９４】
本実施の形態の光導電スイッチ５００は、概略としては、面発光レーザ内に、第４の実施の形態の光導電素子（光導電層等）を一体として固体素子化したものである。光導電スイッチ５００は、面発光レーザのミラー層間に光導電層を挟みこんでいる。尚、第４の実施の形態の光導電スイッチ４００と同様、光導電スイッチ５００の電流拡散層にミラー層の構造を付与している。
【００９５】
図６に示すように、光導電スイッチ５００は、半導体基板５０１と、第２のミラー層としての下側ミラー層５６１と、活性層５６２と、上側クラッド層５６３と、第１の電流拡散層５６５と、ｎ層５６６と、ｐ層５６７と、ｎ層５６８と、第２の電流拡散層５０４と、漸変組成層５０５と、光導電層５０６と、漸変組成層５０７と、第１のミラー層としての上側ミラー層５０８と、上側電流拡散層５１０と、第１の端子電極としての端子電極５１３と、第２の端子電極としての端子電極５２３と、端子電極５３３と、端子電極５３４と、保護膜５５０と、から構成される。半導体基板５０１は、絶縁領域５６４を有する。
【００９６】
図６（ａ）に示すように、光導電スイッチ５００は、レーザ発光を前提としており、円形に構成するのが好ましい。半導体基板５０１は、ドーピング濃度をn=5×1018cm-3としたｎ型GaAsである。半導体基板５０１上には、面発光レーザ下側クラッド層となる下側ミラー層５６１が設けられる。下側ミラー層５６１は、半導体材料の複数の副層対から構成される分布ブラッグ反射器である。下側ミラー層５６１は、ドーピング濃度がn=2×1018cm-3の６４nm厚のAl0.23Ga0.77As副層と、ドーピング濃度がn=1×1018cm-3の７３nm厚のAlAs副層と、を対として３０対の副層対から構成される。また、漸変組成層を設けて各ヘテロ接合間の接合抵抗を下げても良い。この場合、各層の厚みは、漸変組成層を加味し、第２の実施の形態にあるミラー層構成の原理に合致するように選択される。
【００９７】
下側ミラー層５６１の上には、発光部となる活性層５６２が設けられる。活性層５６２は、厚みが100nmのノンドープGaAsとする。もしくは、活性層５６２は、ノンドープ半導体材料の複数の副層対から構成される量子井戸構造で構成しても良い。例えば、19nm厚のAl0.36Ga0.64As-8nm厚のAl0.12Ga0.88As-7nm厚のAl0.36Ga0.64As-8nm厚のAl0.12Ga0.88As-7nm厚のAl0.36Ga0.64As-19nm厚のAl0.36Ga0.64Asなどで構成しても良い。
【００９８】
活性層５６２の上には、上側クラッド層５６３が設けられる。上側クラッド層５６３は、ドーピング濃度がp=2×1018cm-3で256nm厚のAl0.23Ga0.77Asにより構成される。また、漸変組成層を設けて各ヘテロ接合間の接合抵抗を下げても良い。
【００９９】
上側クラッド層５６３の上には、第１の電流拡散層５６５が設けられる。第１の電流拡散層５６５は、ドーピング濃度がｐ=3×1018cm-3、厚みが1.28μmのAl0.23Ga0.77Asとし、端子電極５３４と上側クラッド層５６３との間の抵抗の低減、上側クラッド層５６３への電流の均一化を図る。
【０１００】
第１の電流拡散層５６５の上には、下から、ｎ層５６６、ｐ層５６７、ｎ層５６８が積層される。ｎ層５６６は、ドーピング濃度がn=3×1016cm-3で厚みが256nmのAl0.23Ga0.77As層とする。ｐ層５６７は、ドーピング濃度がｐ=1×1016cm-3で厚みが512nmのAl0.23Ga0.77As層とする。ｎ層５６８は、ドーピング濃度がn=3×1016cm-3で厚みが256nmのAl0.23Ga0.77As層とする。ｎ層５６６、ｐ層５６７、ｎ層５６８は、空乏化したPN接合により、第１の電流拡散層５６５と第２の電流拡散層５０４とを電気的に絶縁する。なお、ｎ層５６６、ｐ層５６７、ｎ層５６８に代えて、ｐ層、ｎ層及びｐ層を順に設け、そのＰＮ接合により第１の電流拡散層５６５と第２の電流拡散層５０４とを電気的に絶縁する構成としてもよい。
【０１０１】
ｎ層５６８の上には、第２の電流拡散層５０４が設けられる。第２の電流拡散層５０４は、ドーピング濃度がn=3×1018cm-3、厚みが1.15μmのAl0.23Ga0.77Asとし、抵抗の低減、電流の均一化を図る。第２の電流拡散層５０４の上には、漸変組成層５０５が設けられる。漸変組成層５０５は、y=0.23〜0漸減し、ドーピング濃度がn=3×1017cm-3、厚みが30nm のAlyGa1-yAsとする。
【０１０２】
漸変組成層５０５の上には、光導電層５０６が設けられる。光導電層５０６は、ドーピング濃度がp=2×1016cm-3、厚みが120nmのGaAsにより構成される。光導電層５０６の上には、漸変組成層５０７が設けられる。漸変組成層５０７は、x=0〜0.23漸増し、ドーピング濃度がn=3×1017cm-3、厚みが30nm のAlxGa1-xAsとする。
【０１０３】
漸変組成層５０７の上には、面発光レーザの上側ミラー層５０８が設けられる。上側ミラー層５０８は、半導体材料の複数の副層対から構成される分布ブラッグ反射器である。上側ミラー層５０８は、ドーピング濃度がn=2×108cm-3の６４nm厚のAl0.23Ga0.77As副層と、ドーピング濃度がn=1×1018cm-3の７３nm厚のAlAs副層と、を対として３０対の副層対から構成される。漸変組成層を設けて各ヘテロ接合間の接合抵抗を下げても良い。この場合、各層の厚みは、漸変組成層を加味し、第２の実施の形態にあるミラー層構成の原理に合致するように選択される。
【０１０４】
上側ミラー層５０８の上には、上側電流拡散層５１０が設けられる。上側電流拡散層５１０は、ドーピング濃度がn=1×1019cm-3、厚みが1μmのAl0.23Ga0.77Asとし、抵抗の低減、電流の均一化を図る。
【０１０５】
上側ミラー層５０８と下側ミラー層５６１との間の距離Ａは、発振するレーザ光Ｌ５の共振長になるため、波長の整数倍（各層の屈折率できまる各層内にある波長数を上側ミラー層５０８と下側ミラー層５６１との間で和した値が真空中での波長の整数倍）である必要がある。この条件を満足するように層厚みを調整する必要がある。活性層５６２以外は発光の必要がないため、また端子電極の寄生容量を減らすため、ｎ型GaAs半導体基板５０１にプロトンイオン注入などで絶縁領域５６４が作成される。
【０１０６】
上側電流拡散層５１０の全体もしくは一部の上には、端子電極５１３が設けられる。端子電極５１３は、Au/Sn、Au/Ge/Ni/Au等の、上側電流拡散層５１０に対しオーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択される。端子電極５１３の厚みは2μm程とする。また、第２の電流拡散層５０４の一部の上には、端子電極５２３が設けられる。端子電極５２３は、Au/Sn、Au/Ge/Ni/Au等の、第２の電流拡散層５０４に対しオーミック接合形成のアロイ温度が低い材料を選択する。端子電極５２３の厚みは2μm程とする。
【０１０７】
また、第１の電流拡散層５６５の一部の上には、端子電極５３３が設けられる。端子電極５３３は、Au/Sn、Au/Ge/Ni/Au等の、第１の電流拡散層５６５に対しオーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択される。端子電極５３３の厚みは2μm程とする。端子電極５１３、５２３、５３３を同一工程で作成しても良い。
【０１０８】
窒化珪素（Si3N4）による保護膜５５０は、半導体層５６１〜５６８、５０４〜５０８、５１０の露出部分に設けられる。基板表面の加工が完了した時点で、ｎ型GaAsの半導体基板５０１の裏面に端子電極５３４が設けられる。端子電極５３４は、Ti/Pt/Auをｎ型GaAs半導体基板５０１にアロイして作成されオーミック接合が作成される。端子電極５３４の厚みは2μm程とする。
【０１０９】
次いで、電源のオンオフでの光導電スイッチ５００の動作を説明する。端子電極５３３に正電位になるように、端子電極５３３と端子電極５３４との間に電位を加え10mAほど電流を流したとき、半導体層５６１〜５６３と共振器長Ａとで、光出力3mW程度の発振波長780nmのレーザ発振が起こり、レーザ光Ｌ５が出力される。この時、光導電層５０６は、これまで述べてきた第１〜第４の実施の形態の入射光がある時と同様に、レーザ光Ｌ５が入射され、０．１Ω以下の低抵抗となり、光導電スイッチ５００を端子電極５１３と５２３との間でオンとできる。
【０１１０】
端子電極５３３と端子電極５３４との間に電位がない時、第２の実施の形態と同じく、光導電スイッチ５００を端子電極５１３と５２３との間でオフとでき、端子電極５１３と５２３との間のオフ時の寄生容量が0.5pFである。従って、光導電スイッチ５００において、スイッチ性能のパラメータとしてよく用いられるＣＲ積を、0.05ΩpF以下にすることが可能となる。このＣＲ積は、従来例より20%ほど改善されることが見込まれる。
【０１１１】
以上、本実施の形態の光導電スイッチ５００によれば、電流経路を縦方向にする縦構造とし、端子電極５１３及び端子電極５２３をレーザ光Ｌ５の入射表面と反対側の同一表面上に設け、活性層により出力されたレーザ光Ｌ５が光導電層５０６に入射される経路に端子電極５１３及び端子電極５２３を設けないので、入射光Ｌ５の利用効率を上げ光導電スイッチとしての性能を向上し且つ小型化できるとともに、外部との電気接続を行い易くできる。
【０１１２】
また、上側ミラー層５０８及び下側ミラー層５６１の間の距離Ａをレーザ光Ｌ５の共振器長とし、レーザ光Ｌ５を発生させることができる。また、漸変組成層５０７、５０５によりヘテロ接合間の抵抗を下げることができ、漸変組成層を少なくして構成を簡単にできる。また、第２の電流拡散層５０４、上側電流拡散層５１０により、抵抗を低減でき、電流を均一化できる。また、ｎ層５６６、ｐ層５６７、ｎ層５６８により、第１の電流拡散層５６５と第２の電流拡散層５０４とを絶縁できる。
【０１１３】
（第６の実施の形態）
図７を参照して、本発明に係る第６の実施の形態を説明する。図７（ａ）に、本実施の形態の光導電スイッチ６００の上面を示す。図７（ｂ）に、図７(ａ)における光導電スイッチ６００のＢ６−Ｂ６’部の断面を示す。
【０１１４】
本実施の形態の光導電スイッチ６００は、一つの素子ダイの中で第３の実施の形態の光導電スイッチ３００を直列に接続し、耐圧を大きくした構成例である。
【０１１５】
図７に示すように、光導電スイッチ６００は、半導体基板６０１と、下側電流拡散層６０２と、漸変組成層６０３ａと、第２の閉じ込め層としての下側閉じ込め層６０４ａと、漸変組成層６０５ａと、光導電層６０６ａと、漸変組成層６０７ａと、第１の閉じ込め層としての上側閉じ込め層６０８ａと、漸変組成層６０９ａと、上側電流拡散層６１０ａと、第１の端子電極としての端子電極６１３と、漸変組成層６０３ｂと、第２の閉じ込め層としての下側閉じ込め層６０４ｂと、漸変組成層６０５ｂと、光導電層６０６ｂと、漸変組成層６０７ｂと、第１の閉じ込め層としての上側閉じ込め層６０８ｂと、漸変組成層６０９ｂと、上側電流拡散層６１０ｂと、第２の端子電極としての端子電極６２３と、反射防止コーティング６５０と、から構成される。
【０１１６】
光導電部としての、半導体基板６０１、下側電流拡散層６０２、漸変組成層６０３ａ、下側閉じ込め層６０４ａ、漸変組成層６０５ａ、光導電層６０６ａ、漸変組成層６０７ａ、上側閉じ込め層６０８ａ、漸変組成層６０９ａ、上側電流拡散層６１０ａは、順に、第３の実施の形態の半導体基板３０１、下側電流拡散層３０２、漸変組成層３０３、下側閉じ込め層３０４、漸変組成層３０５、光導電層３０６、漸変組成層３０７、上側閉じ込め層３０８、漸変組成層３０９、上側電流拡散層３１０と同様の構成である。また、光導電部としての、漸変組成層６０３ｂ、下側閉じ込め層６０４ｂ、漸変組成層６０５ｂ、光導電層６０６ｂ、漸変組成層６０７ｂ、上側閉じ込め層６０８ｂ、漸変組成層６０９ｂ、上側電流拡散層６１０ｂ、反射防止コーティング６５０は、第３の実施の形態の漸変組成層３０３、下側閉じ込め層３０４、漸変組成層３０５、光導電層３０６、漸変組成層３０７、上側閉じ込め層３０８、漸変組成層３０９、上側電流拡散層３１０、反射防止コーティング３５０と同様の構成である。このため、第３の実施の形態と異なる部分を主として説明する。
【０１１７】
光導電スイッチ６００の製造において、第３の実施の形態の光導電スイッチ３００半導体層構造（半導体層６０２〜６１０）を形成した後に、エッチングにより間隙６６０が作成される。間隙６６０は、半導体層６０３〜６１０までを概２分割し、それぞれ半導体層６０３ａ〜６１０ａと、半導体層６０３ｂ〜６１０ｂとを作成する。
【０１１８】
上側電流拡散層６１０ａ、６１０ｂの一部の上には、それぞれ端子電極６１３、６２３が設けられる。端子電極６１３、６２３は、Ti/Au/Ge/Ni/AuまたはIn/Au等の、オーミック接合形成のアロイ温度が低い材料が選択される。端子電極６１３、６２３の厚みは2μm程とする。反射防止コーティング６５０は、半導体層６０２〜６１０までの露出表面に堆積させられる。
【０１１９】
次いで、電源のオンオフでの光導電スイッチ５００の動作を説明する。入射光Ｌ６がある時、光導電層６０６ａ、６０６ｂが低抵抗となり、下側電流拡散層６０２を介し、端子電極６１３と６２３との間がオン抵抗特性となり、光導電スイッチ６００がオンされる。この場合、第３の実施の形態の光導電スイッチ３００、入射光Ｌ３と比較して、光導電スイッチ６００のサイズや入射光Ｌ６の光出力が同じであれば、光導電スイッチ６００のオン抵抗は、４倍になる。
【０１２０】
入射光Ｌ４がない場合、第３の実施の形態と同様にして、光導電スイッチ６００がオフされる。光導電スイッチ６００では、オン抵抗が４倍になるが、入射光Ｌ４がない時のオフ容量が４分の一になるため、光導電スイッチ６００のＣＲ積を、第３の実施の形態と同じ0.05ΩpF以下にすることが可能となる。またオフ時の耐圧を２倍にすることができる。
【０１２１】
以上、本実施の形態の光導電スイッチ６００によれば、第３の実施の形態と同様の効果を有するとともに、光導電部としての複数の半導体層６０３ａ〜６１０ａ、６０３ｂ〜６１０ｂを直列に接続するので、光導電スイッチの耐圧を２倍にできる。
【０１２２】
なお、本実施の形態では、光導電スイッチ６００が、光導電部の半導体層構成を２直列する構成としたが、これに限定されるものではない。第６の実施の形態の要領に従い、さらに４直列、６直列等にして耐圧を４倍、６倍等にあげることができる。また、光導電部の複数が、使用する信号帯域の最高周波数の１／４管内波長の伝送線路をそれぞれの間に介する形で直列に接続されている構成としてもよい。
【０１２３】
なお、上記各実施の形態における記述は、本発明に係る光導電スイッチの一例であり、これに限定されるものではない。
【０１２４】
上記第２〜第６の実施の形態において、下側閉じ込め層および上側閉じ込め層（第５の実施の形態では、第２の電流拡散層及び上側ミラー層）を他のｎ型のＷＢ材料とし、光導電層を他のｐ型又はｉ型のＮＢ材料とし、半導体基板を他の材料としてもよく、上記表１に示す組み合わせのいずれか一つとしてもよい。
【０１２５】
また、上記第２〜第４、第６の実施の形態では、光の入射側に対し反対側の閉じ込め層をミラー構造とする構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、光の入射側に対し反対側の閉じ込め層と電流拡散層との間に入射光に対し分布ブラッグ反射器を成すミラー層を備える構成としてもよい。
【０１２６】
また、上記各実施の形態において、下側閉じ込め層および上側閉じ込め層（第５の実施の形態では、第２の電流拡散層及び上側ミラー層）のＷＢ材料がAlxGa1-xAsでｘが0.02＜ｘ＜１であり、光導電層のＮＢ材料がAlyGa1-yAsでｘ＞ｙであることとしてもよい。
【０１２７】
また、上記各実施の形態において、下側閉じ込め層および上側閉じ込め層（第５の実施の形態では、第２の電流拡散層及び上側ミラー層）のＷＢ材料と光導電層のＮＢ材料の組み合わせが、（AlyGa1-y)0.5 In0.5 P（ここで、０．０≦ｙ≦１.０）及びAlxGa1-xAs（ここで、０．０≦ｘ＜０．５）と；（AlyGa1-y）As（ここで、０．０＜ｙ＜１．０）及びInx Ga1-xAs（ここで、０．０１＜ｘ＜０．３）と；（AlxGa1-x）0.5 In0.5 As（ここで、０．０１＜ｘ＜１．０）及びIn0.5Ga0.5Asと；（AlxGa1-x ）0.5In0.5As（ここで、０．０１＜ｘ＜１．０）及びGaAs0.5 Sb0.5 と；AlxGa1-xN（ここで、０．０１＜ｘ＜１．０）及びGaNと；Si及びGexSi1-x（ここで、０．０５＜ｘ＜１．０）と；Si及びSiCと；ZnyMg1-ySzSe1-z（ここで、０＜ｙ＜１．０及び０＜ｚ＜１．０）及びZnSxSe1-x（ここで、０＜ｘ＜１）と；AlxGa1-xSb（ここで、０．０１＜ｘ＜１．０）及びGaSbと；PbxCd1-xTe（ここで、０．０１＜ｘ＜１．０）及びPbTeとから構成されるグループから選択されることとしてもよい。
【０１２８】
また、上記各実施の形態において、下側閉じ込め層および上側閉じ込め層（第５の実施の形態では、第２の電流拡散層及び上側ミラー層）のＷＢ材料が、光導電層のＮＢ材料よりも多量にドーピングされていることとしてもよい。
【０１２９】
また、上記各実施の形態において、光導電層のＮＢ材料のドーピング濃度は、１×１０17 ｃｍ-3 未満であることとしてもよい。
【０１３０】
また、上記第１、第２の実施の形態において、半導体基板のドーピング濃度が１×１０18ｃｍ-3 以上であり、半導体基板裏面の一部もしくは全面に一方の端子電極を備え、上側電流拡散層の表面の一部に他方の端子電極を備えることとしてもよい。
【０１３１】
また、上記第１、第３、第６の実施の形態において、入射光の入射表面の一部もしくは全面に形成された端子電極が透明電極よりなることとしてもよい。
【０１３２】
また、上記各実施の形態において、半導体基板と下側閉じ込め層の間に、もしくは上側閉じ込め層の上層、または、その両方において、ドーピング濃度を１×１０18ｃｍ-3 以上としたＷＢ材料を用いる電流拡散層を備える構成としてもよい。
【０１３３】
また、上記各実施の形態の少なくとも２つを組み合わせることとしてもよい。例えば、第４の実施の形態の構成に、第６の実施の形態のような導電部を複数に分割する構成を組み合わせてもよい。
【０１３４】
また、上記各実施の形態の光導電スイッチの構成を、フォトカプラー（光アイソレータ）へ応用する構成としてもよい。
【０１３５】
その他、上記各実施の形態における光導電スイッチの細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】（ａ）は、本発明に係る第１の実施の形態の光導電スイッチ１００の上面図である。（ｂ）は、（ａ）における光導電スイッチ１００のＢ１−Ｂ１’部の断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る第２の実施の形態の光導電スイッチ２００の上面図である。（ｂ）は、 (ａ)における光導電スイッチ２００のＢ２−Ｂ２’部の断面図である。
【図３】入射光Ｌ２を発生するレーザ・パワーに対するＯＮ抵抗の変動を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係る第３の実施の形態の光導電スイッチ３００の上面図である。（ｂ）は、 (ａ)における光導電スイッチ３００のＢ３−Ｂ３’部の断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明に係る第４の実施の形態の光導電スイッチ４００の上面図である。（ｂ）は、 (ａ)における光導電スイッチ４００のＢ４−Ｂ４’部の断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明に係る第５の実施の形態の光導電スイッチ５００の上面図である。（ｂ）は、 (ａ)における光導電スイッチ５００のＢ５−Ｂ５’部の断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明に係る第６の実施の形態の光導電スイッチ６００の上面図である。（ｂ）は、 (ａ)における光導電スイッチ６００のＢ６−Ｂ６’部の断面図である。
【図８】（ａ）は、従来の光導電スイッチ７００の上面図である。（ｂ）は、 (ａ)における光導電スイッチ７００のＢ７−Ｂ７’部の断面図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００  光導電スイッチ
１０１，２０１，２１３，３１３，３２３，４１３，４２３，５１３，５２３，５３３，５３４，６１３，６２３，７１３，７２３  端子電極
１０２，２０２，３０１，４０１，５０１，６０１，７０２  半導体基板
２０３，２０５，２０７，２１０，３０３，３０５，３０７，３０９，４０５，４０７，５０５，５０７，６０３ａ，６０５ａ，６０７ａ，６０９ａ，６０３ｂ，６０５ｂ，６０７ｂ，６０９ｂ  漸変組成層
１０４，２０４，３０４，４０４，６０４ａ，６０４ｂ，７０４  下側閉じ込め層
１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６ａ，６０６ｂ，７０６  光導電層
１０８，２０８，３０８，４０８，６０８ａ，６０８ｂ，７０８  上側閉じ込め層
１１３，２１３  端子電極
２０９  電流拡散層
２１１  キャップ層
２１２  オーミック接触層
２５０，３５０，４５１，６５０  反射防止コーティング
３０２，４０２，６０２  下側電流拡散層
３１０，４１０，５１０，６１０ａ，６１０ｂ  上側電流拡散層
４５０，５５０  保護膜
５６１  下側ミラー層
５６２  活性層
５６３  上側クラッド層
５６４  絶縁領域
５６５  第１の電流拡散層
５６６，５６８  ｎ層
５６７  ｐ層
５０４  第２の電流拡散層
５０８  上側ミラー層
７３０，７４０  ボンディング・パッド
【図１】
2008098576.tif 000004
【図２】
2008098576.tif 000005
【図３】
2008098576.tif 000006
【図４】
2008098576.tif 000007
【図５】
2008098576.tif 000008
【図６】
2008098576.tif 000009
【図７】
2008098576.tif 000010
【図８】
2008098576.tif 000011