JPH11195810A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH11195810A JPH11195810A JP9368211A JP36821197A JPH11195810A JP H11195810 A JPH11195810 A JP H11195810A JP 9368211 A JP9368211 A JP 9368211A JP 36821197 A JP36821197 A JP 36821197A JP H11195810 A JPH11195810 A JP H11195810A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光吸収層以外の部分での光吸収を減少させる
ことによって、感度の高い半導体受光素子を提供する。 【解決手段】 光吸収層14の光入射面17の一部にシ
ョットキ電極20を形成し、光吸収層14上の光入射面
側の一部であってショットキ電極20が形成されていな
い窓部22に対応する部分に凹凸構造18を形成する。
ショットキー電極20を透過する光とショットキー電極
20を透過しないで窓部22を通過する光とが光吸収層
14に到達する。窓部22を通過する光は、凹凸構造1
8によって散乱され、ショットキ電極20近傍の光吸収
層14に形成される空乏層30に吸収される割合が高く
なる。
ことによって、感度の高い半導体受光素子を提供する。 【解決手段】 光吸収層14の光入射面17の一部にシ
ョットキ電極20を形成し、光吸収層14上の光入射面
側の一部であってショットキ電極20が形成されていな
い窓部22に対応する部分に凹凸構造18を形成する。
ショットキー電極20を透過する光とショットキー電極
20を透過しないで窓部22を通過する光とが光吸収層
14に到達する。窓部22を通過する光は、凹凸構造1
8によって散乱され、ショットキ電極20近傍の光吸収
層14に形成される空乏層30に吸収される割合が高く
なる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体受光素子に
関し、特にたとえばショットキー障壁型の半導体受光素
子に関する。
関し、特にたとえばショットキー障壁型の半導体受光素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】フォトダイオードは、太陽電池、CCD
など光を検知または発電するための素子として広く応用
されており、たとえばショットキー障壁型フォトダイオ
ードは、高感度なフォトダイオードとして、光センサー
等に用いられている。
など光を検知または発電するための素子として広く応用
されており、たとえばショットキー障壁型フォトダイオ
ードは、高感度なフォトダイオードとして、光センサー
等に用いられている。
【0003】図9を参照して、従来のショットキー障壁
型フォトダイオードの構造について説明する。
型フォトダイオードの構造について説明する。
【0004】図9に示すショットキー障壁型フォトダイ
オード1は、n+−SiCからなる基板2と、基板2の
一方主面に形成されたn-−SiCからなる光吸収層3
と、光吸収層3上の周辺部に形成されたSiO2からな
る絶縁膜4と、光吸収層3上および絶縁膜4上に形成さ
れたショットキー電極5と、基板2の他方主面に形成さ
れる裏面電極6とを備え、ショットキー電極5には引き
出し電極7が接続される。
オード1は、n+−SiCからなる基板2と、基板2の
一方主面に形成されたn-−SiCからなる光吸収層3
と、光吸収層3上の周辺部に形成されたSiO2からな
る絶縁膜4と、光吸収層3上および絶縁膜4上に形成さ
れたショットキー電極5と、基板2の他方主面に形成さ
れる裏面電極6とを備え、ショットキー電極5には引き
出し電極7が接続される。
【0005】図9に示すショットキー障壁型フォトダイ
オード1においては、ショットキー電極5側から入射す
る光が光吸収層3で吸収されることによって光吸収層3
で電子正孔対が生成し、これらの電子正孔対が分離され
ることによって電流が流れる。したがって、入射光のう
ち光吸収層3で吸収される光が、電流として検知され
る。
オード1においては、ショットキー電極5側から入射す
る光が光吸収層3で吸収されることによって光吸収層3
で電子正孔対が生成し、これらの電子正孔対が分離され
ることによって電流が流れる。したがって、入射光のう
ち光吸収層3で吸収される光が、電流として検知され
る。
【0006】ここで、光吸収層3に用いられる半導体と
しては、検出する光の波長に適したものが用いられる。
すなわち、赤外光のようにエネルギーの小さい光に対し
ては、バンドギャップの小さい半導体、たとえばInP
等が用いられる。一方、紫外光のようにエネルギーの大
きい光に対しては、SiCやGaNのようなバンドギャ
ップの大きい半導体が適している。エネルギーの大きい
光に対してバンドギャップの小さい半導体を用いると、
エネルギーの大きい光のみを検出することができないか
らである。
しては、検出する光の波長に適したものが用いられる。
すなわち、赤外光のようにエネルギーの小さい光に対し
ては、バンドギャップの小さい半導体、たとえばInP
等が用いられる。一方、紫外光のようにエネルギーの大
きい光に対しては、SiCやGaNのようなバンドギャ
ップの大きい半導体が適している。エネルギーの大きい
光に対してバンドギャップの小さい半導体を用いると、
エネルギーの大きい光のみを検出することができないか
らである。
【0007】また、一般的に、ショットキー電極5は厚
さ0.2μm程度の金等の金属薄膜からなり、真空蒸着
などによって、絶縁膜4上および絶縁膜4が形成されて
いない部分の光吸収層3上に形成される。したがって、
ショットキー電極5は、ショットキー障壁型フォトダイ
オード1の受光部の全面に形成されることとなる。
さ0.2μm程度の金等の金属薄膜からなり、真空蒸着
などによって、絶縁膜4上および絶縁膜4が形成されて
いない部分の光吸収層3上に形成される。したがって、
ショットキー電極5は、ショットキー障壁型フォトダイ
オード1の受光部の全面に形成されることとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、シ
ョットキー電極5に入射光が吸収されることによって、
光吸収層3に到達する光が減少し、感度(入射光量に対
する発生電流の割合)が低下するという問題があった。
たとえば、ショットキー電極5での吸収が大きい紫外光
等が入射光である場合には、紫外光の吸収の少ない銀を
ショットキー電極5として用いた場合であっても入射光
の略30パーセントがショットキー電極5に吸収され、
感度低下の原因となっていた。これに対し、ショットキ
ー電極5の厚さを薄くすることによってショットキー電
極5の光吸収を減少させることが考えられるが、ショッ
トキー電極5を薄くするとショットキー電極5での抵抗
が大きくなって光吸収層内での電界が不均一となり、や
はり感度が低下する原因となってしまう。
ョットキー電極5に入射光が吸収されることによって、
光吸収層3に到達する光が減少し、感度(入射光量に対
する発生電流の割合)が低下するという問題があった。
たとえば、ショットキー電極5での吸収が大きい紫外光
等が入射光である場合には、紫外光の吸収の少ない銀を
ショットキー電極5として用いた場合であっても入射光
の略30パーセントがショットキー電極5に吸収され、
感度低下の原因となっていた。これに対し、ショットキ
ー電極5の厚さを薄くすることによってショットキー電
極5の光吸収を減少させることが考えられるが、ショッ
トキー電極5を薄くするとショットキー電極5での抵抗
が大きくなって光吸収層内での電界が不均一となり、や
はり感度が低下する原因となってしまう。
【0009】それゆえに、この発明の主たる目的は、光
吸収層以外の部分での光吸収を減少させることによっ
て、感度の高い半導体受光素子を提供することである。
吸収層以外の部分での光吸収を減少させることによっ
て、感度の高い半導体受光素子を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の半導体受光素子は、半導体からな
る光吸収層および光吸収層の光入射面に設けられた接合
形成層を備え、光吸収層により受光部に入射した光を検
知する半導体受光素子であって、光吸収層の光入射面の
一部に、接合形成層を設けない部分を備え、接合形成層
を設けない部分において、光吸収層の光入射面に光散乱
手段を設けたことを特徴とするものである。
に、請求項1に記載の半導体受光素子は、半導体からな
る光吸収層および光吸収層の光入射面に設けられた接合
形成層を備え、光吸収層により受光部に入射した光を検
知する半導体受光素子であって、光吸収層の光入射面の
一部に、接合形成層を設けない部分を備え、接合形成層
を設けない部分において、光吸収層の光入射面に光散乱
手段を設けたことを特徴とするものである。
【0011】請求項2に記載の半導体受光素子は、請求
項1に記載の半導体受光素子において、光散乱手段は光
吸収層の光入射面に設けられた凹凸構造からなることを
特徴とするものである。
項1に記載の半導体受光素子において、光散乱手段は光
吸収層の光入射面に設けられた凹凸構造からなることを
特徴とするものである。
【0012】請求項3に記載の半導体受光素子は、請求
項1に記載の半導体受光素子において、光吸収層は結晶
系半導体からなり、光散乱手段は光吸収層の光入射面側
に設けられたアモルファス領域からなることを特徴とす
るものである。
項1に記載の半導体受光素子において、光吸収層は結晶
系半導体からなり、光散乱手段は光吸収層の光入射面側
に設けられたアモルファス領域からなることを特徴とす
るものである。
【0013】請求項4に記載の半導体受光素子は、請求
項3に記載の半導体受光素子において、アモルファス領
域と光吸収層との界面は凹凸形状であるものである。
項3に記載の半導体受光素子において、アモルファス領
域と光吸収層との界面は凹凸形状であるものである。
【0014】請求項5に記載の半導体受光素子は、請求
項1ないし4のいずれかに記載の半導体受光素子におい
て、接合形成層は窓部を含み、光散乱手段が光吸収層の
窓部に対応する部分に形成されるものである。
項1ないし4のいずれかに記載の半導体受光素子におい
て、接合形成層は窓部を含み、光散乱手段が光吸収層の
窓部に対応する部分に形成されるものである。
【0015】請求項6に記載の半導体受光素子は、請求
項1ないし5のいずれかに記載の半導体受光素子におい
て、受光部のうち接合形成層が形成されていない部分の
面積が、受光部の面積の40%以下であるものである。
項1ないし5のいずれかに記載の半導体受光素子におい
て、受光部のうち接合形成層が形成されていない部分の
面積が、受光部の面積の40%以下であるものである。
【0016】請求項1に記載の半導体受光素子では、接
合形成層(光吸収層上に形成される、接合を形成するた
めの層であり、ショットキー障壁型フォトダイオードで
はショットキー電極、pnフォトダイオードおよびpi
nフォトダイオードでは光吸収層と異なる導電型の半導
体層である。)が光吸収層の光入射面(光吸収層の光入
射側の一主面)の一部にのみ形成されるため、接合形成
層での入射光の吸収、すなわち入射光の損失が少なくな
る。
合形成層(光吸収層上に形成される、接合を形成するた
めの層であり、ショットキー障壁型フォトダイオードで
はショットキー電極、pnフォトダイオードおよびpi
nフォトダイオードでは光吸収層と異なる導電型の半導
体層である。)が光吸収層の光入射面(光吸収層の光入
射側の一主面)の一部にのみ形成されるため、接合形成
層での入射光の吸収、すなわち入射光の損失が少なくな
る。
【0017】また、入射光が、接合形成層が設けられな
い部分に設けられた光散乱手段で散乱されるため、接合
形成層が設けられない部分を通過した入射光が、接合形
成層直下の光吸収層においても吸収され、接合形成層近
傍の光吸収層に形成される空乏層に吸収される割合が高
くなる。したがって、従来の半導体受光素子よりも高感
度の半導体受光素子が得られる。
い部分に設けられた光散乱手段で散乱されるため、接合
形成層が設けられない部分を通過した入射光が、接合形
成層直下の光吸収層においても吸収され、接合形成層近
傍の光吸収層に形成される空乏層に吸収される割合が高
くなる。したがって、従来の半導体受光素子よりも高感
度の半導体受光素子が得られる。
【0018】請求項2に記載の半導体受光素子では、光
散乱手段は光吸収層の光入射面に設けられた凹凸構造か
らなり、半導体受光素子に入射した光が凹凸構造によっ
て散乱されるため感度が高くなる。
散乱手段は光吸収層の光入射面に設けられた凹凸構造か
らなり、半導体受光素子に入射した光が凹凸構造によっ
て散乱されるため感度が高くなる。
【0019】請求項3に記載の半導体受光素子では、光
散乱手段は光吸収層の光入射面側に設けられたアモルフ
ァス領域からなり、半導体受光素子に入射した光がアモ
ルファス領域によって散乱されるため、感度が高くな
る。
散乱手段は光吸収層の光入射面側に設けられたアモルフ
ァス領域からなり、半導体受光素子に入射した光がアモ
ルファス領域によって散乱されるため、感度が高くな
る。
【0020】請求項4に記載の半導体受光素子では、ア
モルファス領域と光吸収層との界面が凹凸形状であり、
半導体受光素子に入射した光がアモルファス領域、およ
びアモルファス領域と光吸収層との界面によって散乱さ
れることによって、光吸収層内の空乏層で吸収される入
射光の割合が高くなり、感度がさらに高くなる。
モルファス領域と光吸収層との界面が凹凸形状であり、
半導体受光素子に入射した光がアモルファス領域、およ
びアモルファス領域と光吸収層との界面によって散乱さ
れることによって、光吸収層内の空乏層で吸収される入
射光の割合が高くなり、感度がさらに高くなる。
【0021】請求項5に記載の半導体受光素子では、接
合形成層は窓部を含み、窓部を通過した光が光散乱手段
によって散乱され、窓部周辺の空乏層で吸収されるた
め、感度が向上する。
合形成層は窓部を含み、窓部を通過した光が光散乱手段
によって散乱され、窓部周辺の空乏層で吸収されるた
め、感度が向上する。
【0022】請求項6に記載の半導体受光素子は、受光
部のうち接合形成層が形成されていない部分の面積を大
きくしすぎると、空乏層内で吸収される光の減少や接合
形成層での抵抗の増大等による感度の低下が生じること
に鑑み、受光部のうち接合形成層が形成されていない部
分の面積を受光部の面積の40%以下としたものであ
る。
部のうち接合形成層が形成されていない部分の面積を大
きくしすぎると、空乏層内で吸収される光の減少や接合
形成層での抵抗の増大等による感度の低下が生じること
に鑑み、受光部のうち接合形成層が形成されていない部
分の面積を受光部の面積の40%以下としたものであ
る。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
いて、図面を参照して説明する。
【0024】図1を参照して、この発明をフォトダイオ
ードに適用した場合の一実施形態について説明する。こ
の実施形態は、特に、光散乱手段として光吸収層表面の
凹凸構造を用いたショットキー障壁型フォトダイオード
に関するものであり、図1(a)は平面図、図1(b)
は図1(a)のX−Y方向の端面図である。
ードに適用した場合の一実施形態について説明する。こ
の実施形態は、特に、光散乱手段として光吸収層表面の
凹凸構造を用いたショットキー障壁型フォトダイオード
に関するものであり、図1(a)は平面図、図1(b)
は図1(a)のX−Y方向の端面図である。
【0025】図1に示すショットキー障壁型フォトダイ
オード10は、たとえば、n+−SiCからなる基板1
2と、基板12の一方主面に形成されたn-−SiCか
らなる光吸収層14と、光吸収層14上の周辺部に形成
されたSiO2からなる絶縁膜16と、絶縁膜16上の
一部および光吸収層14の光入射面17の一部に形成さ
れたショットキー電極20と、基板12の他方主面に形
成された裏面電極24と、ショットキー電極20に接続
された引き出し電極26とを備える。
オード10は、たとえば、n+−SiCからなる基板1
2と、基板12の一方主面に形成されたn-−SiCか
らなる光吸収層14と、光吸収層14上の周辺部に形成
されたSiO2からなる絶縁膜16と、絶縁膜16上の
一部および光吸収層14の光入射面17の一部に形成さ
れたショットキー電極20と、基板12の他方主面に形
成された裏面電極24と、ショットキー電極20に接続
された引き出し電極26とを備える。
【0026】また、ショットキー電極20は、間隔W1
で平行して形成された幅W2の短冊状の窓部22を有
し、光吸収層14の一部分であって窓部22に対応する
部分には、凹凸構造18が形成されている。
で平行して形成された幅W2の短冊状の窓部22を有
し、光吸収層14の一部分であって窓部22に対応する
部分には、凹凸構造18が形成されている。
【0027】ここで、図1(a)に示した受光部28
は、光吸収層14とショットキー電極20との接触部分
および窓部22が形成されている部分を含み、この受光
部28に入射した光が電流として検知される。
は、光吸収層14とショットキー電極20との接触部分
および窓部22が形成されている部分を含み、この受光
部28に入射した光が電流として検知される。
【0028】なお、n+−SiCからなる基板12は、
たとえば厚さ300μmで不純物濃度が1×1019cm
-3、n-−SiCからなる光吸収層14は、たとえば厚
さが10μmで不純物濃度が1×1016cm-3以下のも
のを用いる。また、凹凸構造18は、光吸収層14の表
面に形成された略0.1μm以下の微小な凹凸によって
構成され、ショットキー電極20、裏面電極24、引き
出し電極26はそれぞれ、銀、ニッケル、金等の金属に
よって形成される。
たとえば厚さ300μmで不純物濃度が1×1019cm
-3、n-−SiCからなる光吸収層14は、たとえば厚
さが10μmで不純物濃度が1×1016cm-3以下のも
のを用いる。また、凹凸構造18は、光吸収層14の表
面に形成された略0.1μm以下の微小な凹凸によって
構成され、ショットキー電極20、裏面電極24、引き
出し電極26はそれぞれ、銀、ニッケル、金等の金属に
よって形成される。
【0029】図1に示すショットキー障壁型フォトダイ
オード10では、フォトダイオードに入射する光のう
ち、ショットキー電極20を透過して光吸収層14に到
達する光とショットキー電極20を透過しないで光吸収
層14に到達する光とが、光吸収層14において電子正
孔対を形成するため、ショットキー電極20で吸収され
て損失となる入射光が従来のフォトダイオードよりも少
なく、感度が向上する。
オード10では、フォトダイオードに入射する光のう
ち、ショットキー電極20を透過して光吸収層14に到
達する光とショットキー電極20を透過しないで光吸収
層14に到達する光とが、光吸収層14において電子正
孔対を形成するため、ショットキー電極20で吸収され
て損失となる入射光が従来のフォトダイオードよりも少
なく、感度が向上する。
【0030】さらに、ショットキー電極20を透過しな
いで光吸収層14に到達する入射光が光吸収層14の一
部に形成された凹凸構造18によって散乱されることに
よって、以下に述べるように、より感度が向上する。
いで光吸収層14に到達する入射光が光吸収層14の一
部に形成された凹凸構造18によって散乱されることに
よって、以下に述べるように、より感度が向上する。
【0031】図2は、ショットキー障壁型フォトダイオ
ード10に入射した光が凹凸構造18によって散乱され
ることを示す図解図である。図2(a)のように凹凸構
造に垂直に光が入射した場合であっても、図2(b)の
ように斜めに光が入射した場合であっても、入射光は凹
凸構造18によって散乱され、ショットキー電極20近
傍の光吸収層14に形成される空乏層30で吸収されや
すくなる。空乏層30で吸収された光によって発生する
電子正孔対は、再結合等することなく速やかに分離され
るため、感度が向上することとなる。なお、空乏層30
の大きさは、光吸収層14の不純物濃度、バイアス電圧
等によって変化するが、凹凸構造18によって入射光が
散乱され、空乏層で吸収される割合が高くなることに変
わりはない。
ード10に入射した光が凹凸構造18によって散乱され
ることを示す図解図である。図2(a)のように凹凸構
造に垂直に光が入射した場合であっても、図2(b)の
ように斜めに光が入射した場合であっても、入射光は凹
凸構造18によって散乱され、ショットキー電極20近
傍の光吸収層14に形成される空乏層30で吸収されや
すくなる。空乏層30で吸収された光によって発生する
電子正孔対は、再結合等することなく速やかに分離され
るため、感度が向上することとなる。なお、空乏層30
の大きさは、光吸収層14の不純物濃度、バイアス電圧
等によって変化するが、凹凸構造18によって入射光が
散乱され、空乏層で吸収される割合が高くなることに変
わりはない。
【0032】図3は、図1の実施形態において、受光部
28の面積に占める窓部22の面積の割合と感度との関
係を示すグラフである。窓部22の面積の割合は、窓部
22の間隔W1および幅W2を変更することによって変
化させた。グラフ中で、横軸の値が0の場合が、従来構
造のショットキー障壁型フォトダイオードに対応してい
る。
28の面積に占める窓部22の面積の割合と感度との関
係を示すグラフである。窓部22の面積の割合は、窓部
22の間隔W1および幅W2を変更することによって変
化させた。グラフ中で、横軸の値が0の場合が、従来構
造のショットキー障壁型フォトダイオードに対応してい
る。
【0033】図3に示すように、窓部22の面積を受光
部28の面積の略40%以下とした場合には、従来構造
のものより感度が高くなる。また、窓部22の面積を受
光部28の面積の略12%以上29%以下とした場合に
は、従来構造のものより5%以上感度が高くなる。さら
に、窓部22の面積を受光部28の面積の略20%とし
たときに感度が最大となり、従来構造に比べて略6%感
度が向上する。なお、受光部28の面積に占める窓部2
2の面積と感度との関係は、窓部22の形状、光吸収層
14に用いられる半導体材料の種類、凹凸構造18の形
状等によってさまざまに変化するため、図3は、その中
の一例を示しているにすぎない。
部28の面積の略40%以下とした場合には、従来構造
のものより感度が高くなる。また、窓部22の面積を受
光部28の面積の略12%以上29%以下とした場合に
は、従来構造のものより5%以上感度が高くなる。さら
に、窓部22の面積を受光部28の面積の略20%とし
たときに感度が最大となり、従来構造に比べて略6%感
度が向上する。なお、受光部28の面積に占める窓部2
2の面積と感度との関係は、窓部22の形状、光吸収層
14に用いられる半導体材料の種類、凹凸構造18の形
状等によってさまざまに変化するため、図3は、その中
の一例を示しているにすぎない。
【0034】図4を参照して、図1に示したショットキ
ー障壁型フォトダイオード10の製造方法の一例を説明
する。
ー障壁型フォトダイオード10の製造方法の一例を説明
する。
【0035】まず、図4(a)に示すように、厚さ30
0μmで不純物濃度1×1019cm-3のn+−SiCか
らなる基板12上に、不純物濃度1×1015cm-3のア
ンドープn-−SiCからなる光吸収層14を10μm
の厚さまでエピタキシャル成長させ、その後、光吸収層
14上にSiO2からなる絶縁膜16をスパッタリング
等によって0.2μmの厚さに形成する。ここで、基板
12は、6H−SiCの(0001)Si面から[11
−20]方向に3度オフした基板である。
0μmで不純物濃度1×1019cm-3のn+−SiCか
らなる基板12上に、不純物濃度1×1015cm-3のア
ンドープn-−SiCからなる光吸収層14を10μm
の厚さまでエピタキシャル成長させ、その後、光吸収層
14上にSiO2からなる絶縁膜16をスパッタリング
等によって0.2μmの厚さに形成する。ここで、基板
12は、6H−SiCの(0001)Si面から[11
−20]方向に3度オフした基板である。
【0036】次に、図4(b)に示すように、フォトリ
ソ工程およびエッチング工程によって絶縁膜16の一部
を選択的に除去する。このとき、絶縁膜16を除去する
部分は、凹凸構造18が形成される部分であり、たとえ
ば図1の実施形態においては凹凸構造18に対応する部
分の絶縁膜16が短冊状に除去される。
ソ工程およびエッチング工程によって絶縁膜16の一部
を選択的に除去する。このとき、絶縁膜16を除去する
部分は、凹凸構造18が形成される部分であり、たとえ
ば図1の実施形態においては凹凸構造18に対応する部
分の絶縁膜16が短冊状に除去される。
【0037】続いて、絶縁膜16をマスクとして、RI
E法(Reactive Ion Etching法)を用いて、光吸収層1
4を0.1μm程度エッチングする。反応条件として
は、たとえば、反応性ガスとして流量70sccmのC
F4および流量80sccmのO2ガスを用い、反応圧力
20Pa、放電出力200Wの条件で、所定の時間エッ
チングを行えばよい。これによって、図4(c)に示す
ように、絶縁膜16が形成されていない部分に対応する
光吸収層14の一部に、凹凸構造18が形成される。
E法(Reactive Ion Etching法)を用いて、光吸収層1
4を0.1μm程度エッチングする。反応条件として
は、たとえば、反応性ガスとして流量70sccmのC
F4および流量80sccmのO2ガスを用い、反応圧力
20Pa、放電出力200Wの条件で、所定の時間エッ
チングを行えばよい。これによって、図4(c)に示す
ように、絶縁膜16が形成されていない部分に対応する
光吸収層14の一部に、凹凸構造18が形成される。
【0038】さらに、図4(d)に示すように、フォト
リソ工程およびエッチング工程によって、ショットキー
電極20が形成される部分の絶縁膜16を選択的に除去
する。
リソ工程およびエッチング工程によって、ショットキー
電極20が形成される部分の絶縁膜16を選択的に除去
する。
【0039】次に、図4(e)に示すように、凹凸構造
が形成されていない光吸収層14の光入射面17上の一
部および絶縁膜16上の一部に銀からなるショットキー
電極20を選択的に形成した後、基板12の裏面側にニ
ッケルからなる裏面電極24を形成し、図示はしていな
いがショットキー電極20に引き出し電極26を接続す
る。光吸収層14上でショットキー電極20が形成され
ていない部分は、窓部22となる。ショットキー電極を
選択的に形成する方法としては、パターン化されたフォ
トレジスト上に銀を蒸着した後、フォトレジストをリフ
トオフすればよい。なお、ショットキー電極の厚さは、
ショットキー電極を厚くすることによる光吸収の増大
と、薄くすることによる抵抗の増加を考慮し、0.1〜
0.2μm程度とするのが好ましい。
が形成されていない光吸収層14の光入射面17上の一
部および絶縁膜16上の一部に銀からなるショットキー
電極20を選択的に形成した後、基板12の裏面側にニ
ッケルからなる裏面電極24を形成し、図示はしていな
いがショットキー電極20に引き出し電極26を接続す
る。光吸収層14上でショットキー電極20が形成され
ていない部分は、窓部22となる。ショットキー電極を
選択的に形成する方法としては、パターン化されたフォ
トレジスト上に銀を蒸着した後、フォトレジストをリフ
トオフすればよい。なお、ショットキー電極の厚さは、
ショットキー電極を厚くすることによる光吸収の増大
と、薄くすることによる抵抗の増加を考慮し、0.1〜
0.2μm程度とするのが好ましい。
【0040】このようにして、ショットキー障壁型フォ
トダイオード10が形成される。この実施形態のショッ
トキー障壁型フォトダイオード10は、光吸収層14と
してバンドギャップが2.9eV(300K)の6H−
SiCを用いており、270nmに感度のピークを有す
るフォトダイオードとなる。このようなフォトダイオー
ドは、火炎センサー、火災報知器、日焼け警報器等に用
いられる。この発明は、光吸収層以外での光吸収を少な
くすることにより感度を高めるものであり、この実施形
態のように、ショットキー電極での光吸収が大きくなる
紫外光領域に感度ピークを有するフォトダイオードにお
いて特に好適である。
トダイオード10が形成される。この実施形態のショッ
トキー障壁型フォトダイオード10は、光吸収層14と
してバンドギャップが2.9eV(300K)の6H−
SiCを用いており、270nmに感度のピークを有す
るフォトダイオードとなる。このようなフォトダイオー
ドは、火炎センサー、火災報知器、日焼け警報器等に用
いられる。この発明は、光吸収層以外での光吸収を少な
くすることにより感度を高めるものであり、この実施形
態のように、ショットキー電極での光吸収が大きくなる
紫外光領域に感度ピークを有するフォトダイオードにお
いて特に好適である。
【0041】図5を参照して、この発明の他の実施形態
について説明する。この実施形態は、特に、光散乱手段
としてアモルファス領域を用いたショットキー障壁型フ
ォトダイオードに関するものであり、図5(a)は平面
図、図5(b)は図5(a)のX−Y方向の端面図であ
る。
について説明する。この実施形態は、特に、光散乱手段
としてアモルファス領域を用いたショットキー障壁型フ
ォトダイオードに関するものであり、図5(a)は平面
図、図5(b)は図5(a)のX−Y方向の端面図であ
る。
【0042】図5に示すショットキー障壁型フォトダイ
オード10aは、図1のショットキー障壁型フォトダイ
オード10と比較して、窓部22に対応する部分には光
吸収層14上にアモルファス領域32が形成され、光吸
収層14とアモルファス領域32との界面は凹凸形状を
有する点で異なる。但し、その他の構造については同様
であるので、重複する説明は省略する。なお、アモルフ
ァス領域32は、たとえばアモルファスのSiCであ
る。
オード10aは、図1のショットキー障壁型フォトダイ
オード10と比較して、窓部22に対応する部分には光
吸収層14上にアモルファス領域32が形成され、光吸
収層14とアモルファス領域32との界面は凹凸形状を
有する点で異なる。但し、その他の構造については同様
であるので、重複する説明は省略する。なお、アモルフ
ァス領域32は、たとえばアモルファスのSiCであ
る。
【0043】図5に示すショットキー障壁型フォトダイ
オード10aでは、図1のショットキー障壁型フォトダ
イオード10と同様に、ショットキー電極20で吸収さ
れて損失となる入射光が従来のフォトダイオードよりも
少なく、感度が向上する。
オード10aでは、図1のショットキー障壁型フォトダ
イオード10と同様に、ショットキー電極20で吸収さ
れて損失となる入射光が従来のフォトダイオードよりも
少なく、感度が向上する。
【0044】さらに、ショットキー電極20を透過しな
いで光吸収層14に到達する入射光が、光吸収層14の
一部に隣接して形成されたアモルファス領域32によっ
て散乱されるため、より感度が向上する。
いで光吸収層14に到達する入射光が、光吸収層14の
一部に隣接して形成されたアモルファス領域32によっ
て散乱されるため、より感度が向上する。
【0045】図6は、ショットキー障壁型フォトダイオ
ード10aに入射した光がアモルファス領域32によっ
て散乱されることを示す図解図である。アモルファス領
域32は、構造が不均一であるため、これに入射した光
はアモルファス領域32内で散乱される。また、光吸収
層とアモルファス領域32との界面が凹凸形状を有する
ため、この界面においても光が散乱される。したがっ
て、図6(a)のように凹凸構造に垂直に光が入射した
場合であっても、図6(b)のように斜めに光が入射し
た場合であっても、入射光は散乱され、ショットキー電
極20近傍の光吸収層14に形成される空乏層30で吸
収されやすくなる。空乏層30における光吸収によって
発生した電子正孔対は、再結合することなく速やかに分
離されるため、感度が向上することとなる。
ード10aに入射した光がアモルファス領域32によっ
て散乱されることを示す図解図である。アモルファス領
域32は、構造が不均一であるため、これに入射した光
はアモルファス領域32内で散乱される。また、光吸収
層とアモルファス領域32との界面が凹凸形状を有する
ため、この界面においても光が散乱される。したがっ
て、図6(a)のように凹凸構造に垂直に光が入射した
場合であっても、図6(b)のように斜めに光が入射し
た場合であっても、入射光は散乱され、ショットキー電
極20近傍の光吸収層14に形成される空乏層30で吸
収されやすくなる。空乏層30における光吸収によって
発生した電子正孔対は、再結合することなく速やかに分
離されるため、感度が向上することとなる。
【0046】図7は、この実施形態において、受光部2
8の面積に占める窓部22の面積の割合と感度との関係
を示すグラフである。窓部22の面積の割合は、窓部2
2の間隔W1および幅W2を変更することによって変化
させた。グラフ中で、横軸の値が0の場合が、従来構造
のショットキー障壁型フォトダイオードに対応してい
る。
8の面積に占める窓部22の面積の割合と感度との関係
を示すグラフである。窓部22の面積の割合は、窓部2
2の間隔W1および幅W2を変更することによって変化
させた。グラフ中で、横軸の値が0の場合が、従来構造
のショットキー障壁型フォトダイオードに対応してい
る。
【0047】図7に示すように、窓部22の面積を受光
部28の面積の略40%以下とした場合には、従来構造
のものより感度が高くなる。また、窓部22の面積を受
光部28の面積の略13%以上27%以下とした場合に
は、従来構造のものより5%以上感度が高くなる。さら
に、窓部22の面積を受光部28の面積の略20%とし
たときに感度が最大となり、従来構造に比べて略6%感
度が向上する。なお、図7は、図3と同様に感度の変化
の一例を示しているにすぎない。
部28の面積の略40%以下とした場合には、従来構造
のものより感度が高くなる。また、窓部22の面積を受
光部28の面積の略13%以上27%以下とした場合に
は、従来構造のものより5%以上感度が高くなる。さら
に、窓部22の面積を受光部28の面積の略20%とし
たときに感度が最大となり、従来構造に比べて略6%感
度が向上する。なお、図7は、図3と同様に感度の変化
の一例を示しているにすぎない。
【0048】図8を参照して、図5に示したショットキ
ー障壁型フォトダイオード10aの製造方法の一例を説
明する。
ー障壁型フォトダイオード10aの製造方法の一例を説
明する。
【0049】まず、図8(a)に示すように、厚さ30
0μmで不純物濃度1×1019cm-3のn+−SiCか
らなる基板12上に、不純物濃度1×1015cm-3のア
ンドープn-−SiCからなる光吸収層14を10μm
の厚さまでエピタキシャル成長させ、その後、光吸収層
14上にSiO2からなる絶縁膜16をスパッタリング
等によって0.2μmの厚さに形成する。ここで、基板
12は、6H−SiCの(0001)Si面から[11
−20]方向に3度オフした基板である。
0μmで不純物濃度1×1019cm-3のn+−SiCか
らなる基板12上に、不純物濃度1×1015cm-3のア
ンドープn-−SiCからなる光吸収層14を10μm
の厚さまでエピタキシャル成長させ、その後、光吸収層
14上にSiO2からなる絶縁膜16をスパッタリング
等によって0.2μmの厚さに形成する。ここで、基板
12は、6H−SiCの(0001)Si面から[11
−20]方向に3度オフした基板である。
【0050】次に、図8(b)に示すように、フォトリ
ソ工程およびエッチング工程によって絶縁膜16の一部
を選択的に除去する。このとき、絶縁膜16を除去した
部分には、アモルファス領域32が形成されることとな
るため、たとえば図5の実施形態においてはアモルファ
ス領域32に対応する部分の絶縁膜16が短冊状に除去
される。
ソ工程およびエッチング工程によって絶縁膜16の一部
を選択的に除去する。このとき、絶縁膜16を除去した
部分には、アモルファス領域32が形成されることとな
るため、たとえば図5の実施形態においてはアモルファ
ス領域32に対応する部分の絶縁膜16が短冊状に除去
される。
【0051】続いて、図8(c)に示すように、絶縁膜
16をマスクとして、水素、アルゴン、窒素、酸素等の
イオンを光吸収層14の0.2ないし0.3μmの深さ
にイオン注入することによって、絶縁膜16が形成され
ていない部分に対応する光吸収層14の一部をアモルフ
ァス化し、アモルファスのSiCからなるアモルファス
領域32を形成する。このとき、注入されるイオンの深
さは一定とはならないため、アモルファス領域32と光
吸収層との界面はなめらかな平面とはならず、不均一な
凹凸が形成される。
16をマスクとして、水素、アルゴン、窒素、酸素等の
イオンを光吸収層14の0.2ないし0.3μmの深さ
にイオン注入することによって、絶縁膜16が形成され
ていない部分に対応する光吸収層14の一部をアモルフ
ァス化し、アモルファスのSiCからなるアモルファス
領域32を形成する。このとき、注入されるイオンの深
さは一定とはならないため、アモルファス領域32と光
吸収層との界面はなめらかな平面とはならず、不均一な
凹凸が形成される。
【0052】さらに、図8(d)に示すように、フォト
リソ工程およびエッチング工程によって、ショットキー
電極20が形成される部分の絶縁膜16を選択的に除去
する。
リソ工程およびエッチング工程によって、ショットキー
電極20が形成される部分の絶縁膜16を選択的に除去
する。
【0053】次に、図8(e)に示すように、光吸収層
14の光入射面17上の一部および絶縁膜16上の一部
に銀からなるショットキー電極20を選択的に形成した
