JP2000164918A - ショットキー接合型半導体光検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 量子効率の高いショットキー接合型半導体光
検出素子を提供する。 【解決手段】 ｎ又はｐ型の半導体基板上に、半導体基
板との界面でショットキーバリアを形成する金属シリサ
イド層を備え、その金属シリサイド層で発生した電荷の
うちのホットキャリアを上記半導体基板を介して出力す
ることにより光を検出するショットキー接合型半導体光
検出素子において、その界面を、ホットキャリアの量を
増大させるように、方位の異なる複数の面を有してなる
凹凸面とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属シリサイド層
と半導体基板との間に形成されるショットキー・バリア
・ダイオードを用いたショットキー接合型半導体光検出
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ショットキー接合型半導体光検
出素子は特に赤外領域の光検出素子として使用されるこ
とが多く、シリコンのＬＳＩ技術を利用して複数の該光
検出素子を電荷結合素子やＭＯＳトランジスタ型読み出
し素子と組み合わせ、一次元又は二次元の赤外線撮像素
子を構成することができる素子である。

【０００３】図１０は、赤外線撮像素子として広く用い
られている従来例のショットキー接合型半導体光検出素
子６０の概略構成を示す断面図である。この従来例のシ
ョットキー接合型半導体光検出素子６０は、半導体基板
として数Ωｃｍ〜数十Ωｃｍ抵抗値を有する（１００）
面方位のｐ型シリコン基板６１を用い、このｐ型シリコ
ン基板６１上に蒸着法により形成したパラジウム・シリ
サイド、白金シリサイド、イリジウム・シリサイドなど
の金属シリサイド層６２、金属シリサイド層６２と電気
的に接続されているｎ⁺領域３、基板電位をとるために
基板の裏面側または表面側に形成される基板コンタクト
領域４、ショットキー接合周辺部におけるリークの増大
と耐圧の低下を防止するためのｎ型不純物領域からなる
ガードリング領域５、素子分離用の酸化膜６を備えてい
る。

【０００４】入射光８はｐ型シリコン基板６１側、ある
いは金属シリサイド６２側のいずれかの側から入射させ
ることも可能であるが、ここでは通常用いられる裏面入
射の場合について示している。従って、金属シリサイド
層６２に接してその上に積層された絶縁膜１０及び絶縁
膜１０の上に形成された金属反射膜１１をさらに備え、
ｐ型シリコン基板６１の裏面には、赤外領域の入射光８
の反射を防ぐ反射防止膜９が形成されている。また、図
１０において、バイアス電源７は、金属シリサイド層６
２および基板コンタクト領域４と電気的に接続され、金
属シリサイド層６２には通常ゼロバイアス又は逆バイア
ス（金属側電極２側が高電位）が印加される。

【０００５】以上のように構成された従来例のショット
キー接合型半導体光検出素子６０において、入射光８は
ｐ型シリコン基板６１を透過して金属シリサイド層６２
の内部でー部は吸収され、電子を励起して正孔を生成す
る。金属シリサイド層６２で吸収されなかった入射光８
は絶縁膜１０を透過して金属反射膜１１で反射されふた
たび金属シリサイド層６２で吸収される。絶縁膜１０の
光学的な厚みを所定の波長の４分の１に選ぶことによ
り、金属シリサイド６２での吸収を最大にすることがで
きる。さて生成された正孔のうち、ショットキー・バリ
アに垂直方向の運動エネルギーが、バリア高より大きい
ホットキャリア（今の例ではホットホール）のみが、ｐ
型シリコン基板６１側へ流れ込み、光電流となって流れ
る。この光電流の大きさは量子効率が一定であれば光検
出素子の面積に比例するが、特に二次元の撮像素子では
一画素分の面積は撮像素子全体の寸法により制限を受け
ることになり、面積を大きくするには限界がある。従っ
て、光検出素子を高感度化して同一面積で、できるだけ
大きな光電流を得ることが重要となる。さらに、撮像素
子では空間分解能を向上させるために、画素数はできる
だけ多い方がよく、微小な面積で十分な光電流を得るこ
とが特に重要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のショッ
トキー接合型光半導体検出素子６０は量子効率が低く、
単位面積当たりの光電流が小さいという問題があった。
この問題点に関して、例えばアール・シー・エー・レビ
ュー４３巻、ｐ５６９−５８９ページ（ＲＣＡＲｅｖｉ
ｅｗ，Ｖｏｌ．４３，１９８２，ｐｐ５６９−５８９）
において、金属シリサイド層６２の膜厚を、該金属シリ
サイド層６２中でのホットキャリアの平均自由行程より
も十分に薄くすることにより、量子効率が数倍向上した
と報告されている。このように構成すると、金属シリサ
イド層６２とｐ型シリコン基板６１の界面を越えｐ型シ
リコン基板６１に流入されなかったホットキャリアが、
該界面と金属シリサイド層６２と絶縁膜１０との界面と
の間で多重散乱を繰り返して運動するうちに、再びショ
ットキーバリアを越える機会を得、量子効率が向上する
というものである。しかしながら、そのように構成して
もなおショットキー接合型半導体光検出素子の量子効率
は、ＨｇＣｄＴｅに代表される量子型内因性半導体検出
器に比べると１〜２桁低い値に止まっており、高解像度
の赤外撮像素子を実現するためには、より一層のショッ
トキー接合型半導体光検出素子の感度の改善が求められ
ている。

【０００７】本発明は、以上の従来例の持つ問題点を解
決して、量子効率の高いショットキー接合型半導体光検
出素子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るショットキ
ー接合型半導体光検出素子は、上記目的を達成するため
に、ｎ又はｐ型の導電性を有する半導体基板上に、入射
光によって電荷を発生させかつ上記半導体基板との界面
でショットキーバリアを形成する金属シリサイド層を備
え、該金属シリサイド層で発生した電荷のうちの上記シ
ョットキーバリアを越えるエネルギーを有するホットキ
ャリアを上記半導体基板を介して出力することにより光
を検出するショットキー接合型半導体光検出素子におい
て、上記界面を、上記ショットキーバリアを越えて上記
半導体基板に流入するホットキャリアの量を増大させる
ように、方位の異なる複数の面を有してなる凹凸面とし
たことを特徴とする。これによって、金属シリサイド層
で発生した電荷の上記ショットキーバリアを越える確率
を増大させ、上記半導体基板を流れる光電流を大きくす
ることができる。尚、本発明において、電荷とは電子及
び正孔の総称である。

【０００９】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記凹凸面とした界面を、
頂点と該頂点に隣接する谷との間の距離及び高低差を上
記ホットキャリアの平均自由行程と略同一又はそれ以下
に設定することが好ましく、これによって、より効果的
にホットキャリアの量を増大させることができる。

【００１０】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層の上
に、絶縁膜と金属反射膜を積層するようにしてもよい。

【００１１】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、より量子効率を高くするた
めに、上記金属シリサイド層の上記半導体基板と反対側
に位置する表面を、上記凹凸面と同様の凹凸面とし、該
凹凸面上に上記半導体基板と同一の導電型の半導体層を
形成し、上記金属シリサイド層の両側の半導体基板と半
導体層とを介してホットキャリアを出力するようにする
ことが好ましい。

【００１２】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記半導体層のドーピング
濃度を、上記金属シリサイド層との界面付近の少なくと
も鏡像力の影響を受ける領域では上記半導体基板と略同
一に設定し、該領域以外の部分では該半導体基板よりも
高い濃度に設定することが好ましい。このようにする
と、高い濃度の領域に光電流を取り出すための電極を形
成した際の接触抵抗を低くすることができる。

【００１３】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、金属シリサイド層の光の吸
収率を高くするために、上記半導体層と上記絶縁層との
合計の光学的膜厚を、検出する光の波長の略４分の１に
なるように設定することが好ましい。

【００１４】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層と上
記半導体基板との間及び上記金属シリサイド層と上記半
導体層との間の少なくとも一方に、界面から離れて位置
する実効的なポテンシャル障壁を上記界面に近づけるよ
うに、ｎ型又はｐ型不純物がドープされたドーピング層
を設けることが好ましい。

【００１５】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層を、
パラジウム・シリサイド、白金シリサイド及びイリジウ
ム・シリサイドから選ばれた１種を用いて構成すること
ができる。

【００１６】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層に代
えて、縮退ドープした珪化ゲルマニウム（ＧｅＳｉ）を
用いて構成することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態について説明する実施の形態１． 図１
は、本発明に係る実施の形態１のショットキー接合型半
導体光検出素子４０の概略構成を示す断面図である。こ
の実施の形態１のショットキー接合型半導体光検出素子
４０は、図１と図１０とを比較することにより明らかな
ように、従来例のショットキー接合型半導体光検出素子
６０において、ｐ型シリコン基板６１に代えて半導体基
板１を用い、かつ金属シリサイド層６２に代えて金属シ
リサイド層２を用いて構成した以外は、図１０の従来例
と同様に構成される。尚、図１において、図１０と同様
のものには同様の符号を付して示している。

【００１８】ここで、特に本実施の形態１のショットキ
ー接合型半導体光検出素子４０においては、半導体基板
１と金属シリサイド層２との間に形成されるショットキ
ー接合界面２４を、そのショットキーバリアを越えて半
導体基板１に流入するホットキャリアの量を増大させる
ように、方位の異なる複数の面を有してなる凹凸面とし
たことを特徴とする。また、凹凸面であるショットキー
接合界面２４は、より効果的にホットキャリアの量を増
加させるために、金属シリサイド層２の厚さ方向と直交
しない複数の面からなる凹凸面とすることが好ましい。
このようにショットキー接合界面２４を、凹凸面とする
ことにより、本実施の形態１のショットキー接合型半導
体光検出素子４０は、詳細後述するように界面２４のシ
ョットキーバリアを越えて半導体基板１に流入するホッ
トキャリアの量を増大させることができ、量子効率を向
上させることができる。また、金属シリサイド層２と半
導体基板１との間に形成されるショットキー接合界面２
４は、金属シリサイド層２中のホットキャリアの非弾性
散乱に関する平均自由行程と同程度のサイズの凹凸であ
ることが好ましく、これによってさらに効果的に量子効
率を高くすることができる。

【００１９】次に、図１に示した実施の形態１のショッ
トキー接合型半導体光検出素子４０と図１０に示した従
来例のショットキー接合型半導体光検出素子６０の構成
上の違いによる作用効果の相違を詳細に説明する。ま
ず、ショットキー接合型半導体光検出素子の基本的な動
作原理を説明する。図１又は図１０のショットキー接合
型半導体光検出素子において、バイアス電源７により金
属シリサイド２（又は、６２）と半導体基板１（ｐ型シ
リコン基板６１）とによって構成されるショットキーバ
リア・ダイオードに逆バイアスを印加する。このとき、
金属シリサイド２（又は、６２）と半導体基板１（ｐ型
シリコン基板６１）とによって構成されるショットキー
バリアのエネルギー・バンド・ダイアグラムは図５に示
すようになる。図５において、符号１２は金属シリサイ
ド側を示し、符号１３は半導体基板（ｐ型シリコン基
板）側を示している。また、図５において、符号１４で
示す破線は、金属シリサイド層のフェルミエネルギーＥ
Ｆ、符号１５で示す矢印は大きさψのショットキー・バ
リア高、符号１６で示す曲線はシリコンの価電子帯の端
のエネルギーレベルＥｖをそれぞれ示している。例え
ば、金属シリサイド層として白金シリサイドを用いた場
合、ショットキー・バリア高ψは０．２〜０．３ｅＶ程
度となる。

【００２０】この状態で図１に示すように、半導体基板
１の裏面から光を入射すると、入射光８は半導体基板
（ｐ型シリコン基板）１を透過して金属シリサイド層２
に一部が吸収され、金属シリサイド層２に電子を励起し
て正孔を生成する。そして、生成された正孔のうち、シ
ョットキー・バリアに対して垂直方向の運動エネルギー
が、バリア高ψより大きいホットキャリア（今の例では
ホットホール）のみが、半導体基板（ｐ型シリコン基
板）１側へ流れ込み、光電流となって流れる。従って、
ショットキー接合型半導体光検出素子において、量子効
率を高めるためには、（１）金属シリサイド層の光の吸
収率を高め、より多くの電子を励起してより多くの正孔
を生成させること及び、（２）金属シリサイド層で生成
された正孔のうち、より多くの正孔を半導体基板（ｐ型
シリコン基板）１側へ流入させ、光電流を増大させるこ
とが必要である。すなわち、ショットキー接合型半導体
光検出素子の量子効率は、金属シリサイド層の光吸収率
と、ホットキャリアがショットキーバリアを越えて半導
体基板側に流入する確率Ｐ（Ｅ）との積で与えられる。

【００２１】次に、ショットキー接合型半導体光検出素
子において、金属シリサイド層で生成された正孔のうち
ショットキーバリアを越えて半導体基板側に流入するホ
ットキャリアについて説明する。まず、従来のショット
キー接合型半導体光検出素子６０においては、分子線エ
ピタキシーなどの真空蒸着法により凹凸のほとんどない
平坦なショットキーバリア界面が形成されている。図６
は従来のショットキー接合型半導体光検出素子６０にお
いて、ショットキーバリアを越えることができるホット
キャリアを説明するための図である。図６において符号
２０を付して示すショットキーバリア界面は、ホットキ
ャリアの平均自由行程に比較して極めて小さい凹凸が存
在するが、実質的に平坦面と考えることができる。

