CN117766617A - 光检测元件和光检测元件的制造方法 - Google Patents

光检测元件和光检测元件的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117766617A
CN117766617A CN202311233638.5A CN202311233638A CN117766617A CN 117766617 A CN117766617 A CN 117766617A CN 202311233638 A CN202311233638 A CN 202311233638A CN 117766617 A CN117766617 A CN 117766617A
Authority
CN
China
Prior art keywords
germanium
layer
containing layer
electrode
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311233638.5A
Other languages
English (en)
Inventor
中嶋和利
藤原弘康
董伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of CN117766617A publication Critical patent/CN117766617A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022416—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier comprising ring electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0368—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors
    • H01L31/03682—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/1808—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table including only Ge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/1812—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table including only AIVBIV alloys, e.g. SiGe
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1864—Annealing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1872—Recrystallisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本发明的光检测元件具备：N型的硅层，其形成为单晶状；P型的含锗层，其形成为多晶状，在与所述硅层之间形成异质PN结；第1电极，其与所述硅层电连接；和第2电极，其与所述含锗层电连接。

Description

光检测元件和光检测元件的制造方法
技术领域
本发明涉及光检测元件和光检测元件的制造方法。
背景技术
作为对短波长红外线区域的光具有灵敏度的光检测元件，代替高成本的化合物半导体基板而以硅基板为基底的光检测元件的研究盛行。这样的光检测元件在生物领域中的各种分析、自动运转的控制技术等中能够成为有效的器件。例如，在日本特开2021-022619号公报中，记载了具备硅基板、在硅基板上形成的绝缘层、和在形成于绝缘层的开口部内与硅基板形成异质结区域的单晶的锗晶体的受光元件。
发明内容
通常，为了提高受光元件的性能，着眼于在单晶硅基板上如何能够以高品质形成单晶锗区域来进行研究。但是，难以在单晶硅基板上以大面积形成单晶锗区域(即，受光区域的大面积化)，如日本特开2021-022619号公报所记载的受光元件那样，仅限于在形成于绝缘层的开口部内形成单晶的锗晶体。
本发明的目的在于，提供能够利用异质PN结并且实现受光区域的大面积化的光检测元件和光检测元件的制造方法。
本发明的一个方面的光检测元件是“一种光检测元件，其具备：N型的硅层，其形成为单晶状；P型的含锗层，其形成为多晶状，在与所述硅层之间形成异质PN结；第1电极，其与所述硅层电连接；和第2电极，其与所述含锗层电连接”。
附图说明
图1是第1实施方式的光检测元件的截面图。
图2是图1所示的光检测元件的俯视图。
图3A～图3C是表示图1所示的光检测元件的制造方法的图。
图4A、图4B是表示图1所示的光检测元件的制造方法的图。
图5A、图5B是表示基于X射线衍射的结晶性的评价结果的图。
图6A、图6B是表示基于X射线衍射的结晶性的评价结果的图。
图7A、图7B是表示透射率的评价结果的图。
图8是第2实施方式的光检测元件的截面图。
图9是图8所示的光检测元件的仰视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在各图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
[第1实施方式]
图1是第1实施方式的光检测元件1A的截面图，图2是图1所示的光检测元件1A的俯视图。如图1和图2所示，光检测元件1A具备硅层2、含锗层3、第1电极4、第2电极5和防反射膜6。另外，在图2中，省略了防反射膜6的图示。
硅层2是形成为单晶状的N型的硅层。硅层2具有：第1表面2a、和与第1表面2a为相反侧的第2表面2b。作为一例，硅层2是矩形板状的单晶硅基板。硅层2的厚度例如为数百μm程度，从硅层2的厚度方向观察时的硅层2的一边的长度例如为数mm程度。
含锗层3形成为多晶状，是在与硅层2之间形成异质PN结的P型的含锗层。含锗层3配置于硅层2的第1表面2a。在硅层2与含锗层3的边界区域形成有耗尽层D。另外，对硅层2的载流子浓度(N型杂质的浓度)进行调整，使得与硅层2侧相比，耗尽层D优先形成于含锗层3侧(即，使得耗尽层D中形成于含锗层3侧的区域的厚度大于耗尽层D中形成于硅层2侧的区域的厚度)。
在从硅层2的厚度方向(即，与第1表面2a垂直的方向)观察的情况下，含锗层3的外缘位于硅层2的外缘的内侧。换言之，在从硅层2的厚度方向观察的情况下，含锗层3被第1表面2a中的未配置含锗层3的区域包围。含锗层3例如形成为圆形膜状。从硅层2的厚度方向观察时的含锗层3的直径例如为数μm～数mm程度。
含锗层3为“由锗形成的层”、“由锗和锡的混晶物形成的层”或“由锗和硅的混晶物形成的层”。即，含锗层3为“由锗单质形成的层”或“以锗为主体、在元素周期表中包含IV族的锡或硅的混晶物层”。含锗层3的载流子浓度根据成膜条件等而最优化，以使耗尽层D在含锗层3内扩展。含锗层3的厚度为1μm以上且2μm以下。另外，与含锗层3为“由锗形成的层”的情况相比，在含锗层3为“由锗和锡的混晶物形成的层”的情况下，能带隙变窄，所以能够增强更长波长侧的光灵敏度。
第1电极4与硅层2电连接。第1电极4配置于硅层2的第1表面2a中的未配置含锗层3的区域。在从硅层2的厚度方向观察的情况下，第1电极4在含锗层3的外缘的外侧沿含锗层3的外缘延伸。第1电极4例如以圆环状延伸。第1电极4例如由钛或者钛和金的层叠体形成。
第2电极5与含锗层3电连接。第2电极5配置于含锗层3的与硅层2为相反侧的表面3a。在从硅层2的厚度方向观察的情况下，第2电极5在含锗层3的外缘的内侧沿含锗层3的外缘延伸。第2电极5例如呈圆环状延伸。第2电极5例如由金、铂或铂与金的层叠体形成。
防反射膜6形成于含锗层3的表面3a中的第2电极5的内侧的区域。在本实施方式中，在含锗层3的表面3a中的第2电极5的外侧的区域、含锗层3的侧面、硅层2的第1表面2a中的含锗层3与第1电极4之间的区域、和硅层2的第1表面2a中的第1电极4的外侧的区域也形成有防反射膜6，形成于这些区域的防反射膜6作为保护膜发挥功能。防反射膜6例如由氧化硅或氮化硅形成。
在如以上那样构成的光检测元件1A中，如果检测对象的光hv经由形成于含锗层3的表面3a的防反射膜6入射至含锗层3，则光hv在含锗层3中被吸收，在含锗层3中发生光电转换。由此产生的载流子从耗尽层D经由第1电极4和第2电极5作为电流信号被取出。另外，检测对象的光hν是短波长红外线区域的光。
接着，对光检测元件1A的制造方法进行说明。图3A～图4B是表示图1所示的光检测元件1A的制造方法的图。此外，在图3A～图4B中，图示了相当于一个光检测元件1A的部分，但实际上，以包含相当于多个光检测元件1A的多个部分的晶片的等级实施各步骤，最后，通过切割晶片而得到多个光检测元件1A。
首先，如图3A所示，在硅层2上成膜有包含锗的层30(第1步骤)。作为一例，第1步骤在加热至100℃以上且150℃以下(例如125℃)的成膜装置(例如RF溅射装置)内实施。
接着，如图3B所示，通过将包含锗的层30加热，包含锗的层30被多晶化，形成含锗层3(第2步骤)。作为一例，第2步骤在充满惰性气体(例如氮)的热处理装置(例如电炉)内实施。在第2步骤中，优选以500℃以上的温度将包含锗的层30加热，更优选以700℃以上的温度将包含锗的层30加热。在第2步骤中，优选将包含锗的层30加热1小时以上。
接着，如图3C所示，在含锗层3的表面3a、含锗层3的侧面、和硅层2的第1表面2a中的未配置含锗层3的区域形成防反射膜6。接着，如图4A所示，防反射膜6被图案化，如图4B所示，在去除了防反射膜6的区域形成第1电极4和第2电极5。
图5A～图6B是表示基于X射线衍射的结晶性的评价结果(具体而言，2θ-ω扫描结果)的图。图5A中的评价对象是通过在通常规格的硅晶片上以规定条件将锗成膜，在充满氮的电炉内进行“400℃下5小时”加热而得到的。图5B中的评价对象是通过在通常规格的硅晶片上以规定条件将锗成膜，在充满氮的电炉内进行“500℃下5小时”加热而得到的。图6A中的评价对象是通过在通常规格的硅晶片上以规定条件将锗成膜，在充满氮的电炉内进行“600℃下5小时”加热而得到的。图6B中的评价对象是通过在通常规格的硅晶片上以规定条件将锗成膜，在充满氮的电炉内进行“700℃下5小时”加热而得到的。
如图5A所示，对于“在400℃下加热5小时”，未出现表示锗的结晶性的衍射峰。如图5B、图6A和图6B所示，对于“在500℃加热5小时”的衍射峰、“在600℃加热5小时”的衍射峰和“在700℃加热5小时”的衍射峰，出现表示锗的结晶性的多个衍射峰，温度越高，表示锗的结晶性的衍射峰的数量和强度越增加。由此可知，对于锗的多晶化，优选500℃以上的温度下的加热。但是，例如如果延长加热时间，则即使在低于500℃的温度下加热，也能够实现锗的多晶化。其中，如图6B所示，对于“在700℃下加热5小时”，也未出现沿着硅的面取向(001)的(004)的衍射峰(66.0°)，所以可知锗的多晶化与作为支承基板的硅晶片的晶体取向无关地进行。
图7A和图7B是表示透射率的评价结果的图。与上述的图5A～图6B所示的评价结果同样地，图7A和图7B中的评价对象是通过在通常规格的硅晶片上以上述规定条件将锗成膜并以不同的条件进行加热而得到的。如图7A所示，在700℃、800℃下加热后，与在500℃、600℃下加热后相比，对于短波红外线区域的光的透射率大幅降低。由此可知，为了确保对短波长红外线区域的光的高吸收性，优选700℃以上的温度下的加热。另外，如图7B所示，在700℃下加热的情况下，在加热了1小时以上的全部情况下，对于短波红外线区域的光的透射率足够低，由此可知，至少加热1小时即可。
如以上说明的那样，在光检测元件1A中，在与形成为单晶状的N型的硅层2之间形成异质PN结的P型的含锗层3形成为多晶状。由此，能够以大面积形成含锗层3，另外，能够抑制以大面积形成的含锗层3的剥离等。因此，根据光检测元件1A，能够利用异质PN结并且实现受光区域的大面积化。
在光检测元件1A中，含锗层3的厚度为1μm以上。由此，能够对短波长红外线区域的光hv确保高吸收性。另外，锗对波长为1.0～1.6μm的光的吸收系数α(α由“I(x)＝I0exp(-αx)”导出)为约106m-1，在1μm(α的倒数)的深度处强度为1/e(＝0.37)，所以含锗层3的厚度优选为1μm以上。另外，如果含锗层3的厚度超过2μm，则容易产生含锗层3的剥离等，或者在光检测元件1A的制造时，难以使包含锗的层30整体多晶化。因此，含锗层3的厚度优选为2μm以下。
在光检测元件1A中，含锗层3配置于硅层2的第1表面2a，第1电极4配置于硅层2的第1表面2a中的未配置含锗层3的区域，第2电极5配置于含锗层3的与硅层2为相反侧的表面3a。由此，第1电极4形成在单晶的硅层2上，所以能够抑制与取出的电流信号重叠的噪声。
