JP2648533B2 - 反射型光電面 - Google Patents
反射型光電面Info
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- JP2648533B2 JP2648533B2 JP12385291A JP12385291A JP2648533B2 JP 2648533 B2 JP2648533 B2 JP 2648533B2 JP 12385291 A JP12385291 A JP 12385291A JP 12385291 A JP12385291 A JP 12385291A JP 2648533 B2 JP2648533 B2 JP 2648533B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は反射型光電面に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる反射
型光電面は、アルカリアンチモン系の光電面に比べて、
高い量子効率を有する。このような従来技術としては、
例えば特開昭４９−９０８６９では、ｎ−ＧａＰ基板上
にｐ−ＡｌＧａＡｓを堆積し、その上にｐ−ＧａＡｓを
堆積したものが提案されている。この光電面では、表面
のｐ−ＧａＡｓが光吸収層となっており、量子効率は２
０〜２５％が可能である。また、感度波長限界は〜９０
０ｎｍであり、近赤外域まで感度を有する。しかし、こ
の光電面では、ＧａＡｓ光電面においても、活性層厚
（光電面厚）を薄くすると長波長側での吸収が減って、
分光特性をより長波長域で低下させ得るが、波長限界付
近でシャープなカットオフ特性を持たせることは難し
く、結果として波長選択性が低下する。
型光電面は、アルカリアンチモン系の光電面に比べて、
高い量子効率を有する。このような従来技術としては、
例えば特開昭４９−９０８６９では、ｎ−ＧａＰ基板上
にｐ−ＡｌＧａＡｓを堆積し、その上にｐ−ＧａＡｓを
堆積したものが提案されている。この光電面では、表面
のｐ−ＧａＡｓが光吸収層となっており、量子効率は２
０〜２５％が可能である。また、感度波長限界は〜９０
０ｎｍであり、近赤外域まで感度を有する。しかし、こ
の光電面では、ＧａＡｓ光電面においても、活性層厚
（光電面厚）を薄くすると長波長側での吸収が減って、
分光特性をより長波長域で低下させ得るが、波長限界付
近でシャープなカットオフ特性を持たせることは難し
く、結果として波長選択性が低下する。
【０００３】可視域において高効率な光電面としては、
ＧａＡｓＰ光電面が知られている。ここで、ＧａＡｓＰ
光電面では、Ａｓの組成比：０．５において、量子効率
４０〜５０％の特性が得られている。そして、シャープ
なカットオフ特性を有し、波長限界も〜７００ｎｍとな
っている。
ＧａＡｓＰ光電面が知られている。ここで、ＧａＡｓＰ
光電面では、Ａｓの組成比：０．５において、量子効率
４０〜５０％の特性が得られている。そして、シャープ
なカットオフ特性を有し、波長限界も〜７００ｎｍとな
っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな三元素系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いると、
真空界面における電子親和力を、ＣｓおよびＯ2 で負に
することが工程的に難しい。また、ＧａＡｌＡｓを用い
ると、Ａｌの酸化されやすい性質から、表面に酸化膜が
形成されやすく光電面とするのが難しい。
うな三元素系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いると、
真空界面における電子親和力を、ＣｓおよびＯ2 で負に
することが工程的に難しい。また、ＧａＡｌＡｓを用い
ると、Ａｌの酸化されやすい性質から、表面に酸化膜が
形成されやすく光電面とするのが難しい。
【０００５】そこで本発明は、光吸収係数の大きい直接
遷移型半導体であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のうち、
特にＧａＡｓに比べて高バンドギャップエネルギーの三
元素以上の化合物半導体を光吸収層に用いた光電面であ
って、製造が容易な反射型光電面を提供することを目的
とする。
遷移型半導体であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のうち、
特にＧａＡｓに比べて高バンドギャップエネルギーの三
元素以上の化合物半導体を光吸収層に用いた光電面であ
って、製造が容易な反射型光電面を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る反射型光電
面は、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成さ
れ、ＧａＡｓの格子定数との差が±０．３％以内の多元
素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光吸収層と、この
光吸収層上に形成され、当該光吸収層を形成する半導体
よりもバンドギャップが小さく、かつ数原子層〜数十原
子層分の厚さとされた二元素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
からなる表面層とを備えることを特徴とする。
面は、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成さ
れ、ＧａＡｓの格子定数との差が±０．３％以内の多元
素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光吸収層と、この
光吸収層上に形成され、当該光吸収層を形成する半導体
よりもバンドギャップが小さく、かつ数原子層〜数十原
子層分の厚さとされた二元素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
からなる表面層とを備えることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明によれば、光吸収層上には低バンドギャ
ップエネルギーの薄い表面層が形成されるので、入射光
は表面層を通過して光吸収層に達し、光電子を発生させ
る。また、表面層は二元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
で構成されるので、トリートメントが容易であり、また
電子親和性を負にすることも容易になし得る。さらに、
光吸収層および表面層をｐ型とすることで、生成された
光電子に加速エネルギーを与えて効率よく外部放出でき
る。
ップエネルギーの薄い表面層が形成されるので、入射光
は表面層を通過して光吸収層に達し、光電子を発生させ
る。また、表面層は二元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
で構成されるので、トリートメントが容易であり、また
電子親和性を負にすることも容易になし得る。さらに、
光吸収層および表面層をｐ型とすることで、生成された
光電子に加速エネルギーを与えて効率よく外部放出でき
る。
【０００８】
【実施例】以下、添付図面に従って本発明の実施例を説
明する。
明する。
【０００９】図１は実施例に係る反射型光電面のバンド
構造図である。図示の通り、ＧａＡｓ基板１上にはＧａ
ＡｌＡｓ光吸収層２が２μｍ程度の厚さに形成され、そ
の上に数〜数十原子層厚分のＧａＡｓ表面層３が形成さ
れている。なお、光吸収層２は、電子拡散長程度の厚さ
とすることが好ましい。ここで、電子拡散長とは、電子
がその寿命の間に拡散する距離をいう。また、上記のＧ
ａＡｓ基板１、ＧａＡｌＡｓ光吸収層２およびＧａＡｓ
表面層３はｐ型になっている。
構造図である。図示の通り、ＧａＡｓ基板１上にはＧａ
ＡｌＡｓ光吸収層２が２μｍ程度の厚さに形成され、そ
の上に数〜数十原子層厚分のＧａＡｓ表面層３が形成さ
れている。なお、光吸収層２は、電子拡散長程度の厚さ
とすることが好ましい。ここで、電子拡散長とは、電子
がその寿命の間に拡散する距離をいう。また、上記のＧ
ａＡｓ基板１、ＧａＡｌＡｓ光吸収層２およびＧａＡｓ
表面層３はｐ型になっている。
【００１０】上記の構造によれば、ＧａＡｌＡｓ光吸収
層２上に安定なＧａＡｓ表面層３が形成されているの
で、トリートメント処理が容易かつ確実である。また、
ＣｓＯ吸着層（図示せず）により電子親和性を界面で負
にして高効率にできる。一方、ＧａＡｓ表面層３は数〜
数十原子層と薄いので、入射光は効率よくＧａＡｓ表面
層３を通過し、ＧａＡｌＡｓ光吸収層２に到達する。
層２上に安定なＧａＡｓ表面層３が形成されているの
で、トリートメント処理が容易かつ確実である。また、
ＣｓＯ吸着層（図示せず）により電子親和性を界面で負
にして高効率にできる。一方、ＧａＡｓ表面層３は数〜
数十原子層と薄いので、入射光は効率よくＧａＡｓ表面
層３を通過し、ＧａＡｌＡｓ光吸収層２に到達する。
【００１１】ＧａＡｌＡｓ光吸収層２については、三元
素（Ｇａ，Ａｌ，Ａｓ）からなるため、Ａｌの組成比を
考えることで、バンドギャップを変更できる。具体的に
は、長波長側の波長限界を５５０〜９００ｎｍまでの間
で設定できる。そして、これらはｐ型であるため、Ｇａ
Ａｓ表面層３は生成された光電子に対して障壁となるこ
とはなく、むしろ加速エネルギーを与えて外部放出でき
る。
素（Ｇａ，Ａｌ，Ａｓ）からなるため、Ａｌの組成比を
考えることで、バンドギャップを変更できる。具体的に
は、長波長側の波長限界を５５０〜９００ｎｍまでの間
で設定できる。そして、これらはｐ型であるため、Ｇａ
Ａｓ表面層３は生成された光電子に対して障壁となるこ
とはなく、むしろ加速エネルギーを与えて外部放出でき
る。
【００１２】次に、上記反射型光電面の製造工程を、図
２により説明する。
２により説明する。
【００１３】まず、エピタキシャル成長（例えばＭＯＣ
ＶＤ）法を用いて、ＧａＡｓ基板１上にＧａＡｌＡｓ光
吸収層２およびＧａＡｓ表面層３を形成し、さらにＧａ
ＡｌＡｓキャップ層４を形成する。ここで、ＧａＡｌＡ
ｓキャップ層４は０．１〜１．０μｍ程度の厚さで、Ａ
ｌ組成比は０．５程度でよい（図２（ａ）参照）。ここ
で、ＧａＡｌＡｓキャップ層４上にさらにＧａＡｓキャ
ップ層５を形成してもよい（図２（ｂ）参照）。
ＶＤ）法を用いて、ＧａＡｓ基板１上にＧａＡｌＡｓ光
吸収層２およびＧａＡｓ表面層３を形成し、さらにＧａ
ＡｌＡｓキャップ層４を形成する。ここで、ＧａＡｌＡ
ｓキャップ層４は０．１〜１．０μｍ程度の厚さで、Ａ
ｌ組成比は０．５程度でよい（図２（ａ）参照）。ここ
で、ＧａＡｌＡｓキャップ層４上にさらにＧａＡｓキャ
ップ層５を形成してもよい（図２（ｂ）参照）。
【００１４】次に、上記のサンプルをＭＯＣＶＤ装置か
ら取り出し、ＧａＡｓキャップ層５とＧａＡｌＡｓキャ
ップ層４とをエッチングで除去する（図２（ｃ）参
照）。ここで、ＧａＡｌＡｓキャップ層４のエッチング
にはＨＣｌを用いればよく、その後に真空中にて表面清
浄化を行う。すなわち、例えば昇温加熱法においては、
６００〜６３０℃にて数分間保持し、非常に良好な清浄
表面とする。しかる後、室温において、ＣｓＯ吸着層６
を形成し、電子親和力を下げる（図２（ｄ）参照）。
本発明に係る反射型光電面のＧａＡｌＡｓ光吸収層２と
しては、ＧａＡｌＡｓに限らず、種々のものを用い得
る。
ら取り出し、ＧａＡｓキャップ層５とＧａＡｌＡｓキャ
ップ層４とをエッチングで除去する（図２（ｃ）参
照）。ここで、ＧａＡｌＡｓキャップ層４のエッチング
にはＨＣｌを用いればよく、その後に真空中にて表面清
浄化を行う。すなわち、例えば昇温加熱法においては、
６００〜６３０℃にて数分間保持し、非常に良好な清浄
表面とする。しかる後、室温において、ＣｓＯ吸着層６
を形成し、電子親和力を下げる（図２（ｄ）参照）。
本発明に係る反射型光電面のＧａＡｌＡｓ光吸収層２と
しては、ＧａＡｌＡｓに限らず、種々のものを用い得
る。
【００１５】まず、三元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
としては、 Ａｌ−（Ａｓ，Ｐ） Ａｌ−（Ａｓ，Ｓｂ） Ａｌ−（Ｐ，Ｓｂ） Ｇａ−（Ａｓ，Ｐ） Ｇａ−（Ｐ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｇａ）−Ａｓ （Ａｌ，Ｉｎ）−Ａｓ （Ａｌ，Ｉｎ）−Ｐ （Ｇａ，Ｉｎ）−Ｐ などを用いることができ、四元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体としては、 （Ａｌ，Ｇａ）−（Ａｓ，Ｐ） （Ａｌ，Ｇａ）−（Ａｓ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｇａ）−（Ｐ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ） （Ａｌ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｉｎ）−（Ｐ，Ｓｂ） （Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ） （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−Ａｓ （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−Ｐ Ｇａ−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） Ａｌ−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） などを用いることができ、五元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体としては、 （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ） （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ｐ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｇａ）−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） （Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） などを用いることができ、六元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体としては、 （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） を用い得る。
としては、 Ａｌ−（Ａｓ，Ｐ） Ａｌ−（Ａｓ，Ｓｂ） Ａｌ−（Ｐ，Ｓｂ） Ｇａ−（Ａｓ，Ｐ） Ｇａ−（Ｐ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｇａ）−Ａｓ （Ａｌ，Ｉｎ）−Ａｓ （Ａｌ，Ｉｎ）−Ｐ （Ｇａ，Ｉｎ）−Ｐ などを用いることができ、四元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体としては、 （Ａｌ，Ｇａ）−（Ａｓ，Ｐ） （Ａｌ，Ｇａ）−（Ａｓ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｇａ）−（Ｐ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ） （Ａｌ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｉｎ）−（Ｐ，Ｓｂ） （Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ） （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−Ａｓ （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−Ｐ Ｇａ−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） Ａｌ−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） などを用いることができ、五元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体としては、 （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ） （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ｐ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｇａ）−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） （Ａｌ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） （Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） などを用いることができ、六元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体としては、 （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）−（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ） を用い得る。
【００１６】上記のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエッチ
ング液としては、例えばＧａＡｓＰではＨ2 ＳＯ4 ：Ｈ
2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝３：１：１を用いればよく、ＩｎＧａ
ＡｓＰでは濃硝酸などを用いればよい。これらのエッチ
ング液は、組成によって微妙に異なるが、急峻なヘテロ
接合界面としておけば、容易に表面層を露出できる。例
えば、図２の実施例のように、ＧａＡｓ基板１上にＧａ
ＡｌＡｓ光吸収層２、ＧａＡｓ表面層３およびＧａＡｌ
Ａｓキャップ層４を形成したときは、ＧａＡｓ表面層３
が数十原子層厚以下であることを考慮して、急峻なヘテ
ロ界面としておき、ＨＣｌでＧａＡｌＡｓキャップ層４
をエッチングする。そして、表面組成のずれが生じない
か、生じても極めて浅い層に止めるようにしてＧａＡｓ
表面層３を露出させる。
ング液としては、例えばＧａＡｓＰではＨ2 ＳＯ4 ：Ｈ
2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝３：１：１を用いればよく、ＩｎＧａ
ＡｓＰでは濃硝酸などを用いればよい。これらのエッチ
ング液は、組成によって微妙に異なるが、急峻なヘテロ
接合界面としておけば、容易に表面層を露出できる。例
えば、図２の実施例のように、ＧａＡｓ基板１上にＧａ
ＡｌＡｓ光吸収層２、ＧａＡｓ表面層３およびＧａＡｌ
Ａｓキャップ層４を形成したときは、ＧａＡｓ表面層３
が数十原子層厚以下であることを考慮して、急峻なヘテ
ロ界面としておき、ＨＣｌでＧａＡｌＡｓキャップ層４
をエッチングする。そして、表面組成のずれが生じない
か、生じても極めて浅い層に止めるようにしてＧａＡｓ
表面層３を露出させる。
【００１７】光吸収層がＡｌのように酸化しやすい元素
を含むときは、表面層に酸化防止膜として作用するの
で、これを考慮して表面層の厚さを決める。しかし、一
般には入射光を吸収しないようにするため、表面層は薄
い方が望ましい。一方、基板と光吸収層の間で格子不整
合があると、結晶性が低下して感度が劣化する。このた
め、基板と光吸収層の間では、格子定数のずれが±０．
３％以下となるようにする。
を含むときは、表面層に酸化防止膜として作用するの
で、これを考慮して表面層の厚さを決める。しかし、一
般には入射光を吸収しないようにするため、表面層は薄
い方が望ましい。一方、基板と光吸収層の間で格子不整
合があると、結晶性が低下して感度が劣化する。このた
め、基板と光吸収層の間では、格子定数のずれが±０．
３％以下となるようにする。
【００１８】
【発明の効果】以上の通り本発明では、光吸収層上には
薄い表面層が形成されるので、入射光は表面層を通過し
て光吸収層に達し、光電子を発生させる。また、表面層
は二元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されるの
で、トリートメントが容易であり、また電子親和性を負
にすることも容易になし得る。さらに、光吸収層および
表面層をｐ型とすることで、生成された光電子に加速エ
ネルギーを与えて効率よく外部放出できる。このため、
高感度の反射型光電面を、簡単な製造工程によって歩留
りよく作製できる。
薄い表面層が形成されるので、入射光は表面層を通過し
て光吸収層に達し、光電子を発生させる。また、表面層
は二元素のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されるの
で、トリートメントが容易であり、また電子親和性を負
にすることも容易になし得る。さらに、光吸収層および
表面層をｐ型とすることで、生成された光電子に加速エ
ネルギーを与えて効率よく外部放出できる。このため、
高感度の反射型光電面を、簡単な製造工程によって歩留
りよく作製できる。
【図１】実施例に係る反射型光電面のバンド図である。
【図２】実施例に係る反射型光電面の製造工程図であ
る。
る。
１…ＧａＡｓ基板 ２…ＧａＡｌＡｓ光吸収層 ３…ＧａＡｓ表面層 ４…ＧａＡｌＡｓキャップ層 ５…ＧａＡｓキャップ層 ６…ＣｓＯ吸着層
Claims (3)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に
形成され、ＧａＡｓの格子定数との差が±０．３％以内
の多元素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光吸収層
と、 この光吸収層上に形成され、当該光吸収層を形成する半
導体よりもバンドギャップが小さく、かつ数原子層〜数
十原子層分の厚さとされた二元素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる表面層とを備えることを特徴とする反射型
光電面。 - 【請求項２】 前記光吸収層がｐ型であり、前記表面層
がｐ型のＧａＡｓからなる請求項１記載の反射型光電
面。 - 【請求項３】 前記表面層上にＣｓＯからなる吸着層が
形成されている請求項１記載の反射型光電面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12385291A JP2648533B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 反射型光電面 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12385291A JP2648533B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 反射型光電面 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04351827A JPH04351827A (ja) | 1992-12-07 |
| JP2648533B2 true JP2648533B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=14870997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12385291A Expired - Fee Related JP2648533B2 (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 反射型光電面 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2648533B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009272102A (ja) * | 2008-05-02 | 2009-11-19 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電陰極及びそれを備える電子管 |
-
1991
- 1991-05-28 JP JP12385291A patent/JP2648533B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04351827A (ja) | 1992-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |