CN108886070B - 半导体光检测元件 - Google Patents

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Abstract

半导体光检测元件(SP1)具备硅基板即半导体基板(1)。半导体基板(1)具有光入射面即第二主面(1b)与相对于第二主面(1b)的第一主面(1a)。在半导体基板(1)中，相应于入射光而产生载流子。在第二主面(1b)形成有多个凸部(10)。凸部(10)具有相对于半导体基板(1)的厚度方向倾斜的斜面(10a)。在凸部(10)中，半导体基板(1)的(111)面露出而作为斜面(10a)。凸部(10)的高度为200nm以上。

Description

半导体光检测元件
技术领域
本发明涉及一种半导体光检测元件。
背景技术
已知一种半导体光检测元件(例如，参照非专利文献1)，其具备硅基板，该硅基板具有光入射面与相对于光入射面的背面，且相应于入射光而产生有载流子。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：日本浜松光子学株式会社《光半导体元件手册》2013年11月6日改订版发行第5章1.CCD图像传感器1-1构造、工作原理p.107-108
发明内容
发明想要解决的技术问题
在非专利文献1所记载的半导体光检测元件中，在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性方面存在改善的余地。
本发明的一个实施方式的目的在于提供一种可提高紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的半导体光检测元件。
解决技术问题的手段
本发明的一个实施方式是一种半导体光检测元件，其具备硅基板，该硅基板具有光入射面与相对于上述光入射面的背面，且相应于入射光而产生有载流子。在光入射面形成有多个凸部，其具有相对于硅基板的厚度方向倾斜的斜面。在凸部中，硅基板的(111)面露出而作为斜面。凸部的高度为200nm以上。
在该一个实施方式的半导体光检测元件中，形成于光入射面的多个凸部具有相对于硅基板的厚度方向倾斜的斜面。在光自光入射面入射至硅基板时，一部分光在半导体光检测元件的光入射面侧反射。斜面相对于硅基板的厚度方向倾斜。因此，例如，在一个凸部的斜面侧反射的光朝向接近于该一个凸部的凸部的斜面侧，且自接近的凸部的斜面入射至硅基板。
在凸部中，由于硅基板的(111)面露出而作为斜面，因此自斜面入射至硅基板的光易于被取入硅基板。由于凸部的高度为200nm以上，因此斜面的表面积大。因此，入射至斜面的光大量地被取入硅基板。
由于紫外的波长区域的光被硅吸收的吸收系数大，因此在靠近硅基板的光入射面的区域被吸收。在此一个实施方式的半导体光检测元件中，由于在形成于硅基板的凸部中，硅基板的(111)面露出，因此在靠近光入射面的区域的光的吸收不会受到阻碍。
基于以上的理由，在此一个实施方式的半导体光检测元件的情况下，可谋求在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的提高。
可在硅基板的背面侧设置有具有与硅基板不同的导电型的半导体区域，可在硅基板的光入射面侧设置有蓄积层。该情形下，凸部的斜面包含于蓄积层的表面。在本实施方式中，可实现能够提高紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的背面入射型的半导体光检测元件。利用蓄积层，在光入射面侧不由光产生的无用载流子被再结合，而暗电流被降低。由于蓄积层抑制在硅基板的光入射面附近由光产生的载流子在该光入射面被捕集，因此由光产生的载流子朝由硅基板与半导体区域形成的pn结有效率地移动。其结果，根据本实施方式，可谋求光检测灵敏度的提高。
在硅基板的光入射面侧，可设置有具有与硅基板不同的导电型的半导体区域。该情形下，可实现一种能够提高紫外波长频带下的光谱灵敏度特性的表面入射型的半导体光检测元件。
此一个实施方式的半导体光检测元件可进一步具备：氧化物膜，其配置于光入射面上，并使入射光透射；以及电极膜，其配置于氧化物膜上，并使入射光透射且连接于规定电位。若紫外光入射至氧化物膜，则有产生氧化物膜带电的现象(充电现象)的可能。若产生充电现象，则在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性变差。在本实施方式中，由于连接于规定电位的电极膜被配置于氧化物膜上，故可抑制氧化物膜的带电。因此，在本实施方式中，可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性变差。
电极膜可为包含石墨烯的膜。该情形下，可抑制在紫外的波长频带下的透射特性的降低。其结果为，可利用电极膜而抑制在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的降低。
氧化物膜可为氧化硅膜。该情形下，氧化物膜作为防反射膜而发挥功能。因此，光更易于被硅基板取入，而进一步提高在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性。
氧化物膜可为氧化铝膜。该情形下，利用氧化铝膜而规定的极性的固定电荷存在于硅基板的光入射面侧。规定的极性的固定电荷所存在的硅基板的光入射面侧的区域作为蓄积层而发挥功能。
此一个实施方式的半导体光检测元件可进一步具备配置于光入射面上，且使入射光透射的包含硼的膜。该情形下，用半导体光检测元件可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性变差。
发明的效果
根据本发明的一个实施方式，可提供一种能够提高紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的半导体光检测元件。
附图说明
图1是显示第1实施方式的半导体光检测元件的立体图。
图2是用于说明第1实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图3是用于说明在第1实施方式的半导体光检测元件中的光的行走的示意图。
图4是观察实施例1的半导体光检测元件的SEM图像。
图5是观察实施例2的半导体光检测元件的SEM图像。
图6是显示实施例1及2以及比较例1中的相对于波长的量子效率的变化的线图。
图7是显示实施例1及2以及比较例1中的相对于波长的量子效率的变化的线图。
图8是用于说明第2实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图9是用于说明第3实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图10是用于说明第4实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图11是用于说明第5实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图12是用于说明第6实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图13是用于说明第7实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图14是用于说明第8实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图15是用于说明第9实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
图16是用于说明第10实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
符号说明
1、21……半导体基板；1a、21a……第一主面；1b、21b……第二主面；3……半导体层；10……凸部；10a……斜面；11……蓄积层；13……氧化铝膜；23……半导体区域；27……绝缘层(氧化硅膜)；40……包含硼的膜；AR1……防反射膜(氧化硅膜)；EL……电极膜；L……光；SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9、SP10……半导体光检测元件。
具体实施方式
以下参照附图详细地说明本发明的实施方式。此外，在说明中对同一要件或具有同一功能的要件使用同一符号，而省略重复的说明。
(第1实施方式)
参照图1及图2说明第1实施方式的半导体光检测元件SP1的构成。图1是显示第1实施方式的半导体光检测元件的立体图。图2是用于说明第1实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
如图1所示，半导体光检测元件SP1是背面入射型的固体拍摄元件。半导体光检测元件SP1是半导体基板SS的背面侧经薄化的BT-CCD(电荷耦合元件)。半导体基板SS的薄化例如由刻蚀来实现。在刻蚀液中，例如可使用氢氧化钾溶液或TMAH(四甲基氢氧化铵溶液)。
在经薄化的半导体基板SS的中央区域形成有凹部TD。在凹部TD的周围存在有厚的框部。凹部TD的侧面相对于底面BF形成钝角而倾斜。半导体基板SS的经薄化的中央区域是光感应区域(拍摄区域)。光L例如沿Z轴的负方向入射至该光感应区域。半导体基板SS的凹部TD的底面BF构成光入射面。框部可提供刻蚀而被除去。该情形下，可获得整个区域经薄化的背面入射型的固体拍摄元件。
如图2所示，半导体光检测元件SP1具备作为半导体基板SS的p型(第一导电型)的半导体基板1。半导体基板1由硅(Si)结晶构成，具有彼此相对的第一主面1a及第二主面1b。半导体基板1是面取向(100)的硅基板。在半导体基板1中，相应于入射光而产生载流子。第二主面1b是光入射面，第一主面1a是光入射面的背面。半导体基板1的厚度方向是与Z轴平行的方向。半导体基板1的中央区域的厚度例如为5～30μm。
半导体基板1的厚度被设定为像素节距(pich，像素点间距大小)P以下。在本实施方式中，像素节距P例如为5～48μm。半导体基板1的厚度例如为5～30μm。在本实施方式中，作为半导体光检测元件SP1显示有被2相时钟驱动(two-phase clock-driven)的固体拍摄元件。在各传送电极之下，存在有为了使电荷在一个方向上被确实地传送而使杂质浓度不同的区域(未图示)。
在使用Si的情形下，作为p型杂质使用B等的IIIA族元素，作为n型杂质使用N、P或As等的VA族元素。半导体的导电型即n型与p型即便彼此置换而构成元件，也可使该元件发挥功能。
在半导体基板1的第一主面1a侧，设置有作为电荷传送部的n型的半导体层(半导体区域)3。在半导体基板1与半导体层3之间形成有pn结。在半导体基板1的第一主面1a上夹着绝缘层7而配置有作为传送电极部的多个电荷传送电极5。在半导体基板1的第一主面1a侧，形成有将半导体层3就每一垂直CCD电性分离的隔离区域(未图示)。半导体层3的厚度例如为0.1～1μm。
在半导体基板1的第二主面1b上形成有多个凸部10。在本实施方式中，多个凸部10形成于对应于第二主面1b的光感应区域9的区域整体。各凸部10呈大致锥体形状，具有相对于半导体基板1的厚度方向倾斜的斜面10a。凸部10呈例如大致四角锥形状。凸部10的高度为200nm以上。相邻的二个凸部10的顶点的间隔例如为500～3000nm。
在凸部10中，半导体基板1的(111)面露出而作为斜面10a。斜面10a为光学性露出。所谓斜面10a为光学性露出，不单单指斜面10a与空气等的环境气体相接触，还包括在斜面10a上形成光学性透明的膜的情况。
在半导体光检测元件SP1中，在半导体基板1的第二主面1b侧设置有蓄积层11。凸部10的斜面10a是包含于蓄积层11的表面。蓄积层11具有与半导体基板1相同的导电型(p型)。蓄积层11的杂质浓度较半导体基板1的杂质浓度大。
在本实施方式中，蓄积层11经由在半导体基板1内自第二主面1b侧使p型杂质离子注入或扩散而形成。蓄积层11经由在使p型杂质离子注入或扩散之后进行热处理(退火)而被活性化。蓄积层11的厚度例如为0.1～1μm。
半导体光检测元件SP1具备配置于第二主面1b上的防反射膜AR1。在本实施方式中，防反射膜AR1是氧化硅(SiO2)膜。防反射膜AR1是使入射光透射的氧化物膜。防反射膜AR1以覆盖凸部10的斜面10a的方式与斜面10a相接。在防反射膜AR1的表面形成有对应于多个凸部10的凹凸。防反射膜AR1的厚度例如为1～200nm。防反射膜AR1例如覆盖形成有多个凸部10的区域整体。
如以上所述，在本实施方式中，形成于第二主面1b的多个凸部10具有斜面10a。在光L自第二主面1b入射至半导体基板1的情况下，如图3所示，一部分光在第二主面1b侧反射。由于斜面10a相对于半导体基板1的厚度方向倾斜，因此例如在一个凸部10的斜面10a侧反射的光朝向接近于该一个凸部10的凸部10的斜面10a侧，且自接近的凸部10的斜面10a入射至半导体基板1。在第二主面1b(斜面10a)侧反射的光再入射至半导体基板1。
在凸部10中，由于半导体基板1的(111)面露出而作为斜面10a，因此自斜面10a入射至半导体基板1的光易于被取入半导体基板1。由于凸部10的高度为200nm以上，因此斜面10a的表面积大。因此，入射至斜面10a的光被大量地取入半导体基板1。
由于紫外的波长区域的光被硅吸收的吸收系数大，因此在靠近半导体基板1的第二主面1b(斜面10a)的区域被吸收。在半导体光检测元件SP1中，由于在形成于半导体基板1的凸部10中，半导体基板1的(111)面露出，因此在靠近第二主面1b的区域的光的吸收不会受到阻碍。
这些的结果为，在半导体光检测元件SP1的情况下，可提高紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性。基于以下的理由，在半导体光检测元件SP1的情况下，也可提高近红外的波长频带下的光谱灵敏度特性。
如图3所示，自斜面10a入射至半导体基板1内的光L1有可能在与半导体基板1的厚度方向交叉的方向上前进，并且到达第一主面1a。此时，到达第一主面1a的光L1根据到达第一主面1a的角度而在第一主面1a全反射。因此，入射至半导体光检测元件SP1(半导体基板1)的光的行走距离变长。
再入射至半导体基板1的光L2在与半导体基板1的厚度方向交叉的方向上在半导体基板1内前进。因此，再入射至半导体光检测元件SP1(半导体基板1)的光L2的行走距离也变长。
若在半导体基板1内前进的光的行走距离变长，则光被吸收的距离也变长。因此，由于即便是被硅吸收的吸收系数为小的近红外的波长频带的光，也被半导体基板1吸收，因而在半导体光检测元件SP1的情况下，可提高近红外的波长频带下的光谱灵敏度特性。
在半导体光检测元件SP1中，在半导体基板1的第二主面1b上设置有蓄积层11。凸部10的斜面10a包含于蓄积层11的表面。利用蓄积层11在第二主面1b侧不因光产生的无用载流子被再结合，而暗电流被降低。由于蓄积层11抑制在半导体基板1的第二主面1b附近由光产生的载流子在第二主面1b被捕集，因此由光产生的载流子朝由半导体基板1与半导体层3形成的pn结有效率地移动。其结果，在半导体光检测元件SP1中，可提高光检测灵敏度。
半导体光检测元件SP1具备氧化硅膜即防反射膜AR1。因此，光更易于被取入半导体基板1，而进一步提高在紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。
本发明人等进行了用于确认第1实施方式的光谱灵敏度特性的提高效果的实验。
本发明人等制作具备上述构成的半导体光检测元件(称为实施例1及2)、与在半导体基板的光入射面未形成有凸部的半导体光检测元件(称为比较例1)，并调查各自的光谱灵敏度特性。实施例1及2以及比较例1在除了形成凸部的点以外，具备相同的构成。光感应区域的尺寸被设定为0.5mmφ。
在实施例1(参照图4)中，凸部10的高度为1570nm。该值包含防反射膜AR1的厚度。在实施例2(参照图5)中，凸部10的高度为1180nm。该值也包含防反射膜AR1的厚度。图4及图5(a)是自斜向45°观察半导体光检测元件的光入射面侧的表面(防反射膜AR1的表面)的SEM图像。图4及图5(b)是观察半导体光检测元件的端面的SEM图像。
实验结果在图6及图7中显示。在图6及图7中，实施例1的光谱灵敏度特性以T1表示，实施例2的光谱灵敏度特性以T2表示，比较例1的光谱灵敏度特性以T3表示。在图6中，纵轴表示量子效率(Q.E.)，横轴表示光的波长(nm)。在图7中，显示在真空紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性。
从图6及图7中可知，在实施例1及2中，与比较例1相比，在紫外的波长频带下的光谱灵敏度大幅度提高。在实施例1及2中，与比较例1相比，在近红外的波长频带下的光谱灵敏度也提高。实施例1与实施例2相比，在紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性提高。
(第2实施方式)
参照图8说明第2实施方式的半导体光检测元件SP2的构成。图8是用于说明第2实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
半导体光检测元件SP2具备：半导体基板1、多个电荷传送电极5、及电极膜EL。半导体光检测元件SP2在替代防反射膜AR1而具备电极膜EL的点上与半导体光检测元件SP1不同。
电极膜EL配置于半导体基板1上。在本实施方式中，电极膜EL与半导体基板1相接。电极膜EL使入射至半导体光检测元件SP2的光透射，且连接于规定电位(例如接地电位或负电位)。电极膜EL例如是相对于被测定光为透明的电极膜(以下有时简称为“透明电极膜”)。作为透明电极膜的材料可例举例如锡掺杂氧化铟(ITO)、石墨烯、及碳纳米管(CNT)。透明电极膜也可为极薄的金属膜。作为该金属膜的材料，可例举例如TiPt。在电极膜EL的表面与半导体基板1同样地形成有对应于多个凸部10的凹凸。电极膜EL的厚度例如为0.0003～3μm。电极膜EL例如覆盖形成有多个凸部10的区域整体。
在半导体光检测元件SP2中，与半导体光检测元件SP1同样地，可提高在紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。
若紫外光入射至防反射膜AR1，则由于防反射膜AR1是氧化硅膜、也即氧化物膜，因此有可能产生防反射膜AR1带电的现象(充电现象)。若在防反射膜AR1产生充电现象，则基于以下的理由，在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性变差。
在氧化硅膜等的氧化物膜中，一般而言带有正极性的电荷。若紫外光被照射至氧化物膜，则氧化物膜的电荷量增加。在蓄积层11是p型的半导体层的情形下，带正极性电的杂质原子即受体存在于蓄积层11。利用氧化物膜所带的正极性的电荷，存在于蓄积层11内的被荷电为正极性的空穴排斥。因此，利用蓄积层11而在半导体基板1内形成的电位坡度在第二主面1b附近朝紫外光的入射面侧弯曲。入射的紫外光在半导体基板1的表面附近发生光电反应。因光电反应所产生的电子未被导入进行电荷传送的第一主面1a侧，而是被导入第二主面1b侧。由于被导入第二主面1b侧的电子因再结合而消灭，因此不会作为信号输出被取出。其结果，在紫外的波长频带中的灵敏度降低。
相对于此，在半导体光检测元件SP2的情况下，由于不存在防反射膜AR1，故可抑制因防反射膜AR1的带电而产生的在紫外的波长频带中的灵敏度的降低。另外，经由位于半导体基板1的表面的电极膜EL，半导体基板1的表面的电位经常被保持为恒定。因此，在半导体光检测元件SP2的情况下，在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的劣化被抑制。由电极膜EL带来的上述作用/效果即便在未形成有凸部10的半导体光检测元件中也可获得。
(第3实施方式)
参照图9说明第3实施方式的半导体光检测元件SP3的构成。图9是用于说明第3实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
半导体光检测元件SP3具备：半导体基板1、多个电荷传送电极5、氧化铝(Al2O3)膜13、及电极膜EL。半导体光检测元件SP2在具备氧化铝膜13这一点上与半导体光检测元件SP2不同。
氧化铝膜13配置于第二主面1b上。氧化铝膜13是使入射光透射的氧化物膜。氧化铝膜13的厚度例如为0.0003～3μm。在氧化铝膜13的表面形成有对应于多个凸部10的凹凸。氧化铝膜13例如覆盖形成有多个凸部10的区域整体。
氧化铝膜13带负极性的电。由于半导体基板1的导电型是p型，故利用氧化铝膜13，规定的固定电荷(正极性的固定电荷)存在于半导体基板1的第二主面1b侧。正极性的固定电荷所存在的半导体基板1的第二主面1b侧的区域作为蓄积层而发挥功能。因此，在半导体光检测元件SP3中，在半导体基板1未设置蓄积层11。
氧化铝膜13也可夹着以氧化硅膜配置于第二主面1b上。该情形下也一样，利用氧化铝膜13，正极性的固定电荷存在于半导体基板1的第二主面1b侧。
电极膜EL配置于氧化铝膜13上。电极膜EL与氧化铝膜13相接。在本实施方式中也一样，电极膜EL例如是相对于被测定光为透明的电极膜。作为透明电极膜的材料例如可例举ITO、石墨烯、及CNT。透明电极膜也可为极薄的金属膜。作为该金属膜的材料，例如可例举TiPt。电极膜EL连接于规定电位(例如接地电位或负电位)。电极膜EL的厚度例如为0.0003～3μm。电极膜EL例如覆盖氧化铝膜13整体。
在半导体光检测元件SP3的情况下也一样，与半导体光检测元件SP1、SP2相同地，可提高在紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。在半导体光检测元件SP3中，由于无需在半导体基板1设置蓄积层11，故可谋求半导体光检测元件SP3的制造过程的简单化。
若紫外光入射至氧化铝膜13，则与防反射膜AR1相同地，氧化铝膜13带电。该情形下，氧化铝膜13的带电状态自负极性朝电性中和的状态转移。在半导体光检测元件SP3中，连接于规定电位的电极膜EL被配置于氧化铝膜13上，因此可抑制氧化铝膜13的带电。因此，在半导体光检测元件SP3的情况下也一样，在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的劣化被抑制。由电极膜EL带来的上述作用/效果即便在未形成有凸部10的半导体光检测元件中也可获得。
在电极膜EL是由石墨烯或CNT构成的膜的情形下，与例如ITO膜相比，紫外的波长频带的光的透射率高，也即，可抑制在紫外的波长频带中的透射特性的降低。其结果，利用电极膜EL可抑制在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的降低。
(第4实施方式)
参照图10说明第4实施方式的半导体光检测元件SP4的构成。图10是用于说明第4实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
半导体光检测元件SP4具备：半导体基板1、多个电荷传送电极5、防反射膜AR1、及电极膜EL。半导体光检测元件SP4在半导体基板1未设置蓄积层11的点上，与半导体光检测元件SP2不同。
在本实施方式中也是，电极膜EL例如是相对于被测定光为透明的电极膜。作为透明电极膜的材料例如可例举ITO、石墨烯、及CNT。透明电极膜也可为极薄的金属膜。作为该金属膜的材料，例如可例举TiPt。电极膜EL连接于规定电位(例如负电位)。电极膜EL可夹着防反射膜AR1(氧化硅膜)配置于第二主面1b上。电极膜EL与防反射膜AR1相接。电极膜EL的厚度为例如0.0003～3μm。电极膜EL例如覆盖防反射膜AR1整体。
电极膜EL连接于负电位。由于半导体基板1的导电型是p型，故利用电极膜EL，规定的固定电荷(正极性的固定电荷)存在于半导体基板1的第二主面1b侧。正极性的固定电荷所存在的半导体基板1的第二主面1b侧的区域作为蓄积层而发挥功能。
在半导体光检测元件SP4的情况下也与半导体光检测元件SP1、SP2、SP3同样，可提高在紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。在半导体光检测元件SP4中也一样，由于无需在半导体基板1上设置蓄积层11，因此可谋求半导体光检测元件SP4的制造过程的简单化。
在半导体光检测元件SP4中，由于连接于负电位的电极膜EL配置于防反射膜AR1上，因而无关于防反射膜AR1的带电的有无，在半导体基板1内电位斜坡形成为一定。因此，在半导体光检测元件SP4中，可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的变差。
(第5实施方式)
参照图11说明第5实施方式的半导体光检测元件SP5的构成。图11是用于说明第5实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
如图11所示，半导体光检测元件SP5是表面入射型的光电二极管。半导体光检测元件SP5具备n-型的半导体基板21。半导体基板21包含硅(Si)晶体，且具有彼此相对的第一主面21a及第二主面21b。半导体基板21是面取向(100)的硅基板。第一主面21a是光入射面，第二主面21b是光入射面的背面。半导体基板21的厚度例如为200～500μm。半导体基板21的厚度方向是与Z轴平行的方向。
在半导体基板21的第一主面21a侧设置有p+型的半导体区域23与n+型的半导体区域25。在半导体基板21与半导体区域23之间形成有pn结。半导体区域23的厚度例如为1.5～3.0μm。在本实施方式中，半导体区域23通过在半导体基板21内自第一主面21a侧使p型杂质离子注入或扩散而形成。半导体区域25通过在半导体基板21内自第一主面21a侧使n型杂质离子注入或扩散而形成。
被赋予导电型的“+”表示高杂质浓度，例如表示杂质浓度为1×1017cm-3程度以上。被赋予导电型的“-”表示低杂质浓度，例如表示杂质浓度为1×1015cm-3程度以下。
在半导体基板21的第一主面21a形成有多个凸部10。在本实施方式中，多个凸部10形成于第一主面21a的对应于半导体区域23的区域整体。凸部10的斜面10a包含于半导体区域23的表面。各凸部10与第1实施方式相同地，呈大致锥体形状，具有相对于半导体基板21的厚度方向倾斜的斜面10a。在凸部10中，半导体基板21的(111)面露出而作为斜面10a。凸部10也可在第一主面21a的对应于半导体区域23的区域以外形成。也即，凸部10可形成在第一主面21a整体。
在半导体基板21的第一主面21a上配置有绝缘层27。绝缘层27是氧化硅(SiO2)膜。即，绝缘层27是使入射光透射的氧化物膜。绝缘层27以覆盖凸部10的斜面10a的方式与斜面10a相接。在绝缘层27的表面形成有对应于多个凸部10的凹凸。绝缘层27的厚度为例如1～200nm。绝缘层27可作为防反射膜而发挥功能。
半导体光检测元件SP5具备电极膜EL。电极膜EL配置于绝缘层27上。电极膜EL与绝缘层27相接。在本实施方式中也一样，电极膜EL例如是相对于被测定光为透明的电极膜。作为透明电极膜的材料可例举例如ITO、石墨烯、及CNT。透明电极膜也可为极薄的金属膜。作为该金属膜的材料，可例举例如TiPt。电极膜EL通过电极31连接于规定电位(例如接地电位或负电位)。电极31与电极膜EL电性地接触且连接。电极膜EL的厚度为例如0.0003～3μm。
半导体光检测元件SP5具备电极33、35。电极33经由形成于绝缘层27的接触孔H1与半导体区域23电性地接触且连接。电极35经由形成于绝缘层27的接触孔H2与半导体区域25电性地接触且连接。
在半导体光检测元件SP5的情况下也一样，与半导体光检测元件SP1、SP2、SP3、SP4相同地，可提高在紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。
在半导体光检测元件SP5中，由于连接于接地电位或负电位的电极膜EL(透明电极膜)被配置于绝缘层27上，故可抑制绝缘层27的带电。因此，在半导体光检测元件SP5的情况下，可抑制在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的变差。
在电极膜EL为由石墨烯或CNT构成的膜的情形下，如上所述，可抑制紫外的波长频带中的透射特性的降低。其结果，利用电极膜EL可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的降低。
(第6实施方式)
参照图12说明第6实施方式的半导体光检测元件SP6的构成。图12是用于说明第6实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
如图12所示，半导体光检测元件SP6是背面入射型的光电二极管。半导体光检测元件SP6具备：半导体基板21、防反射膜AR1(氧化硅膜)、及电极膜EL。在第6实施方式中也一样，电极膜EL例如是相对于被测定光为透明的电极膜。作为透明电极膜的材料，例如可例举ITO、石墨烯、及CNT。透明电极膜也可为极薄的金属膜。作为该金属膜的材料，例如可例举TiPt。第二主面21b是光入射面，第一主面21a是光入射面的背面。半导体基板21的厚度例如为100～200μm。
在半导体基板21的第二主面21b形成有多个凸部10。在本实施方式中，多个凸部10形成于第二主面21b整体。各凸部10与第1实施方式相同地，呈大致锥体形状，具有相对于半导体基板21的厚度方向倾斜的斜面10a。在凸部10中，半导体基板21的(111)面露出而作为斜面10a。凸部10也可仅形成在第二主面21b的对应于半导体区域23的区域。
防反射膜AR1配置于第二主面21b上。在本实施方式中也一样，防反射膜AR1以覆盖凸部10的斜面10a的方式与斜面10a相接。防反射膜AR1的厚度为例如1～200μm。
电极膜EL(透明电极膜)连接于规定电位(例如接地电位或负电位)。电极膜EL夹着防反射膜AR1(氧化硅膜)配置于第二主面1b上。电极膜EL的厚度为例如0.0003～3μm。
半导体光检测元件SP6中也与半导体光检测元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5相同地，可提高紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。
在半导体光检测元件SP6的情况下，由于连接于接地电位或负电位的电极膜EL(透明电极膜)被配置于防反射膜AR1上，故可抑制防反射膜AR1的带电。因此，在半导体光检测元件SP6的情况下，可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的变差。
在电极膜EL为由石墨烯或CNT构成的膜的情况下，如上述所述，可抑制紫外的波长频带中的透射特性的降低。其结果为，利用电极膜EL可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的降低。
(第7实施方式)
参照图13说明第7实施方式的半导体光检测元件SP7的构成。图13是用于说明第7实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
半导体光检测元件SP7具备：半导体基板1、多个电荷传送电极5、及包含硼的膜40。半导体光检测元件SP7在替代防反射膜AR1而具备膜40的点上与半导体光检测元件SP1不同。
膜40配置于第二主面1b上，使入射光透射。膜40与第二主面1b相接。在本实施方式中，膜40是由硼构成的膜。膜40以覆盖凸部10的斜面10a的方式与斜面10a相接。在膜40的表面形成有对应于多个凸部10的凹凸。膜40的厚度为例如1～30nm。膜40例如覆盖形成有多个凸部10的区域整体。
在半导体光检测元件SP7中也与半导体光检测元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6相同地，可提高紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。
在半导体光检测元件SP7中，由于在第二主面1b(光入射面)上配置有包含硼的膜40，因此可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的变差。
(第8实施方式)
参照图14说明第8实施方式的半导体光检测元件SP8的构成。图14是用于说明第8实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
半导体光检测元件SP8具备：半导体基板1、多个电荷传送电极5、包含硼的膜40、及防反射膜AR2。半导体光检测元件SP8在具备防反射膜AR2的点上与半导体光检测元件SP7不同。
防反射膜AR2配置于膜40上。防反射膜AR2与膜40相接。在本实施方式中，防反射膜AR2是氧化铝(Al2O3)膜。防反射膜AR2是使入射光透射的氧化物膜。防反射膜AR2例如覆盖膜40整体。在本实施方式中也一样，膜40是由硼构成的膜。防反射膜AR2的厚度为例如0.01～1μm。
在半导体光检测元件SP8中也与半导体光检测元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7同样地，可提高紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。由于半导体光检测元件SP8具备防反射膜AR2，因此光可更加易于被半导体基板1取入。其结果，在半导体光检测元件SP8中，可进一步提高紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。
在半导体光检测元件SP8的情况下，与半导体光检测元件SP7同样，由于在第二主面1b(光入射面)上配置有包含硼的膜40，故可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的变差。
(第9实施方式)
参照图15说明第9实施方式的半导体光检测元件SP9的构成。图15是用于说明第9实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
半导体光检测元件SP9与半导体光检测元件SP6同样地，是背面入射型的光电二极管。半导体光检测元件SP9具备：半导体基板21、包含硼的膜40、及防反射膜AR2(氧化铝膜)。半导体光检测元件SP9在具备膜40及防反射膜AR2的点上与半导体光检测元件SP6不同。
膜40配置于第二主面21b上。膜40以覆盖凸部10的斜面10a的方式与斜面10a相接。膜40与第二主面21b相接。膜40的厚度例如为1～30nm。在本实施方式中膜40也是包含硼的膜。膜40例如覆盖形成有多个凸部10的区域整体。
防反射膜AR2夹着膜40配置于第二主面1b上。防反射膜AR2与膜40相接。防反射膜AR2的厚度例如为0.01～1μm。
半导体光检测元件SP9也与半导体光检测元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8同样地可提高紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。由于半导体光检测元件SP9具备防反射膜AR2，故如上所述，在半导体光检测元件SP9的情况下，进一步提高紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。
在半导体光检测元件SP9中也与半导体光检测元件SP7、SP8同样地，由于在第二主面21b(光入射面)上配置有包含硼的膜40，故可抑制在紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性的变差。
(第10实施方式)
参照图16说明第10实施方式的半导体光检测元件SP10的构成。图16是用于说明第10实施方式的半导体光检测元件的剖面构成的图。
半导体光检测元件SP10与半导体光检测元件SP5同样地，是表面入射型的光电二极管。半导体光检测元件SP10具备：半导体基板21、包含硼的膜40、及防反射膜AR2(氧化铝膜)。半导体光检测元件SP10在具备膜40及防反射膜AR2的点上与半导体光检测元件SP5不同。
膜40配置于第二主面21b上。膜40与半导体光检测元件SP9同样地，以覆盖凸部10的斜面10a的方式与斜面10a相接。膜40的厚度例如为1～30nm。在本实施方式中也一样，膜40是由硼构成的膜。
防反射膜AR2与半导体光检测元件SP9同样地，夹着膜40而配置于第二主面1b上。防反射膜AR2的厚度例如为0.01～1μm。在本实施方式中，与半导体光检测元件SP5不同，形成有多个凸部10的区域自绝缘层27露出。即，绝缘层27未覆盖形成有多个凸部10的区域。绝缘层27例如是氧化硅(SiO2)膜。
在半导体光检测元件SP10中也与半导体光检测元件SP1、SP2、SP3、SP4、SP5、SP6、SP7、SP8、SP9同样地，可提高在紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。由于半导体光检测元件SP10具备防反射膜AR2，因此如上所述，在半导体光检测元件SP10中，进一步提高紫外及近红外的各波长频带下的光谱灵敏度特性。
在半导体光检测元件SP10的情况下，也与半导体光检测元件SP7、SP8、SP9同样，由于在第二主面21b(光入射面)上配置有包含硼的膜40，因此可抑制紫外的波长频带下的光谱灵敏度特性变差。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不一定限定于上述的实施方式，可在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
[产业上的可利用性]
本发明可利用于具备硅基板的半导体光检测元件。

Claims (8)

1.一种半导体光检测元件，其具备：
硅基板，其具有光入射面与相对于所述光入射面的背面，且相应于入射光产生载流子；且
在所述光入射面形成有多个凸部，该凸部具有相对于所述硅基板的厚度方向倾斜的斜面；并且
在所述凸部中，所述硅基板的(111)面露出而作为所述斜面，
所述凸部的高度为200nm以上，
在所述硅基板的所述背面侧，设置有具有与所述硅基板不同的导电型的半导体区域，且
在所述硅基板的所述光入射面侧设置有蓄积层，并且
所述凸部的斜面包含于所述蓄积层的表面，
所述蓄积层具有与所述硅基板相同的导电型，并且具有比所述硅基板的杂质浓度大的杂质浓度。
2.如权利要求1所述的半导体光检测元件，其中，
进一步具备：
氧化物膜，其配置于所述光入射面上，使所述入射光透射；及
电极膜，其配置于所述氧化物膜上，使所述入射光透射并且连接于规定电位。
3.如权利要求2所述的半导体光检测元件，其中，
所述电极膜是由石墨烯构成的膜。
4.如权利要求2所述的半导体光检测元件，其中，
所述氧化物膜是氧化硅膜。
5.如权利要求3所述的半导体光检测元件，其中，
所述氧化物膜是氧化硅膜。
6.如权利要求2所述的半导体光检测元件，其中，
所述氧化物膜是氧化铝膜。
7.如权利要求3所述的半导体光检测元件，其中，
所述氧化物膜是氧化铝膜。
8.如权利要求1～7中任一项所述的半导体光检测元件，其中，
进一步具备：
包含硼的膜，其配置于所述光入射面上，使所述入射光透射。
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