JPH06244444A - 光閉込め構造及びそれを用いた受光素子 - Google Patents
光閉込め構造及びそれを用いた受光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】表面反射を低減し、光閉じ込めを有効に行なう
ことができる光閉込め構造を提供すること。 【構成】基板３の表面に、凹凸を有する遷移層２を設
け、この凹凸の繰り返し幅７を光閉じ込めを行なう主な
光４の波長以下とする。基板３の裏面に凹凸８、９を設
けることが好ましい。遷移層２の屈折率は、基板側と逆
の側から基板側に向かって、基板の屈折率に近づくよう
に変化させる。
ことができる光閉込め構造を提供すること。 【構成】基板３の表面に、凹凸を有する遷移層２を設
け、この凹凸の繰り返し幅７を光閉じ込めを行なう主な
光４の波長以下とする。基板３の裏面に凹凸８、９を設
けることが好ましい。遷移層２の屈折率は、基板側と逆
の側から基板側に向かって、基板の屈折率に近づくよう
に変化させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光センサー、光電変換
装置等の受光装置や光励起レーザー等の光−光変換装置
等に用いる光閉込め構造及びそれを用いた受光素子に関
する。
装置等の受光装置や光励起レーザー等の光−光変換装置
等に用いる光閉込め構造及びそれを用いた受光素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】光を基板に入射し、これを用いて光−光
変換、光−電気変換等を行なう場合、基板内に光を効果
的に取り込み、この光を基板外に逃すことなく、基板内
に閉じ込めることにより、上記の各変換の効率を高くす
ることができる。これを行なうためには、基板表面での
光の反射率の低減及び基板内に入射した光の閉じ込めが
重要である。
変換、光−電気変換等を行なう場合、基板内に光を効果
的に取り込み、この光を基板外に逃すことなく、基板内
に閉じ込めることにより、上記の各変換の効率を高くす
ることができる。これを行なうためには、基板表面での
光の反射率の低減及び基板内に入射した光の閉じ込めが
重要である。
【０００３】従来、基板表面での入射光の反射率の低減
は、反射防止膜や数十μｍの大きさの表面凹凸等を用い
て行なわれていた。また、エス アイ ディー ８９
ダイジェスト ２７０頁（１９８９）（ＳＩＤ ８９
ＤＩＧＥＳＴ ｐ２７０（１９８９））や特願平３−５
４３７１に述べられているように、微細なＳｉＯ2、Ｍ
ｇＦ2粒を用いた表面微細凹凸による反射防止膜を用い
ることが行なわれていた。
は、反射防止膜や数十μｍの大きさの表面凹凸等を用い
て行なわれていた。また、エス アイ ディー ８９
ダイジェスト ２７０頁（１９８９）（ＳＩＤ ８９
ＤＩＧＥＳＴ ｐ２７０（１９８９））や特願平３−５
４３７１に述べられているように、微細なＳｉＯ2、Ｍ
ｇＦ2粒を用いた表面微細凹凸による反射防止膜を用い
ることが行なわれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の反射防止膜
を用いる方法は、入射光の波長が広範囲に及んだり、光
の入射角が大きく変化する場合には充分に反射率を下げ
ることが出来ないという問題があった。また、数十μｍ
の大きさの表面凹凸を用いる方法は、光が基板に入射し
たときに屈折で光路が大きく曲げられるため、裏面に形
成された凹凸を用て光閉じ込めを行なうことは難しいと
いう問題があった。また、微細なＳｉＯ2粒等を用いた
表面微細凹凸による反射防止膜を用いた場合は、基板の
屈折率や表面微細凹凸形状について考慮していないた
め、反射率を非常に低くすることは困難であるという問
題があった。
を用いる方法は、入射光の波長が広範囲に及んだり、光
の入射角が大きく変化する場合には充分に反射率を下げ
ることが出来ないという問題があった。また、数十μｍ
の大きさの表面凹凸を用いる方法は、光が基板に入射し
たときに屈折で光路が大きく曲げられるため、裏面に形
成された凹凸を用て光閉じ込めを行なうことは難しいと
いう問題があった。また、微細なＳｉＯ2粒等を用いた
表面微細凹凸による反射防止膜を用いた場合は、基板の
屈折率や表面微細凹凸形状について考慮していないた
め、反射率を非常に低くすることは困難であるという問
題があった。
【０００５】本発明の目的は、表面反射を低減し、光閉
じ込めを有効に行なうことができる光閉込め構造及びそ
れを用いた受光素子を提供することにある。
じ込めを有効に行なうことができる光閉込め構造及びそ
れを用いた受光素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光閉込め構造は、基板及び基板表面に設け
られた、凹凸を有する遷移層からなり、この凹凸の繰り
返し幅を光閉じ込めを行なう主な光の波長以下とするよ
うに構成する。
に、本発明の光閉込め構造は、基板及び基板表面に設け
られた、凹凸を有する遷移層からなり、この凹凸の繰り
返し幅を光閉じ込めを行なう主な光の波長以下とするよ
うに構成する。
【０００７】この遷移層の屈折率は、基板側と逆の側か
ら基板側に向かって、基板の屈折率に近づくように変化
することが好ましい。このように屈折率が基板外部か
ら、基板方向に連続的に変化することにより、数層で形
成された干渉薄膜による反射防止膜に比べはるかに低い
反射率を、波長の広い範囲に渡って得ることが出来る。
ら基板側に向かって、基板の屈折率に近づくように変化
することが好ましい。このように屈折率が基板外部か
ら、基板方向に連続的に変化することにより、数層で形
成された干渉薄膜による反射防止膜に比べはるかに低い
反射率を、波長の広い範囲に渡って得ることが出来る。
【０００８】また、この遷移層は、基板側に配置された
凹凸を有する第１の材質の部分と、これに対応する逆向
きの凹凸を有し、基板と逆の側に配置された第２の材質
の部分とより構成し、第１の材質の屈折率を基板の屈折
率と同じか又は第２の材質の屈折率よりも基板の屈折率
に近くすることが好ましい。第１の材質の部分は、基板
そのものを用いて形成されたもの、例えば、基板表面に
凹凸を形成したものでもよく、基板表面に他の材質のも
のを付けたものでもよい。第２の材質の部分は、空気で
あってもよく、他の材質のもので基板表面の凹凸の間を
埋めた構造であってもよい。
凹凸を有する第１の材質の部分と、これに対応する逆向
きの凹凸を有し、基板と逆の側に配置された第２の材質
の部分とより構成し、第１の材質の屈折率を基板の屈折
率と同じか又は第２の材質の屈折率よりも基板の屈折率
に近くすることが好ましい。第１の材質の部分は、基板
そのものを用いて形成されたもの、例えば、基板表面に
凹凸を形成したものでもよく、基板表面に他の材質のも
のを付けたものでもよい。第２の材質の部分は、空気で
あってもよく、他の材質のもので基板表面の凹凸の間を
埋めた構造であってもよい。
【０００９】この凹凸の形状は、第２の材質の部分の平
面上に占める面積が遷移層の表面から基板の方向に向か
って減少するように構成することが好ましい。凹凸の繰
り返し幅は、光閉じ込めを行なう主な光が可視光である
とき、１μｍ以下とすることが好ましい。
面上に占める面積が遷移層の表面から基板の方向に向か
って減少するように構成することが好ましい。凹凸の繰
り返し幅は、光閉じ込めを行なう主な光が可視光である
とき、１μｍ以下とすることが好ましい。
【００１０】また、本発明の光閉込め構造は、基板の裏
面に光閉じ込めを行なう主な光の波長より大きな繰返し
幅を持つ第２の凹凸を設けることが出来る。さらに、基
板の裏面に光反射層を設けることが出来る。
面に光閉じ込めを行なう主な光の波長より大きな繰返し
幅を持つ第２の凹凸を設けることが出来る。さらに、基
板の裏面に光反射層を設けることが出来る。
【００１１】さらに本発明の受光素子は、上記の光閉込
め構造を用い、基板を第１導電型とするとき、第１導電
型と逆の導電型の第２導電型領域を基板に設け、望まし
くはさらに高濃度の第１導電型領域を基板に設け、これ
らと接続する電極を設けて構成される。
め構造を用い、基板を第１導電型とするとき、第１導電
型と逆の導電型の第２導電型領域を基板に設け、望まし
くはさらに高濃度の第１導電型領域を基板に設け、これ
らと接続する電極を設けて構成される。
【００１２】
【作用】図１〜６を用いて本発明の作用を説明する。図
１（ａ）、（ｂ）は、基板表面近傍の部分斜視図及びそ
の断面図である。基板３に外部媒質１から光４が入射す
る場合、基板表面の凹凸の繰り返し幅７が光の波長より
小さいと、光学的には、遷移層２の屈折率が表面から基
板に向って連続的に変化した場合と同様に作用する。つ
まり、図のように第２の媒質５と第１の媒質６の割合が
基板に向って次第に変化する場合に、第２の媒質５の持
つ屈折率から第１の媒質６の持つ屈折率に、屈折率が直
線的に変化する膜と等価な遷移層２が形成される。
１（ａ）、（ｂ）は、基板表面近傍の部分斜視図及びそ
の断面図である。基板３に外部媒質１から光４が入射す
る場合、基板表面の凹凸の繰り返し幅７が光の波長より
小さいと、光学的には、遷移層２の屈折率が表面から基
板に向って連続的に変化した場合と同様に作用する。つ
まり、図のように第２の媒質５と第１の媒質６の割合が
基板に向って次第に変化する場合に、第２の媒質５の持
つ屈折率から第１の媒質６の持つ屈折率に、屈折率が直
線的に変化する膜と等価な遷移層２が形成される。
【００１３】屈折率の遷移層内での変化の様子は、第１
の媒質と第２の媒質の混ざり方で決定される。２種類の
媒質で構成される膜ではその実効的な屈折率は各々の媒
質の平均値で表される。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、それぞれ第１の
媒質６が、矩形、三角溝、ピラミッド、半球、球、逆ピ
ラミッド等の形状を持つ場合には、第２の媒質５の屈折
率を１．０、第１の媒質６の屈折率を３．５とすると、
図３に示す様な実効的な屈折率を持つことになる。
の媒質と第２の媒質の混ざり方で決定される。２種類の
媒質で構成される膜ではその実効的な屈折率は各々の媒
質の平均値で表される。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、それぞれ第１の
媒質６が、矩形、三角溝、ピラミッド、半球、球、逆ピ
ラミッド等の形状を持つ場合には、第２の媒質５の屈折
率を１．０、第１の媒質６の屈折率を３．５とすると、
図３に示す様な実効的な屈折率を持つことになる。
【００１４】また、ピラミッドと球の形状について外部
媒質１の屈折率１．０、第２の媒質５の屈折率を１．
０、第１の媒質６の屈折率を３．５、基板３の屈折率を
３．５とした場合の反射率の計算値を図４に示す。図４
（ａ）、（ｂ）はピラミッド形状のときの反射率を、図
４（ｃ）、（ｄ）は球形状のときの反射率をそれぞれリ
ニアースケールとログスケールで示したものである。ピ
ラミッド形状では遷移層膜厚が４０ｎｍではやや高い反
射率を示すが、これより厚い膜厚では非常に低い反射率
を示している。球形では、いずれの膜厚においても平均
で１０％を越える反射率になっており、ピラミッド形状
に比べると若干高い反射率を示している。
媒質１の屈折率１．０、第２の媒質５の屈折率を１．
０、第１の媒質６の屈折率を３．５、基板３の屈折率を
３．５とした場合の反射率の計算値を図４に示す。図４
（ａ）、（ｂ）はピラミッド形状のときの反射率を、図
４（ｃ）、（ｄ）は球形状のときの反射率をそれぞれリ
ニアースケールとログスケールで示したものである。ピ
ラミッド形状では遷移層膜厚が４０ｎｍではやや高い反
射率を示すが、これより厚い膜厚では非常に低い反射率
を示している。球形では、いずれの膜厚においても平均
で１０％を越える反射率になっており、ピラミッド形状
に比べると若干高い反射率を示している。
【００１５】図５に、ピラミッド形状での吸収光量と遷
移層膜厚との関係を示す。外部媒質１の屈折率１．０、
第１の媒質６の屈折率を３．５、基板３の屈折率を３．
５とし第２の媒質５の屈折率が１．０、１．５の場合に
ついて計算した結果を示す。いずれの場合も、遷移層の
膜厚が数百ｎｍ前後で吸収光量が大きくなりこれより厚
い膜厚ではほぼ１００％吸収する。
移層膜厚との関係を示す。外部媒質１の屈折率１．０、
第１の媒質６の屈折率を３．５、基板３の屈折率を３．
５とし第２の媒質５の屈折率が１．０、１．５の場合に
ついて計算した結果を示す。いずれの場合も、遷移層の
膜厚が数百ｎｍ前後で吸収光量が大きくなりこれより厚
い膜厚ではほぼ１００％吸収する。
【００１６】図６に、各形状での吸収光量と遷移膜厚と
の関係を示す。外部媒質１の屈折率１．０、第２の媒質
５の屈折率を１．０、第１の媒質６の屈折率を３．５、
基板３の屈折率を３．５とした場合について計算した結
果を示す。各膜厚での光吸収量はピラミッド形状で一番
高く、逆ピラミッドまではそれぞれ高い吸収量を示して
いる。しかし、矩形と球形では遷移層膜厚を厚くしても
あまり光吸収量は大きくならない。この結果は、第１の
媒質の形状が、図３で右上がりである様な形状をしてい
るものが光吸収量が大きい事を示している。また、特に
図３で右上がりで下に凸の曲線を持つピラミッド形状が
よい結果を示す事から、本遷移層の第１の媒質６の形状
はピラミッド形状、多角錐、円錐や下に凸の線分を回転
して得られる形状の様に、遷移層２表面付近での第２の
媒質５の基板方向への面積の減少の割合が遷移層２裏面
付近でのその減少の割合より大きい形状が好ましいこと
が分かった。
の関係を示す。外部媒質１の屈折率１．０、第２の媒質
５の屈折率を１．０、第１の媒質６の屈折率を３．５、
基板３の屈折率を３．５とした場合について計算した結
果を示す。各膜厚での光吸収量はピラミッド形状で一番
高く、逆ピラミッドまではそれぞれ高い吸収量を示して
いる。しかし、矩形と球形では遷移層膜厚を厚くしても
あまり光吸収量は大きくならない。この結果は、第１の
媒質の形状が、図３で右上がりである様な形状をしてい
るものが光吸収量が大きい事を示している。また、特に
図３で右上がりで下に凸の曲線を持つピラミッド形状が
よい結果を示す事から、本遷移層の第１の媒質６の形状
はピラミッド形状、多角錐、円錐や下に凸の線分を回転
して得られる形状の様に、遷移層２表面付近での第２の
媒質５の基板方向への面積の減少の割合が遷移層２裏面
付近でのその減少の割合より大きい形状が好ましいこと
が分かった。
【００１７】具体的な基板形状を、図７を用いて説明す
る。図７（ａ）に示すように、基板上に繰り返し幅７が
小さい凹凸から成る遷移層２を設ける。これにより、遷
移層２の屈折率は上から下に向って外気の屈折率から基
板３の屈折率まで連続的に変化する。この遷移層により
基板３に入射する光４は、基板表面でほとんど反射する
ことなく基板内へ入射する。また、繰り返し幅７が入射
光の波長より小さいため、入射した光は基板表面の凹凸
により形成される斜面で斜めに反射されることなく入射
した角度で基板裏面まで直進する。
る。図７（ａ）に示すように、基板上に繰り返し幅７が
小さい凹凸から成る遷移層２を設ける。これにより、遷
移層２の屈折率は上から下に向って外気の屈折率から基
板３の屈折率まで連続的に変化する。この遷移層により
基板３に入射する光４は、基板表面でほとんど反射する
ことなく基板内へ入射する。また、繰り返し幅７が入射
光の波長より小さいため、入射した光は基板表面の凹凸
により形成される斜面で斜めに反射されることなく入射
した角度で基板裏面まで直進する。
【００１８】この基板に、図７（ｂ）のような周期的
で、入射光の波長より大きい繰り返し幅を持つ凹凸８を
形成することにより、裏面で反射された光が斜めに基板
内を進み、基板表面へ達する。このときの入射角度が臨
界角より大きい場合、光は全反射されて再び基板内を進
む。このようにして、一度入射した光は基板３に効率よ
く閉じ込められる。また、図７（ｃ）のように裏面に入
射光の波長より大きい繰り返し幅を持つ不規則な凹凸９
を形成することにより、裏面で光が散乱反射され、大部
分の光が基板表面に達したときに臨界角より大きい入射
角を持つため、基板内へ再び反射されて、入射した光が
基板３に効率よく閉じ込められる。これらの構成では、
裏面に反射鏡を形成することで、より確実に裏面で光を
反射することができる。
で、入射光の波長より大きい繰り返し幅を持つ凹凸８を
形成することにより、裏面で反射された光が斜めに基板
内を進み、基板表面へ達する。このときの入射角度が臨
界角より大きい場合、光は全反射されて再び基板内を進
む。このようにして、一度入射した光は基板３に効率よ
く閉じ込められる。また、図７（ｃ）のように裏面に入
射光の波長より大きい繰り返し幅を持つ不規則な凹凸９
を形成することにより、裏面で光が散乱反射され、大部
分の光が基板表面に達したときに臨界角より大きい入射
角を持つため、基板内へ再び反射されて、入射した光が
基板３に効率よく閉じ込められる。これらの構成では、
裏面に反射鏡を形成することで、より確実に裏面で光を
反射することができる。
【００１９】
【実施例】〈実施例１〉図８を用いて本発明の一実施例
を説明する。本実施例では、表面が（１００）面シリコ
ン基板３の上に、遷移層を構成する、規則的な幅、大き
さのピラミッド１１を形成した。このピラミッドは、裏
面をマスクして、表面だけをアルカリ性のエッチング液
で加工することにより容易に形成することができる。ま
た、アンモニヤやヒドラジンを主成分とする加熱した水
溶液をエッチング液として用いて、加工を行なうことに
より１μｍ以下の微小なピラミッド１１を容易に形成す
ることが出来る。
を説明する。本実施例では、表面が（１００）面シリコ
ン基板３の上に、遷移層を構成する、規則的な幅、大き
さのピラミッド１１を形成した。このピラミッドは、裏
面をマスクして、表面だけをアルカリ性のエッチング液
で加工することにより容易に形成することができる。ま
た、アンモニヤやヒドラジンを主成分とする加熱した水
溶液をエッチング液として用いて、加工を行なうことに
より１μｍ以下の微小なピラミッド１１を容易に形成す
ることが出来る。
【００２０】このようにして得られたシリコン基板３の
表面のピラミッド１１の平均のサイズは、ＳＥＭ（走査
型電子顕微鏡）による測定では約０．３μｍであった。
このシリコン基板の表面反射率を測定したところ、０．
４〜１．１μｍの波長範囲で表面反射率が著しく低下し
た。また、シリコン基板３表面に薄い酸化膜による皮膜
を設けたところ、遷移層２内の屈折率の変化が急峻にな
り、さらに表面反射率が低下した。
表面のピラミッド１１の平均のサイズは、ＳＥＭ（走査
型電子顕微鏡）による測定では約０．３μｍであった。
このシリコン基板の表面反射率を測定したところ、０．
４〜１．１μｍの波長範囲で表面反射率が著しく低下し
た。また、シリコン基板３表面に薄い酸化膜による皮膜
を設けたところ、遷移層２内の屈折率の変化が急峻にな
り、さらに表面反射率が低下した。
【００２１】〈実施例２〉図９を用いて本発明の他の実
施例を説明する。本実施例ではシリコン基板３の上に断
面が主に三角形をした、不規則な大きさの微小凹凸１
１’を形成した。微小凹凸１１’はＣＶＤ（化学気相成
長）法を用いた堆積膜により形成した。膜の材質は、Ｉ
ＴＯ、ＺｎＯ2等の透明で比較的屈折率の高い材料を用
いた。微小凹凸１１’のサイズは堆積速度や温度、ガス
圧等により平均で約０．５μｍにすることが出来た。ま
た、表面保護を兼ねて充填材（図示せず）で微小凹凸１
１’の間を埋めた。この充填材にはＳｉＯ2等の屈折率
の比較的小さい材料をスピン塗布法やＣＶＤ法等で形成
した。このシリコン基板の表面反射率も０．４〜１．１
μｍの波長範囲で著しく低下した。
施例を説明する。本実施例ではシリコン基板３の上に断
面が主に三角形をした、不規則な大きさの微小凹凸１
１’を形成した。微小凹凸１１’はＣＶＤ（化学気相成
長）法を用いた堆積膜により形成した。膜の材質は、Ｉ
ＴＯ、ＺｎＯ2等の透明で比較的屈折率の高い材料を用
いた。微小凹凸１１’のサイズは堆積速度や温度、ガス
圧等により平均で約０．５μｍにすることが出来た。ま
た、表面保護を兼ねて充填材（図示せず）で微小凹凸１
１’の間を埋めた。この充填材にはＳｉＯ2等の屈折率
の比較的小さい材料をスピン塗布法やＣＶＤ法等で形成
した。このシリコン基板の表面反射率も０．４〜１．１
μｍの波長範囲で著しく低下した。
【００２２】〈実施例３〉図１０を用いて本発明のさら
に他の実施例を説明する。本実施例では、実施例２で述
べたシリコン基板３の裏面に繰り返し幅が２μｍのＶ溝
１３を形成した。これにより、表面から入射した光は、
裏面で反射され、再び表面に達すると全反射され、シリ
コン基板内に閉じ込められる。Ｖ溝１３は通常のホトレ
ジストを用いたエッチングマスクを用いて容易に形成す
ることが出来た。この場合、ホトレジストでなく印刷レ
ジストでもよい。また、裏面形状はＶ溝のみならず逆ピ
ラミッドや半円等の形状でもよく、その繰り返し幅が入
射光の波長より大きいサイズであればよい。また、裏面
での反射率を高めるために裏面反射鏡１４を形成した。
に他の実施例を説明する。本実施例では、実施例２で述
べたシリコン基板３の裏面に繰り返し幅が２μｍのＶ溝
１３を形成した。これにより、表面から入射した光は、
裏面で反射され、再び表面に達すると全反射され、シリ
コン基板内に閉じ込められる。Ｖ溝１３は通常のホトレ
ジストを用いたエッチングマスクを用いて容易に形成す
ることが出来た。この場合、ホトレジストでなく印刷レ
ジストでもよい。また、裏面形状はＶ溝のみならず逆ピ
ラミッドや半円等の形状でもよく、その繰り返し幅が入
射光の波長より大きいサイズであればよい。また、裏面
での反射率を高めるために裏面反射鏡１４を形成した。
【００２３】〈実施例４〉図１１を用いて本発明のさら
に他の実施例を説明する。本実施例では、シリコン基板
３の裏面にピラミッド状の凹凸１５を形成した。この凹
凸１５の材質には透明なガラスを用い、シリコン基板３
に接着した。これにより、シリコン基板３を加工するこ
となく容易に光トラップ構造を形成する事が出来た。ま
た、実施例３と同じように、裏面反射鏡（図示せず）を
形成した。
に他の実施例を説明する。本実施例では、シリコン基板
３の裏面にピラミッド状の凹凸１５を形成した。この凹
凸１５の材質には透明なガラスを用い、シリコン基板３
に接着した。これにより、シリコン基板３を加工するこ
となく容易に光トラップ構造を形成する事が出来た。ま
た、実施例３と同じように、裏面反射鏡（図示せず）を
形成した。
【００２４】〈実施例５〉図１２を用いて本発明の受光
素子の一実施例を説明する。実施例３と同様に、ｐ型シ
リコン基板２１の上に、断面が主に三角形をした、不規
則な大きさの微小凹凸１１’を、裏面に繰り返し幅が２
μｍのＶ溝を形成した（実施例３に示した裏面反射鏡は
形成しない）。次に、高濃度ｐ型層１９、高濃度ｎ型層
２０を熱拡散法で形成し、ｐ型シリコン基板２１の表面
及び裏面にパッシベーシヨン酸化膜１８（表面の酸化膜
は図示せず）を設け、所定の位置の酸化膜１８に穴開け
して、電極１６、１７を真空蒸着法により形成し、受光
素子を形成した。この受光素子は、微小凹凸１１’から
なる遷移層を設けない従来の受光素子よりも光電変換効
率が向上した。
素子の一実施例を説明する。実施例３と同様に、ｐ型シ
リコン基板２１の上に、断面が主に三角形をした、不規
則な大きさの微小凹凸１１’を、裏面に繰り返し幅が２
μｍのＶ溝を形成した（実施例３に示した裏面反射鏡は
形成しない）。次に、高濃度ｐ型層１９、高濃度ｎ型層
２０を熱拡散法で形成し、ｐ型シリコン基板２１の表面
及び裏面にパッシベーシヨン酸化膜１８（表面の酸化膜
は図示せず）を設け、所定の位置の酸化膜１８に穴開け
して、電極１６、１７を真空蒸着法により形成し、受光
素子を形成した。この受光素子は、微小凹凸１１’から
なる遷移層を設けない従来の受光素子よりも光電変換効
率が向上した。
【００２５】なお、上記以外の形状の微小凹凸、すなわ
ち、三角溝、球、半球、逆ピラミッド、矩形を有する遷
移層を持つｐ型シリコン基板を用いて、同様に受光素子
を形成したが、いずれも従来の受光素子よりも光電変換
効率が向上した。
ち、三角溝、球、半球、逆ピラミッド、矩形を有する遷
移層を持つｐ型シリコン基板を用いて、同様に受光素子
を形成したが、いずれも従来の受光素子よりも光電変換
効率が向上した。
【００２６】以上の実施例で基板としてシリコンを用い
たが、シリコンの他に、ガリウムヒソ、インジュウムリ
ン、ＣｕＩｎＳ、ＣｄＳ等の単結晶、多結晶、非晶質の
単原子、多元系等の半導体や、ガラス、プラスチック等
の絶縁性のもの等、どのような材質のものであってもよ
いことは言うまでもない。また、表面凹凸、裏面凹凸の
構造は上記で説明した構造のいずれかの組み合わせであ
ってもよく、凹凸の断面形状も、図２で説明した形状
や、それに類似した規則的、不規則ないかなる形状であ
ってもよいことは言うまでもない。
たが、シリコンの他に、ガリウムヒソ、インジュウムリ
ン、ＣｕＩｎＳ、ＣｄＳ等の単結晶、多結晶、非晶質の
単原子、多元系等の半導体や、ガラス、プラスチック等
の絶縁性のもの等、どのような材質のものであってもよ
いことは言うまでもない。また、表面凹凸、裏面凹凸の
構造は上記で説明した構造のいずれかの組み合わせであ
ってもよく、凹凸の断面形状も、図２で説明した形状
や、それに類似した規則的、不規則ないかなる形状であ
ってもよいことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】本発明の構造を用いることにより、光セ
ンサー、受電変換装置等の受光装置や光励起レーザー等
の光−光変換装置等において光を有効に閉じ込める必要
がある場合に、有効に光閉じ込めを行なうことが出来
た。また、このような光閉込め構造を用いた本発明の受
光素子は、光電変換効率を向上させることが出来た。
ンサー、受電変換装置等の受光装置や光励起レーザー等
の光−光変換装置等において光を有効に閉じ込める必要
がある場合に、有効に光閉じ込めを行なうことが出来
た。また、このような光閉込め構造を用いた本発明の受
光素子は、光電変換効率を向上させることが出来た。
【図１】本発明の原理を説明する概念図。
【図２】本発明の原理を説明する概念図。
【図３】本発明の効果を説明する計算結果の一例を示す
図。
図。
【図４】本発明の効果を説明する計算結果の一例を示す
図。
図。
【図５】本発明の効果を説明する計算結果の一例を示す
図。
図。
【図６】本発明の効果を説明する計算結果の一例を示す
図。
図。
【図７】本発明の原理を説明する概念図。
【図８】本発明の光閉込め構造の一実施例の断面模式
図。
図。
【図９】本発明の光閉込め構造の他の実施例の断面模式
図及び斜視図。
図及び斜視図。
【図１０】本発明の光閉込め構造の一実施例の斜視図。
【図１１】本発明の光閉込め構造の一実施例の斜視図。
【図１２】本発明の受光素子の一実施例の斜視図。
１…外部媒質 ２…遷移層 ３…基板 ４…光 ５…第２の媒質 ６…第１の媒質 ７…繰り返し幅 ８、９、１５…凹凸 １１…ピラミッド １１’…微小凹凸 １３…Ｖ溝 １４…裏面反射鏡 １６、１７…電極 １８…酸化膜 １９…高濃度ｐ型層 ２０…高濃度ｎ型層 ２１…ｐ型シリコン基板
フロントページの続き (72)発明者 永田 寧 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内
Claims (10)
- 【請求項１】基板及び該基板表面に設けられた、凹凸を
有する遷移層からなり、該凹凸の繰り返し幅は、光閉じ
込めを行なう主な光の波長以下であることを特徴とする
光閉込め構造。 - 【請求項２】請求項１記載の光閉込め構造において、上
記遷移層の屈折率は、基板側と逆の側から基板側に向か
って、基板の屈折率に近づくように変化することを特徴
とする光閉込め構造。 - 【請求項３】請求項１記載の光閉込め構造において、上
記遷移層は、基板側に配置された凹凸を有する第１の材
質の部分と、これに対応する逆向きの凹凸を有し、基板
と逆の側に配置された第２の材質の部分とよりなり、該
第１の材質の屈折率は、基板の屈折率と同じか又は該第
２の材質の屈折率よりも基板の屈折率に近いことを特徴
とする光閉込め構造。 - 【請求項４】請求項３記載の光閉込め構造において、上
記凹凸の形状を、上記第２の材質の部分の平面上に占め
る面積が上記遷移層の表面から基板の方向に向かって減
少するように構成することを特徴とする光閉込め構造。 - 【請求項５】請求項４記載の光閉込め構造において、上
記凹凸の形状を、上記第２の材質の部分の平面上に占め
る面積の上記遷移層の表面から基板の方向に向かって減
少する割合が遷移層の裏面付近より表面付近で大きいよ
うに構成することを特徴とする光閉込め構造。 - 【請求項６】請求項１記載の光閉込め構造において、上
記凹凸は、その断面形状が実質的に三角であることを特
徴とする光閉込め構造。 - 【請求項７】請求項１から６のいずれか一に記載の光閉
込め構造において、上記光閉じ込めを行なう主な光は、
可視光であり、上記凹凸の繰り返し幅は、１μｍ以下で
あることを特徴とする光閉込め構造。 - 【請求項８】請求項１から７のいずれか一に記載の光閉
込め構造において、上記基板は、その裏面に光閉じ込め
を行なう主な光の波長より大きな繰返し幅を持つ第２の
凹凸を有することを特徴とする光閉込め構造。 - 【請求項９】請求項１から８のいずれか一に記載の光閉
込め構造において、上記基板は、その裏面に光反射層を
有することを特徴とする光閉込め構造。 - 【請求項１０】請求項１から７のいずれか一に記載の光
閉込め構造を用いた受光素子であって、上記基板は第１
導電型であり、上記基板に設けられた第２導電型領域及
びこれと接続する電極を有することを特徴とする受光素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02909293A JP3526308B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02909293A JP3526308B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244444A true JPH06244444A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3526308B2 JP3526308B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=12266715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02909293A Expired - Fee Related JP3526308B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 受光素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3526308B2 (ja) |
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