後、基板12の裏面側にニッケルからなる裏面電極24
を形成し、図示はしていないがショットキー電極20に
引き出し電極26を接続する。光吸収層14上でショッ
トキー電極20が形成されていない部分は、窓部22と
なる。ショットキー電極20の形成方法および膜厚につ
いては、図4(e)で説明したものと同様である。
14の光入射面17上の一部および絶縁膜16上の一部
に銀からなるショットキー電極20を選択的に形成した
後、基板12の裏面側にニッケルからなる裏面電極24
を形成し、図示はしていないがショットキー電極20に
引き出し電極26を接続する。光吸収層14上でショッ
トキー電極20が形成されていない部分は、窓部22と
なる。ショットキー電極20の形成方法および膜厚につ
いては、図4(e)で説明したものと同様である。
【0054】このようにして、ショットキー障壁型フォ
トダイオード10aが形成される。
トダイオード10aが形成される。
【0055】以上、この発明の実施形態について例を挙
げて説明したが、この発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づいた他のさ
まざまな形態で実施することができる。
げて説明したが、この発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づいた他のさ
まざまな形態で実施することができる。
【0056】たとえば、上記実施形態では、ショットキ
ー接合型フォトダイオードについて説明したが、pin
フォトダイオードやpnフォトダイオードにおいても、
この発明を実施できる。すなわち、pinフォトダイオ
ード等の場合は、図4(e)または図8(e)におい
て、選択的にショットキー電極20を形成するかわり
に、光吸収層と異なる導電型の半導体層を選択的に形成
すればよい。pinフォトダイオード等においても、シ
ョットキー障壁型ダイオードにおいても、接合形成層が
受光部の一部にのみ形成されるため、接合形成層での光
の損失が少なくなり、感度が向上する。なお、光吸収層
と異なる導電型の半導体層を光吸収層上の一部分に選択
的に形成する方法としては、SiO2等をマスクとして
ドーパントを注入する方法等を用いればよい。
ー接合型フォトダイオードについて説明したが、pin
フォトダイオードやpnフォトダイオードにおいても、
この発明を実施できる。すなわち、pinフォトダイオ
ード等の場合は、図4(e)または図8(e)におい
て、選択的にショットキー電極20を形成するかわり
に、光吸収層と異なる導電型の半導体層を選択的に形成
すればよい。pinフォトダイオード等においても、シ
ョットキー障壁型ダイオードにおいても、接合形成層が
受光部の一部にのみ形成されるため、接合形成層での光
の損失が少なくなり、感度が向上する。なお、光吸収層
と異なる導電型の半導体層を光吸収層上の一部分に選択
的に形成する方法としては、SiO2等をマスクとして
ドーパントを注入する方法等を用いればよい。
【0057】また、上記実施形態では光吸収層としてn
-−SiCを用いたが、真性またはp型の半導体を用い
ても良く、また、Si、GaN、InPなどの他の半導
体材料を用いても良い。
-−SiCを用いたが、真性またはp型の半導体を用い
ても良く、また、Si、GaN、InPなどの他の半導
体材料を用いても良い。
【0058】さらに、上記実施形態ではショットキー電
極として紫外光の吸収の少ない銀を用いたが、光吸収層
とショットキー接合を形成する金属であれば、検知する
光の波長に応じて、適宜、金、モリブデン、チタン、タ
ングステン等の材料を選択して用いることができる。
極として紫外光の吸収の少ない銀を用いたが、光吸収層
とショットキー接合を形成する金属であれば、検知する
光の波長に応じて、適宜、金、モリブデン、チタン、タ
ングステン等の材料を選択して用いることができる。
【0059】また、上記実施形態では、光吸収層として
6H−SiCを用いたが、他の半導体材料を用いても良
い。たとえばバンドギャップが2.2eV(300K)
である3C−SiCを用いることによって波長が520
nm以下の光に対応したフォトダイオードが形成でき、
火災報知器、火炎センサー、青色センサー等に用いるこ
とができる。また、バンドギャップが3.2eV(30
0K)である4H−SiCを用いることによって波長が
340nm以下の光に対応したフォトダイオードが形成
でき、紫外線光数光量モニター、日焼け警報器等に用い
ることができる。
6H−SiCを用いたが、他の半導体材料を用いても良
い。たとえばバンドギャップが2.2eV(300K)
である3C−SiCを用いることによって波長が520
nm以下の光に対応したフォトダイオードが形成でき、
火災報知器、火炎センサー、青色センサー等に用いるこ
とができる。また、バンドギャップが3.2eV(30
0K)である4H−SiCを用いることによって波長が
340nm以下の光に対応したフォトダイオードが形成
でき、紫外線光数光量モニター、日焼け警報器等に用い
ることができる。
【0060】さらに、上記実施形態では、光吸収層の光
入射面側の一部に接合を形成する形態として、窓部を有
するショットキー電極を形成する場合について示した
が、他の方法、たとえばくし形等の形状のショットキー
電極を用いてもよく、また窓部の形状および数について
はいかなるものであってもよい。なお、ショットキー電
極が形成されていない部分と形成されている部分との境
界線に近いほど、入射した光が散乱によって空乏層に入
射する割合が高くなるため、ショットキー電極が形成さ
れていない部分と形成されている部分との境界線が長い
電極構造とした方が有利である。したがって、正方形状
または円状等の微小な窓部が多数形成されている方が感
度が高くなる。
入射面側の一部に接合を形成する形態として、窓部を有
するショットキー電極を形成する場合について示した
が、他の方法、たとえばくし形等の形状のショットキー
電極を用いてもよく、また窓部の形状および数について
はいかなるものであってもよい。なお、ショットキー電
極が形成されていない部分と形成されている部分との境
界線に近いほど、入射した光が散乱によって空乏層に入
射する割合が高くなるため、ショットキー電極が形成さ
れていない部分と形成されている部分との境界線が長い
電極構造とした方が有利である。したがって、正方形状
または円状等の微小な窓部が多数形成されている方が感
度が高くなる。
【0061】
【発明の効果】この発明によれば、光吸収層以外の部分
での光吸収を減少させることによって、感度の高い半導
体受光素子を得ることができる。
での光吸収を減少させることによって、感度の高い半導
体受光素子を得ることができる。
【図1】この発明の一実施形態を示す図解図であり、
(a)は平面図、(b)は端面図である。
(a)は平面図、(b)は端面図である。
【図2】図1の実施形態における凹凸構造の機能を示す
図解図であり、(a)は垂直に入射した光に対する機
能、(b)は斜めに入射した光に対する機能を示す図解
図である。
図解図であり、(a)は垂直に入射した光に対する機
能、(b)は斜めに入射した光に対する機能を示す図解
図である。
【図3】図1の実施形態における、受光部の面積に占め
る窓部の面積の割合と、感度との関係を示すグラフであ
る。
る窓部の面積の割合と、感度との関係を示すグラフであ
る。
【図4】図1の実施形態の製造プロセスの一例を示す工
程図である。
程図である。
【図5】この発明の他の実施形態を示す図解図であり、
(a)は平面図、(b)は端面図である。
(a)は平面図、(b)は端面図である。
【図6】図5の実施形態におけるアモルファス領域の機
能を示す図解図であり、(a)は垂直に入射した光に対
する機能、(b)は斜めに入射した光に対する機能を示
す図解図である。
能を示す図解図であり、(a)は垂直に入射した光に対
する機能、(b)は斜めに入射した光に対する機能を示
す図解図である。
【図7】図5の実施形態における、この実施形態におけ
る受光部の面積に占める窓部22の面積の割合と、感度
との関係を示すグラフである。
る受光部の面積に占める窓部22の面積の割合と、感度
との関係を示すグラフである。
【図8】図5の実施形態の製造プロセスの一例を示す工
程図である。
程図である。
【図9】従来のフォトダイオードの一例を示す図解図で
ある。
ある。
10、10a ショットキー障壁型フォトダイオー
ド 12 基板 14 光吸収層 16 絶縁膜 17 光入射面 18 凹凸構造 20 ショットキー電極 22 窓部 24 裏面電極 28 受光部 30 空乏層 32 アモルファス領域
ド 12 基板 14 光吸収層 16 絶縁膜 17 光入射面 18 凹凸構造 20 ショットキー電極 22 窓部 24 裏面電極 28 受光部 30 空乏層 32 アモルファス領域
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体からなる光吸収層および該光吸収
層の光入射面に設けられた接合形成層を備え、 前記光吸収層により受光部に入射した光を検知する半導
体受光素子であって、 前記光吸収層の光入射面の一部に、前記接合形成層を設
けない部分を備え、 該接合形成層を設けない部分において、前記光吸収層の
光入射面に光散乱手段を設けたことを特徴とする半導体
受光素子。 - 【請求項2】 前記光散乱手段は前記光吸収層の光入射
面に設けられた凹凸構造からなることを特徴とする、請
求項1に記載の半導体受光素子。 - 【請求項3】 前記光吸収層は結晶系半導体からなり、
前記光散乱手段は前記光吸収層の光入射面側に設けられ
たアモルファス領域からなることを特徴とする、請求項
1に記載の半導体受光素子。 - 【請求項4】 前記アモルファス領域と前記光吸収層と
の界面は凹凸形状である、請求項3に記載の半導体受光
素子。 - 【請求項5】 前記接合形成層は窓部を含み、前記光散
乱手段が前期光吸収層の前記窓部に対応する部分に形成
される、請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体受
光素子。 - 【請求項6】 前記受光部のうち前記接合形成層が形成
されていない部分の面積は、前記受光部の面積の40%
以下である、請求項1ないし5のいずれかに記載の半導
体受光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9368211A JPH11195810A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9368211A JPH11195810A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11195810A true JPH11195810A (ja) | 1999-07-21 |
Family
ID=18491240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9368211A Pending JPH11195810A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11195810A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000017941A1 (fr) * | 1998-09-18 | 2000-03-30 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Photodetecteur a semi-conducteur |
JP2012182396A (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-20 | National Institute For Materials Science | 紫外光検出デバイス及びその製造方法 |
CN110165012A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-08-23 | 河北工业大学 | 一种具有弧形增透作用的光电探测器结构及其制备方法 |
CN111095575A (zh) * | 2017-11-15 | 2020-05-01 | 株式会社钟化 | 光电转换元件和光电转换装置 |
-
1997
- 1997-12-26 JP JP9368211A patent/JPH11195810A/ja active Pending
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