另外，也考虑通过在P型的含锗层3内形成N型的杂质区域而在含锗层3内形成PN结的构成。但是，在该情况下，需要将第1电极4和第2电极5这两者设置在多晶状的含锗层3上，所以与取出的电流信号重叠的噪声有可能增大。与此相对，在N型的硅层2与P型的含锗层3之间形成异质PN结的光检测元件1A中，不需要将第1电极4和第2电极5这两者设置在多晶状的含锗层3上，所以光检测元件1A在能够抑制与取出的电流信号重叠的噪声的方面是有利的。
在光检测元件1A中，第1电极4沿含锗层3的外缘延伸。由此，能够从形成于硅层2与含锗层3的边界区域的耗尽层D高效地取出电流信号。
在光检测元件1A中，第2电极5沿含锗层3的外缘延伸，在含锗层3的表面3a中的第2电极5的内侧的区域形成有防反射膜6。由此，能够使检测对象的光hv从与硅层2为相反侧的含锗层3的表面3a高效地入射，进而在该情况下，能够从形成于硅层2与含锗层3的边界区域的耗尽层D高效地取出电流信号。
光检测元件1A的制造方法具备：第1步骤，在硅层2上将包含锗的层30成膜；和第2步骤，在第1步骤之后，通过将包含锗的层30加热，使包含锗的层30多晶化，形成含锗层3。由此，能够以大面积形成含锗层3。
在光检测元件1A的制造方法中，在第2步骤中，以500℃以上的温度将包含锗的层30加热1小时以上。由此，能够使包含锗的层30可靠地多晶化。
在光检测元件1A的制造方法中，在第2步骤中，以700℃以上的温度将包含锗的层30加热。由此，能够更可靠地使包含锗的层30多晶化，能够得到对短波长红外线区域的光hv具有高吸收性的含锗层3。
在光检测元件1A的制造方法中，在第2步骤中，将包含锗的层30加热1小时以上。由此，能够得到对短波红外线区域的光hv具有高吸收性的含锗层3。
[第2实施方式]
图8是第2实施方式的光检测元件1B的截面图，图9是图8所示的光检测元件1B的仰视图。如图8和图9所示，光检测元件1B具备硅层2、含锗层3、第1电极4、第2电极5、防反射膜6和保护膜7。另外，在图9中，省略了保护膜7的图示。
在光检测元件1B中，硅层2、含锗层3和第1电极4的构成与上述光检测元件1A相同。在光检测元件1B中，第2电极5形成于含锗层3的表面3a的大致整体，防反射膜6形成于硅层2的第2表面2b。保护膜7形成于含锗层3的表面3a中的第2电极5的外侧的区域、含锗层3的侧面、硅层2的第1表面2a中的含锗层3与第1电极4之间的区域、和硅层2的第1表面2a中的第1电极4的外侧的区域。保护膜7例如由氧化硅或氮化硅形成。在光检测元件1B中，第1电极4和第2电极5配置于与检测对象的光hv的入射侧为相反侧，所以能够通过凸块等将第1电极4和第2电极5连接于集成电路等。
在如以上那样构成的光检测元件1B中，如果检测对象的光hv经由形成于硅层2的第2表面2b的防反射膜6入射至硅层2，则光hv透过硅层2而在含锗层3中被吸收，在含锗层3中发生光电转换。由此产生的载流子从耗尽层D经由第1电极4和第2电极5作为电流信号被取出。另外，检测对象的光hν是短波长红外线区域的光。
另外，光检测元件1B的制造方法与上述的光检测元件1A的制造方法同样地，具备：第1步骤，在硅层2上将包含锗的层30成膜；和第2步骤，在第1步骤之后，通过将硅层2加热，使包含锗的层30多晶化，形成含锗层3。
如以上说明的那样，在光检测元件1B中，在与形成为单晶状的N型的硅层2之间形成异质PN结的P型的含锗层3形成为多晶状。由此，能够以大面积形成含锗层3，另外，能够抑制以大面积形成的含锗层3的剥离等。因此，根据光检测元件1B，能够利用异质PN结并且实现受光区域的大面积化。
在光检测元件1B中，含锗层3的厚度为1μm以上。由此，能够对短波长红外线区域的光hv确保高吸收性。
在光检测元件1B中，含锗层3配置于硅层2的第1表面2a，第1电极4配置于硅层2的第1表面2a中的未配置含锗层3的区域，第2电极5配置于含锗层3的与硅层2为相反侧的表面3a。由此，第1电极4形成在单晶的硅层2上，所以能够抑制与取出的电流信号重叠的噪声。
在光检测元件1B中，第1电极4沿含锗层3的外缘延伸。由此，能够从形成于硅层2与含锗层3的边界区域的耗尽层D高效地取出电流信号。
在光检测元件1B中，在硅层2的第2表面2b形成有防反射膜6。由此，能够使检测对象的光hv从与含锗层3为相反侧的硅层2的第2表面2b高效地入射，进而在该情况下，能够从形成于硅层2与含锗层3的边界区域的耗尽层D高效地取出电流信号。
另外，在通过在P型的含锗层3内形成N型的杂质区域而在含锗层3内形成PN结的构成中，在光hν到达含锗层3内的耗尽层之前，有可能在含锗层3中光hν的一部分被吸收。与此相对，在光检测元件1B中，透过硅层2而到达含锗层3的光hv在含锗层3的耗尽层D中被吸收(即，光hv透过硅层2而直接到达含锗层3的耗尽层D中的电场强度最高的区域)，所以光检测元件1B在能够可靠地捕捉通过光电转换而产生的载流子的方面是有利的。
光检测元件1B的制造方法具备：第1步骤，在硅层2上将包含锗的层30成膜；和第2步骤，在第1步骤之后，通过将包含锗的层30加热，使包含锗的层30多晶化，形成含锗层3。由此，能够以大面积形成含锗层3。
在光检测元件1B的制造方法中，在第2步骤中，以500℃以上的温度将包含锗的层30加热1小时以上。由此，能够使包含锗的层30可靠地多晶化。
在光检测元件1B的制造方法中，在第2步骤中，以700℃以上的温度将包含锗的层30加热。由此，能够更可靠地使包含锗的层30多晶化，能够得到对短波长红外线区域的光hv具有高吸收性的含锗层3。
在光检测元件1B的制造方法中，在第2步骤中，将包含锗的层30加热1小时以上。由此，能够得到对短波红外线区域的光hv具有高吸收性的含锗层3。
[变形例]
本发明并不限定于上述实施方式。例如，第1电极4和第2电极5的形状和位置等并不限定于上述的形状和位置等。第1电极4只要与硅层2电连接即可，第2电极5只要与含锗层3电连接即可。另外，含锗层3的厚度可以小于1μm，也可以为2μm以上。另外，防反射膜6可以不形成于硅层2的第2表面2b和含锗层3的表面3a这两者，或者也可以形成于硅层2的第2表面2b和含锗层3的表面3a这两者。另外，各光检测元件1A、1B并不限定于具备由含锗层3构成的一个受光部，也可以具备由含锗层3构成的多个受光部。此外，硅层2只要为被形成为单晶状的N型的硅层即可，并不限定于单晶硅基板，例如，也可以为被形成在硅基板上的外延生长层。
本发明的一个方面的光检测元件为[1]“一种光检测元件，其中：具备：N型的硅层，其形成为单晶状；P型的含锗层，其形成为多晶状，在与所述硅层之间形成异质PN结；第1电极，其与所述硅层电连接；和第2电极，其与所述含锗层电连接”。
在上述[1]所述的光检测元件中，在与形成为单晶状的N型的硅层之间形成异质PN结的P型的含锗层形成为多晶状。由此，能够以大面积形成含锗层，另外，能够抑制以大面积形成的含锗层的剥离等。因此，根据上述[1]所述的光检测元件，能够利用异质PN结并且实现受光区域的大面积化。
本发明的一个方面的光检测元件可以为[2]“如上述[1]所述的光检测元件，其中：所述含锗层的厚度为1μm以上”。根据该[2]所述的光检测元件，能够对短波红外线区域的光确保高吸收性。
本发明的一个方面的光检测元件可以为[3]“如上述[1]或[2]所述的光检测元件，其中：所述硅层具有：第1表面、和与所述第1表面为相反侧的第2表面，所述含锗层配置于所述第1表面，所述第1电极配置于所述第1表面中的未配置所述含锗层的区域，所述第2电极配置于与所述硅层为相反侧的所述含锗层的表面”。根据该[3]所述的光检测元件，由于第1电极形成在单晶的硅层上，所以能够抑制与取出的电流信号重叠的噪声。
本发明的一个方面的光检测元件可以为[4]“如上述[3]所述的光检测元件，其中：所述第1电极沿着所述含锗层的外缘延伸”。根据该[4]所述的光检测元件，能够从形成于硅层与含锗层的边界区域的耗尽层高效地取出电流信号。
本发明的一个方面的光检测元件可以为[5]“如上述[3]或[4]所述的光检测元件，其中：所述第2电极沿着所述含锗层的外缘延伸，在所述含锗层的所述表面中的所述第2电极的内侧的区域形成有防反射膜”。根据该[5]所述的光检测元件，能够使检测对象的光从与硅层为相反侧的含锗层的表面高效地入射，进而在该情况下，能够从形成于硅层与含锗层的边界区域的耗尽层高效地取出电流信号。
本发明的一个方面的光检测元件可以为[6]“如上述[3]或[4]所述的光检测元件，其中：在所述第2表面形成有防反射膜”。根据该[6]所述的光检测元件，能够使检测对象的光从与含锗层为相反侧的硅层的第2表面高效地入射，进而在该情况下，能够从形成于硅层与含锗层的边界区域的耗尽层高效地取出电流信号。
本发明的一个方面的光检测元件的制造方法为[7]“一种光检测元件的制造方法，其为上述[1]～[6]中任一项所述的光检测元件的制造方法，其中：具备：第1步骤，在所述硅层上将包含锗的层成膜；和第2步骤，在所述第1步骤之后，通过将所述包含锗的层加热，使所述包含锗的层多晶化，形成所述含锗层”。
根据上述[7]所述的光检测元件的制造方法，能够以大面积形成含锗层。
本发明的一个方面的光检测元件的制造方法可以为[8]“如上述[7]所述的光检测元件的制造方法，其中：在所述第2步骤中，以500℃以上的温度将所述包含锗的层加热1小时以上”。根据该[8]所述的光检测元件的制造方法，能够使包含锗的层可靠地多晶化。
本发明的一个方面的光检测元件的制造方法可以为[9]“如上述[8]所述的光检测元件的制造方法，其中：在所述第2步骤中，以700℃以上的温度将所述包含锗的层加热”。根据该[9]所述的光检测元件的制造方法，能够更可靠地使包含锗的层多晶化，能够得到对短波红外线区域的光具有高吸收性的含锗层。
本发明的一个方面的光检测元件的制造方法可以为[10]“如上述[8]或[9]所述的光检测元件的制造方法，其中：在所述第2步骤中，将所述包含锗的层加热1小时以上”。根据该[10]所述的光检测元件的制造方法，能够使包含锗的层多晶化，能够得到对短波红外线区域的光具有高吸收性的含锗层。
根据本发明，能够提供能够利用异质PN结并且实现受光区域的大面积化的光检测元件和光检测元件的制造方法。

Claims (10)

1.一种光检测元件，其中：
具备：
N型的硅层，其形成为单晶状；
P型的含锗层，其形成为多晶状，在与所述硅层之间形成异质PN结；
第1电极，其与所述硅层电连接；和
第2电极，其与所述含锗层电连接。
2.如权利要求1所述的光检测元件，其中：
所述含锗层的厚度为1μm以上。
3.如权利要求1或2所述的光检测元件，其中：
所述硅层具有：第1表面、和与所述第1表面为相反侧的第2表面，
所述含锗层配置于所述第1表面，
所述第1电极配置于所述第1表面中的未配置所述含锗层的区域，
所述第2电极配置于与所述硅层为相反侧的所述含锗层的表面。
4.如权利要求3所述的光检测元件，其中：
所述第1电极沿着所述含锗层的外缘延伸。
5.如权利要求3或4所述的光检测元件，其中：
所述第2电极沿着所述含锗层的外缘延伸，
在所述含锗层的所述表面中的所述第2电极的内侧的区域形成有防反射膜。
6.如权利要求3或4所述的光检测元件，其中：
在所述第2表面形成有防反射膜。
7.一种光检测元件的制造方法，其中：
是权利要求1～6中任一项所述的光检测元件的制造方法，
具备：
第1步骤，在所述硅层上将包含锗的层成膜；和
第2步骤，在所述第1步骤之后，通过将所述包含锗的层加热，使所述包含锗的层多晶化，形成所述含锗层。
8.如权利要求7所述的光检测元件的制造方法，其中：
在所述第2步骤中，以500℃以上的温度将所述包含锗的层加热1小时以上。
9.如权利要求8所述的光检测元件的制造方法，其中：
在所述第2步骤中，以700℃以上的温度将所述包含锗的层加热。
10.如权利要求8或9所述的光检测元件的制造方法，其中：
在所述第2步骤中，将所述包含锗的层加热1小时以上。
CN202311233638.5A 2022-09-26 2023-09-22 光检测元件和光检测元件的制造方法 Pending CN117766617A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-152473 2022-09-26
JP2022152473A JP2024047058A (ja) 2022-09-26 2022-09-26 光検出素子、及び光検出素子の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117766617A true CN117766617A (zh) 2024-03-26

Family

ID=90318771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311233638.5A Pending CN117766617A (zh) 2022-09-26 2023-09-22 光检测元件和光检测元件的制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240105870A1 (zh)
JP (1) JP2024047058A (zh)
CN (1) CN117766617A (zh)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024047058A (ja) 2024-04-05
US20240105870A1 (en) 2024-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101842410B1 (ko) 반도체 광검출 소자
US20080157253A1 (en) Single-Chip Monolithic Dual-Band Visible- or Solar-Blind Photodetector
US20080070340A1 (en) Image sensor using thin-film SOI
KR20060120260A (ko) 광검출장치
JP2013513254A (ja) ナノワイヤ構造の光検出器を備えるアクティブピクセルセンサー
US11205668B2 (en) Light receiving device, method of manufacturing light receiving device, imaging device, and electronic apparatus
US20030102432A1 (en) Monolithic infrared focal plane array detectors
US11973093B2 (en) Visible-to-longwave infrared single photon avalanche photodetector on silicon
US9466637B2 (en) Low noise hybridized detector using charge transfer
US8105866B2 (en) Method of making PIN-type photo detecting element with a controlled thickness of window semiconductor layer
CN106024922A (zh) 基于GeSn材料的光电晶体管及其制作方法
CN117766617A (zh) 光检测元件和光检测元件的制造方法
EP3714487B1 (en) Short-wave infrared detector array and fabrication methods thereof
TW202431659A (zh) 光檢測元件及光檢測元件之製造方法
JP2009283603A (ja) 検出装置、受光素子アレイおよびその製造方法
US9960308B2 (en) Photoelectric conversion element
JP6992788B2 (ja) 受光素子
US3436549A (en) P-n photocell epitaxially deposited on transparent substrate and method for making same
US5846850A (en) Double sided interdiffusion process and structure for a double layer heterojunction focal plane array
JP5298499B2 (ja) 受光素子アレイおよび撮像装置
JPS61187267A (ja) 固体撮像装置
US5593902A (en) Method of making photodiodes for low dark current operation having geometric enhancement
JP2009283601A (ja) 検出装置、受光素子アレイおよびその製造方法
JPH04318979A (ja) 配列型赤外線検知器の製造方法
JPH02284475A (ja) 光電変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication