JP2003273392A

JP2003273392A - ＧａＮ系半導体受光素子

Info

Publication number: JP2003273392A
Application number: JP2002070683A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Ouchi; 洋一郎大内; Kazuyuki Tadatomo; 一行只友; Hiroaki Okagawa; 広明岡川; Takashi Tsunekawa; 高志常川
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】波長３６５ｎｍの光よりも長い波長の光を検
出し得る、ショットキー障壁型のＧａＮ系受光素子を提
供すること。【解決手段】ＧａＮよりバンドギャップの小さいＩｎ
_xＧａ_yＡｌ_zＮからなるｉ層１を受光層として用い、該
ｉ層の上面にショットキー電極Ｐ１を設け、ショットキ
ー障壁型の受光素子とする。ｉ層に対するショットキー
接触を改善するために、表面層を介在させることが好ま
しい。該表面層は、少なくともショットキー接触部分
に、ｉ層よりもバンドギャップの大きいＧａＮ系半導体
を用い、これによって、良好なショットキー接触を確保
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ショットキー障壁
型のＧａＮ系半導体受光素子に関するものであって、と
りわけ、３６５ｎｍよりも長い波長の光に感度を有する
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮ系半導体結晶（以下、ＧａＮ系結
晶ともいう）を受光層に用いたＧａＮ系半導体受光素子
には、多くの受光原理に基づくものがあり、そのなかの
１つにショットキー障壁型の受光素子がある。

【０００３】ショットキー障壁型の受光素子の従来の一
般的な構造は、図７に示すように、サファイア基板１０
０上に、ＧａＮ系低温成長バッファ層１０１を介して、
ｎ型ＧａＮ結晶層（Ｓｉドープ高キャリア濃度層）１０
２、ＧａＮ結晶からなるｉ層（受光層）１０３が順に形
成され、該ｉ層１０３がＲＩＥ（Reactive Ion Etchin
g)によって部分的に除去されてｎ型ＧａＮ結晶層１０２
が露出しており、ｉ層１０２の上面にはショットキー電
極Ｐ１０、ｎ型ＧａＮ結晶層１０２の露出面にはオーミ
ック電極Ｐ２０が各々形成された構造となっている。

【０００４】受光対象とする光の入射方向は、基板側か
らであってもよいが、入射させるショットキー電極の形
態をクシ形電極や透明電極などとすることによって、光
を該電極の間隙や電極自体を通過させて受光層内に入射
させることもできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のショッ
トキー障壁型のＧａＮ系受光素子では、受光層であるｉ
層の材料に、もっぱらＧａＮが用いられており、それに
よって、波長３６５ｎｍ（＝ＧａＮのバンドギャップに
対応する波長）以下の短い波長の光しか検出できなかっ
た。即ち、従来のショットキー障壁型のＧａＮ系受光素
子には、３６５ｎｍよりも長い波長の光を検出し得るも
のはなかった。

【０００６】本発明の目的は、上記問題を解決し、波長
３６５ｎｍの光よりも長い波長の光を検出し得る、ショ
ットキー障壁型のＧａＮ系受光素子を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の特徴を有
するものである。（１）ＧａＮ系半導体結晶からなるｉ層を受光層として
有し、該ｉ層の上面にショットキー電極が設けられた構
造を有するショットキー障壁型の半導体受光素子であっ
て、該ｉ層が、ＧａＮよりバンドギャップの小さいＩｎ
_xＧａ_yＡｌ_zＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜
１）からなることを特徴とする、ＧａＮ系半導体受光素
子。

【０００８】（２）ｉ層とショットキー電極との間に、
ＧａＮ系半導体結晶からなる表面層が介在しており、該
表面層のうち少なくともショットキー電極と接している
部分が、ｉ層よりもバンドギャップの大きいＧａＮ系半
導体結晶からなる、上記（１）記載のＧａＮ系半導体受
光素子。

【０００９】（３）表面層が、ｉ層側からショットキー
電極側へと近づくにつれ、ｉ層と同じ組成から、バンド
ギャップのより大きい組成へと、段階的または無段階的
に変化している層である、上記（２）記載のＧａＮ系半
導体受光素子。

【００１０】（４）上記ｉ層と、該ｉ層よりもバンドギ
ャップが大きくかつ低キャリア濃度とされたＧａＮ系半
導体結晶層とが、交互に多重積層されて超格子構造が構
成され、該超格子構造中においてｉ層が受光層となって
いる、上記（１）または（２）記載のＧａＮ系半導体受
光素子。

【００１１】（５）上記超格子構造の最上層が、ｉ層よ
りもバンドギャップが大きく低キャリア濃度とされた上
記ＧａＮ系半導体結晶層である、上記（４）記載のＧａ
Ｎ系半導体受光素子。

【００１２】本発明でいうＧａＮ系半導体とは、Ｉｎ_a
Ｇａ_bＡｌ_cＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１）で示される化合物半導体であって、組
成比（混晶比）は任意であるが、例えば、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどが重要な化合物として
挙げられる。本明細書では、「ｉ層よりもバンドギャッ
プの大きい」などの条件をＧａＮ系半導体に加えること
によって、組成比の範囲を限定している。

【００１３】ｉ層は、低キャリア濃度層の総称であっ
て、ｎ型の低キャリア濃度層、またはｐ型の低キャリア
濃度層を意味する。低キャリア濃度とは、１×１０¹³ｃ
ｍ^-3〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度である。ＧａＮ系半導体が
アンドープにてｎ型の導電性を示すことから、ｉ層はｎ
型であることが好ましい。よって、以下では、ｉ層をｎ
型のＧａＮ系結晶からなる低キャリア濃度層として、当
該素子の構造を説明するが、これに限定されることはな
く、ｉ層はｐ型であってもよい。

【００１４】また、本明細書では、当該受光素子の構造
を明確に説明するために、「層の上面」など、上下方向
を示す語句を用いているが、これは、各層の層厚方向
や、各層の両面を明確に指し示して説明するためであっ
て、素子構造の絶対的な上下方向を限定するものではな
く、また素子の実装方向（実装時の姿勢）を限定するも
のでもない。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の受光素子は、図１に素子
構造の一例を概略的に示すように、ＧａＮ系結晶からな
るｉ層１を受光層として有し、該ｉ層１の上面にショッ
トキー電極Ｐ１が設けられた素子構造を有する、ショッ
トキー障壁型のＧａＮ系受光素子である。そして、該ｉ
層１の材料として、ＧａＮよりもバンドギャップが小さ
いように組成比が決定されたＩｎ_xＧａ_yＡｌ_zＮ（０＜
ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１）が用いられている。
これによって、当該受光素子は、ＧａＮのバンドギャッ
プに対応する波長３６５ｎｍよりも、長い波長の光を検
出することができるものとなっている。

【００１６】図１の例では、素子の積層構造自体は従来
のものと同様であって、サファイア基板Ｂ１上に、Ｇａ
Ｎ系低温成長バッファ層Ｂ２を介して、ｎ型ＧａＮ結晶
層（Ｓｉドープ高キャリア濃度層）２、ｉ層（受光層）
１が、順に気相成長によって積層されており、ｉ層１が
ＲＩＥによって部分的に除去されてｎ型ＧａＮ結晶層２
が露出しており、ｉ層１の上面にはショットキー電極Ｐ
１、ｎ型ＧａＮ系結晶層２の露出面にはオーミック電極
Ｐ２が、各々形成された構造となっている。検出対象の
光Ｌは、ショットキー電極Ｐ１を通過して、ｉ層に入射
している。

【００１７】ｉ層の材料として用いるＩｎ_xＧａ_yＡｌ_z
Ｎは、ＧａＮよりもバンドギャップが小さくなるよう
に、（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１）の範囲か
ら各組成比ｘ、ｙ、ｚを選択すればよい。このなかで
も、特に好ましいｉ層の材料としては、Ａｌ組成比ｚ＝
０、Ｇａ組成比ｙ＝１−ｘとして示されるＩｎ_xＧａ_1-x
Ｎ（０＜ｘ≦１）が挙げられる。該Ｉｎ_xＧａ_1-xＮの実
際の結晶品質などを考慮すると、Ｉｎ組成比ｘの好まし
い範囲として、０＜ｘ≦０．５、より好ましくは０＜ｘ
≦０．２が挙げられる。具体的な数値を例示すると、ｉ
層の材料としてＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎを用いた場合には、検
出し得る光の得る波長は、そのバンドギャップに対応す
る４２０ｎｍ、およびそれよりも短い波長である。

【００１８】本発明者らは、上記のようなＩｎ_xＧａ_yＡ
ｌ_zＮをｉ層の材料として用いた場合に、次ののよ
うなさらなる問題が生じることを見出し、これを軽減す
ることをさらなる課題とした。上記のようなＩｎ_xＧａ_yＡｌ_zＮ、特にＩｎ_xＧａ_1-x
Ｎは、アンドープであってもｎ型のキャリア濃度が高い
ために、ショットキー接触がとり難い。即ち、オーミッ
ク接触となる可能性がある。上記のようなＩｎ_xＧａ_yＡｌ_zＮ、特にＩｎ_xＧａ_1-x
Ｎは、熱的に弱いため、成長終了後の高温時にＮ原子が
脱離し、ｎ型がより促進される可能性がある。

【００１９】本発明では、上記さらなる課題を解決すべ
く、図２に示すように、ｉ層１とショットキー電極Ｐ１
との間に、ＧａＮ系半導体結晶からなる表面層Ｓをさら
に介在させる。該表面層Ｓは、該層全体のうち少なくと
も、ショットキー電極Ｐ１と接している部分（以下、
「ショットキー接触部」と呼ぶ）が、ｉ層よりもバンド
ギャップの大きいＧａＮ系半導体となるように構成す
る。即ち、該表面層Ｓ全体をｉ層よりもバンドギャップ
の大きいＧａＮ系半導体によって均質に構成してもよい
し、ｉ層側からショットキー電極側へと近づくにつれ、
ｉ層と同じ組成から、バンドギャップのより大きい組成
へと、段階的または無段階的に変化するように構成して
もよい。

【００２０】上記のように構成した表面層を介在させる
ことによって、図３にバンドダイヤグラムを示すよう
に、受光素子として十分なショットキー接触を確保する
ことが可能となる。表面層は、受光によってｉ層に発生
したホールに対して障壁となることが考えられるが、該
表面層を薄くすることによって、ホールはトンネルによ
り表面層を通過することができる。

【００２１】図３（ａ）に示すダイヤグラムは、表面層
Ｓ全体をｉ層よりもバンドギャップの大きいＧａＮ系半
導体によって均質に構成した場合の図である。Ｅ_cは伝
導帯下端のエネルギー、Ｅ_vは価電子帯上端のエネルギ
ー、Ｅ_Fはフェルミ・レベルである。同図に示すよう
に、電極Ｐ１との界面において、十分なショットキー障
壁高さが確保されている。

【００２２】図３（ｂ）に示すダイヤグラムは、表面層
Ｓの構成として、ｉ層側からショットキー電極側へと近
づくにつれ、ｉ層と同じ組成から、バンドギャップのよ
り大きい組成へと連続的・無段階的に変化させた場合の
図であって、図３（ａ）の特徴に加えてさらに、表面層
Ｓとｉ層１との境界に段差（エネルギーギャップ）がな
く、ｉ層に発生したホールは、よりスムーズにショット
キー電極へ到達することができるようになる。該表面層
の組成傾斜の変化は、直線的な変化であっても、任意の
曲線を描く変化であってもよい。また、表面層の組成傾
斜は、多段階的なステップ状の変化としても、無段階的
な変化と同様の作用効果が得られる。

【００２３】上記表面層の材料のうち、少なくともショ
ットキー接触部に用いる材料は、ｉ層の材料Ｉｎ_xＧａ_y
Ａｌ_zＮの組成に応じて、それよりもバンドギャップが
大きくなるように選択されたＩｎ_dＧａ_eＡｌ_fＮ（０≦
ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）であればよい。しか
し、上記の問題が、Ｉｎ組成の存在に起因した問題
であることから、好ましい材料Ｉｎ_dＧａ_eＡｌ_fＮとし
ては、（Ｉｎ組成比ｄ＝０、Ｇａ組成比ｅ＝１−ｆ）と
して示されるＡｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ≦１）が挙げられ
る。さらに、該Ａｌ_fＧａ_1-fＮの結晶品質などを考慮す
ると、Ａｌ組成比ｆの好ましい範囲としては、０≦ｆ≦
０．５、より好ましくは０≦ｆ≦０．２が挙げられる。
なかでも、Ａｌ組成比ｆ＝０としたＧａＮは、良好な品
質の結晶が得られ易いことから表面層として好ましい材
料である。

【００２４】表面層は、ｉ層と同様の低キャリア濃度、
導電型の層として形成し、また層の厚さは、ホールのト
ンネル効果を得る点から、１ｎｍ〜５０ｎｍ程度とする
のが好ましい。

【００２５】本発明では、上記のとおり、ｉ層の材料と
してＩｎ_xＧａ_yＡｌ_zＮを用いている。ｉ層の厚さは、
５ｎｍ〜５００ｎｍ程度、特に１０ｎｍ〜１００ｎｍ程
度が好ましい。しかし、Ｉｎ組成を含むＧａＮ系結晶、
特にＩｎ_xＧａ_1-xＮは、良好な品質の結晶層として厚膜
に成長させることは困難であり、層厚数十ｎｍ程度を超
えて成長させると組成変動が起こり結晶品質が低下す
る。このため、十分な厚さの受光層を良好な結晶品質で
確保することが困難である。

【００２６】そこで、本発明では、上記ｉ層を良好な結
晶品質でかつ十分な厚さを得るための好ましい態様とし
て、図４に模式的に示すように、該ｉ層よりもバンドギ
ャップが大きくかつ結晶成長性の良好なＧａＮ系半導体
結晶層（３ａ、３ｂ、３ｃ）と、ｉ層（１ａ、１ｂ、１
ｃ）とを、交互に多重積層して、超格子構造とし、該超
格子構造中に分れて存在するｉ層を受光層としている。
該ＧａＮ系半導体結晶層のキャリア濃度は、ｉ層と同様
の低キャリア濃度とする。これによって、ｉ層をトータ
ルとして十分に厚くすることができ、キャリアをより多
く発生させて良好な感度を得ることが可能となる。

【００２７】上記超格子構造に用いる〔ｉ層よりもバン
ドギャップが大きくかつ結晶成長性の良好なＧａＮ系半
導体〕としては、ｉ層の材料Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_zＮの組成
に応じて、バンドギャップ条件を満たすようにＩｎ_dＧ
ａ_eＡｌ_fＮ（０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１）の
中から選択すればよいが、結晶成長性が良好であるとい
う条件をも満たす材料としては、ＧａＮが挙げられる。
以下、ｉ層とＧａＮ層とによる交互積層を例として超格
子構造を説明するが、材料の組み合わせをこれに限定す
るものではない。

【００２８】（ｉ層／ＧａＮ層）による超格子ペアの数
に限定はないが、素子構造として２ペア〜５００ペア程
度が好ましく、１０ペア〜１００ペア程度がより好まし
い。超格子構造であるための一層当たりの厚さは、０．
１ｎｍ〜５０ｎｍ、より好ましくは０．５ｎｍ〜２０ｎ
ｍである。

【００２９】超格子構造とショットキー電極との間に
は、上記した表面層を別途介在させてもよいが、超格子
構造の最上層をＧａＮ層として、該ＧａＮ層と表面層と
を兼用してもよい。また、超格子構造の最上層をｉ層と
し、その上に該ｉ層の組成からＧａＮへと組成傾斜する
表面層を形成してもよい。

【００３０】本発明の受光素子に共通する各部の説明を
行う。結晶基板上に素子構造を形成する場合、該基板は
ＧａＮ系結晶が成長可能なものであればよく、サファイ
ア（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３
Ｃ）、Ｓｉ、スピネル、ＺｎＯ，ＧａＡｓ、ＮＧＯ、Ｇ
ａＮ系（特にＧａＮ）などを用いることができるが、本
発明の目的に対応するならばこのほかの材料を用いても
よい。なお、基板の面方位は特に限定されず、更にジャ
スト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良
い。

【００３１】図１、２に示すように、高キャリア濃度層
などのＧａＮ系結晶層を結晶基板上に形成する際には、
必要に応じてバッファ層を介在させてもよい。バッファ
層材料や成膜法に限定はないが、ＧａＮ、ＡｌＮなどを
同じ結晶成長装置にて低温で成長させるＧａＮ系低温バ
ッファ層が好ましいものとして挙げられる。

【００３２】また、結晶基板上に、高キャリア濃度層、
ｉ層などのＧａＮ系結晶層を成長させる際には、転位密
度を低減させるための種々の手法を適宜導入してよく、
例えば次の構造を結晶基板面に付与してよい。（い）従来公知の選択成長法（ＥＬＯ法）を実施し得る
ように、結晶基板上にマスク層（ＳｉＯ₂などが用いら
れる）をストライプパターンなどとして形成した構造。（ろ）ＧａＮ系結晶がラテラル成長やファセット成長を
し得るように、結晶基板上に、ドット状、ストライプ状
の凹凸加工を施した構造。これらの構造とバッファ層とは、適宜組合せてよい。

【００３３】転位密度低減のための構造のなかでも、上
記（ろ）は、マスク層を用いない好ましい構造であっ
て、特に、ストライプ状の凹凸加工を施した構造が好ま
しい。そのストライプの長手方向は任意であってよい
が、これを埋め込んで成長するＧａＮ系結晶にとって
〈１１−２０〉方向とした場合、横方向成長が抑制さ
れ、｛１−１０１｝面などの斜めファセットが形成され
易くなる。この結果、基板側からＣ軸方向に伝搬した転
位がこのファセット面で横方向に曲げられ、上方に伝搬
し難くなり、低転位密度領域が形成される。

【００３４】一方、ストライプの長手方向を、成長する
ＧａＮ系結晶にとって〈１−１００〉方向にした場合、
凸部の上部から成長を開始したＧａＮ系結晶は、横方向
に高速成長し、凹部を空洞として残した状態でＧａＮ系
結晶層となる傾向を示す。

【００３５】ＧａＮ系結晶層の成長方法としては、ＨＶ
ＰＥ法、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法などが挙げられる。厚
膜を作製する場合はＨＶＰＥ法が好ましいが、薄膜を形
成する場合はＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法が好ましい。

【００３６】図１、２、４の素子構造例に示す高キャリ
ア濃度層２は、オーミック電極を形成するためのコンタ
クト層であり、ｉ層と同じ導電型であって、キャリア濃
度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度、特に
１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０ ¹⁹ｃｍ^-3程度が好ましい。

【００３７】ショットキー電極は、受光素子として機能
するようショットキー障壁が生じた状態の電極であれば
よく、電極の形成方法や、クシ形電極・透明電極などの
電極の形態などは公知技術を参照すればよい。また、受
光すべき光を結晶基板を通して入射させる場合には、不
透明な電極であってもよい。ショットキー電極の材料
は、限定はされないが、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｂなどが
挙げられる。また、これらの材料を組み合わせて用いて
もよい。また、オーミック電極の材料は、限定はされな
いが、Ａｌ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｔｉ、Ｔｉなどが挙げられ
る。また、これらの材料を組み合わせて用いてもよい。

【００３８】

【実施例】実施例１本実施例では、図２の受光素子を実際に製作した。Ｃ面
サファイア基板（直径２インチウエハ：後の分断によっ
て図２の基板Ｂ１となる）をＭＯＶＰＥ装置に装着し、
水素雰囲気下で１１００℃まで昇温し、サーマルエッチ
ングを行った後、温度を４５０℃まで下げ、Ｇａ原料ト
リメチルガリウム（以下ＴＭＧ）、およびＮ原料アンモ
ニアを流し、ＧａＮ低温成長バッファ層Ｂ２を厚さ３０
ｎｍ成長させた。

【００３９】（高キャリア濃度層２の形成）温度を１０
００℃に昇温し、ＴＭＧ、アンモニアに加え、ドーパン
ト材料シランを流し、高キャリア濃度層２としてｎ型Ｇ
ａＮ層を厚さ４．５μｍまで成長させた。高キャリア濃
度層のキャリア濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。

【００４０】（ｉ層の形成）温度を７００℃とし、Ｉｎ
原料トリメチルインジウム（以下ＴＭＩ）、ＴＭＧ、ア
ンモニアを流し、アンドープのＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ結晶層
（受光波長４２０ｎｍ）を厚さ５０ｎｍまで成長させ、
ｉ層１とした。該ｉ層のキャリア濃度は１×１０¹⁶ｃｍ
^-3以下とした。

【００４１】（表面層の形成）温度を１０００℃とし、
ＴＭＧ、アンモニアを流し、アンドープのＧａＮ結晶層
を厚さ１０ｎｍまで成長させ、表面層Ｓとした。

【００４２】上記積層体を装置から取り出し、１．２ｍ
ｍ角チップとすべき部分の外周部分に対して、素子の中
央部分が直径９００μｍの円柱状として残るように上面
からエッチングし、高キャリア濃度層２を部分的に露出
させた。

【００４３】その後、ｉ層上面にフォトリソグラフィー
技術、蒸着法によりＡｕ／Ｎｉからなる幅２μｍ、間隔
２μｍのくし形のショットキー電極Ｐ１を形成した。ま
た、露出した高キャリア濃度層上面には、Ａｌ／Ｔｉか
らなるオーミック電極Ｐ２を形成した。以上の工程によ
って、サファイアウエハ上に、マトリクス状に繰り返し
形成された受光素子構造を得、これを１．２ｍｍ角の個
々のベアチップへと分断し、本発明による受光素子を得
た。当該受光素子の評価は、他の実施例品と共に後述す
る。

【００４４】実施例２本実施例では、図３（ｂ）のバンドダイヤグラムに示す
とおり、表面層を組成傾斜させたこと以外は、上記実施
例１と同様に、当該受光素子を製作した。表面層の厚さ
は２０ｎｍとし、ｉ層の形成完了時から連続的に、原料
供給量・温度などの成長条件を制御することによって、
ｉ層の組成Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからショットキー接触部の
組成ＧａＮまで無段階的かつ直線的に変化させる構成と
した。当該受光素子の評価は、他の実施例品と共に後述
する。

【００４５】実施例３本実施例では、図４に示すとおり、Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
（ｉ層）と、低キャリア濃度のＧａＮ層とからなる超格
子構造を形成したこと以外は、上記実施例１と同様に、
当該受光素子を製作した。超格子構造は、ＧａＮ高キャ
リア濃度層２上に、ｉ層を下層側として形成し、（Ｉｎ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎ：２ｎｍ／ＧａＮ層：５ｎｍ）のペア数を
５０とし、最上層をＧａＮ層として、該最上層を表面層
として兼用した。当該受光素子の評価は、他の実施例品
と共に後述する。

【００４６】実施例４本実施例では、上記実施例３の超格子構造の最上層であ
るＧａＮ層を、厚さ１０ｎｍの表面層とし、その層厚内
で、ｉ層の組成Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからショットキー接触
部の組成ＧａＮまで無段階的かつ直線的に変化させる構
成としたこと以外は、上記実施例３と同様に、当該受光
素子を製作した。当該受光素子の評価は、他の実施例品
と共に後述する。

【００４７】（受光素子の評価）上記実施例１〜４によ
って得られた各受光素子の受光感度を各波長について測
定した。各実施例の受光素子の受光感度特性を、図５、
図６のグラフに示す。実施例１の受光素子は、図５
（ａ）に示すとおり、受光ピーク波長は４１０ｎｍであ
り、受光感度は０．０４Ａ／Ｗであった。実施例２の受
光素子は、図５（ｂ）に示すとおり、受光ピーク波長は
４１０ｎｍであり、受光感度は０．０６Ａ／Ｗであっ
た。この結果から、表面層の組成傾斜によって、受光感
度がさらに向上したことがわかる。実施例３の受光素子
は、図６（ａ）に示すとおり、受光ピーク波長は４１０
ｎｍであり，受光感度は０．０８Ａ／Ｗであった。この
結果から、超格子構造によって、受光感度がさらに向上
したことがわかる。実施例４の受光素子は、図６（ｂ）
に示すとおり、受光ピーク波長は４１０ｎｍであり、受
光感度は０．１２Ａ／Ｗであった。この結果から、表面
層の組成傾斜と、受光層の超格子構造とを組み合わせる
ことによって、受光感度がさらに向上したことがわか
る。

【００４８】

【発明の効果】上記のように、本発明による受光素子
は、波長３６５ｎｍの光よりも長い波長の光を検出し得
るものであり、ＧａＮ系のショットキー型受光素子とし
ては、従来に無いものである。また、表面層の介在、ｉ
層の多重化（超格子構造）などの好ましい構成を付与す
ることによって、ｉ層にＩｎ組成を含有させながらも、
より受光感度の高い受光素子とすることが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による受光素子の構造例を示す模式図で
ある。ハッチングは、領域を区別するために適宜施して
いる。以下の図も同様である。

【図２】表面層を加えた本発明の受光素子の構造例を示
す模式図である。

【図３】本発明の受光素子に表面層を加えた場合の、シ
ョットキー接合付近のバンドダイヤグラムを示す図であ
る。

【図４】本発明において、ｉ層をＧａＮ系結晶層と共に
交互成長させ超格子構造とした場合の素子構造例を示す
模式図である。図示した超格子構造の各層の厚さやペア
数は、説明のために実際のものとは異なっている。

【図５】本発明の実施例で製作した受光素子の受光感度
特性を示す図である。図５（ａ）は実施例１の受光素子
の受光感度特性を示し、図５（ｂ）は実施例２の受光素
子の受光感度特性を示している。

【図６】本発明の実施例で製作した受光素子の受光感度
特性を示す図である。図６（ａ）は実施例３の受光素子
の受光感度特性を示し、図６（ｂ）は実施例４の受光素
子の受光感度特性を示している。

【図７】従来のショットキー障壁型ＧａＮ系受光素子の
構造を示す模式図である。

【符号の説明】

１ｉ層２高キャリア濃度層Ｐ１ショットキー電極Ｐ２オーミック電極Ｌ検出すべき光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡川広明兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者常川高志兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 5F049 MA05 MB07 NA01 PA04 QA16 QA20 SE05 SE11 SS01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＮ系半導体結晶からなるｉ層を受光
層として有し、該ｉ層の上面にショットキー電極が設け
られた構造を有するショットキー障壁型の半導体受光素
子であって、該ｉ層が、ＧａＮよりバンドギャップの小さいＩｎ_xＧ
ａ_yＡｌ_zＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１）か
らなることを特徴とする、ＧａＮ系半導体受光素子。
【請求項２】ｉ層とショットキー電極との間に、Ｇａ
Ｎ系半導体結晶からなる表面層が介在しており、該表面層のうち少なくともショットキー電極と接してい
る部分が、ｉ層よりもバンドギャップの大きいＧａＮ系
半導体結晶からなる、請求項１記載のＧａＮ系半導体受
光素子。
【請求項３】表面層が、ｉ層側からショットキー電極
側へと近づくにつれ、ｉ層と同じ組成から、バンドギャ
ップのより大きい組成へと、段階的または無段階的に変
化している層である、請求項２記載のＧａＮ系半導体受
光素子。
【請求項４】上記ｉ層と、該ｉ層よりもバンドギャッ
プが大きくかつ低キャリア濃度とされたＧａＮ系半導体
結晶層とが、交互に多重積層されて超格子構造が構成さ
れ、該超格子構造中においてｉ層が受光層となってい
る、請求項１または２記載のＧａＮ系半導体受光素子。
【請求項５】上記超格子構造の最上層が、ｉ層よりも
バンドギャップが大きく低キャリア濃度とされた上記Ｇ
ａＮ系半導体結晶層である、請求項４記載のＧａＮ系半
導体受光素子。