【００２２】図６において符号１７はホットキャリア、
符号１８は金属シリサイド層のフェルミ・エネルギーＥ
Ｆに対応する運動量を有するホットキャリアが運動量空
間で占める半径ｋ（ＥＦ）の球、符号１９は金属シリサ
イド層のフェルミ・エネルギーＥＦよりも赤外入射光の
エネルギーｈνだけ少ないエネルギーに対応する運動量
を有するホットキャリアが運動量空間で占める半径ｋ
（ＥＦ−ｈν）の球、符号２１は界面２０に垂直方向の
運動量を有して大きさｋ（ＥＦ−ｈν＋ψ）のホットキ
ャリアを表すベクトルをそれぞれ示している。また、ハ
ッチングで示した領域２２はいわゆるエスケープ・キャ
ップ（escape cap）であり、金属シリサイド層からバ
リア高ψを越えて半導体基板側に放出されるホットキャ
リアが運動量空間でしめる体積を表している。さらに、
符号２３は半導体基板側に脱出できるホットホールの立
体角θである。ここでエネルギーＥの関数ｋ（Ｅ）は、
ホットキャリアの有効質量ｍ、ブランク定数ｈを用いて
｛ｈ／（２π）｝×√（２ｍＥ）で表される。図６に示
すように運動量空間において、ホットキャリアが半導体
基板側に放出される確率Ｐ（Ｅ）は球１８と球１９の間
の領域をしめる励起された球穀の体積に対する、エスケ
ープ・キャップ２２の体積の比率で与えられ、Ｐ（Ｅ）
＝（１−ｃｏｓθ）／２となる。ここでθは、（ｃｏｓ
θ）²＝ψ／Ｅを満たす。

【００２３】これに対して、本実施の形態１では、ショ
ットキー界面を上述のように凹凸面としているので、以
下のようにホットキャリアが半導体基板側に放出される
確率Ｐ（Ｅ）を大きくすることができる。

【００２４】図７は本発明の実施の形態１における白金
シリサイド層２と半導体基板（ｐ型シリコン基板）１と
の界面付近を示した模式図である。図７において、符号
２５を付して示す矢印は凹凸面において隣接する頂点間
の距離、符号２６を付して示す矢印は凹凸面において隣
接する頂点間の高低差（段差）を示している。ここで、
本明細書において凹凸面における頂点とは、凸部の頂上
及び凹部の谷の双方を含むものとする。また、図７にお
いて符号２７、２８で示す面はそれぞれ、凹凸面を構成
する複数の面のうちの１つのショットキー界面を示し、
符号２９を付して示している破線は、従来例におけるシ
ョットキー界面を示している。さらに、符号３０は、本
実施の形態１における凹凸界面の頂点を示し、符号３
１、３２、３３はそれぞれ、界面２９、界面２７、界面
２８に対応するエスケープ・キャップである。尚、図８
は、図７の一つの頂点３０の部分を拡大して示した図で
ある。

【００２５】図７に基づいて、頂点３０付近のホットキ
ャリアの放出確率について述べる。従来例の金属シリサ
イド層の厚さ方向に対して垂直な実質的に平坦なショッ
トキー界面の場合、界面に垂直なホットキャリアのエス
ケープ・キャップ３１は図７のようになるのに対して、
本発明のように凹凸を設けた場合には、界面２７と界面
２８に対してそれぞれエスケープ・キャップ３２とエス
ケープ・キャップ３３が考えられ、これらの領域に位置
するホットキャリアもショットキーバリアを越えて半導
体基板側に脱出可能である。また頂点３０から平均自由
行程以内に存在しかつ界面２７と界面２８の中間の方位
に運動量を有するホットキャリアも脱出可能となる。す
なわち、本実施の形態１では、凹凸面で構成されたショ
ットキー界面における頂点付近で、実効的に立体角θを
大きくすることができ、ショットキーバリアを越えて半
導体基板側に流入するホットキャリアの量を大きくする
ことができる。従って、本実施の形態１において、凹凸
面で構成されたショットキー界面の頂点は多いほどショ
ットキーバリアを越えて半導体基板側に流入するホット
キャリアの量を大きくすることができ、隣接する頂点間
の間隔及び高低差を平均自由行程程度又はそれ以下に設
定すると極めて効果的に半導体基板側に流入するホット
キャリアの量を増大させることができ、量子効率を効果
的に高めることができる。

【００２６】また本実施の形態１では、金属シリサイド
層の表面積を増やすことが可能であるから、ショットキ
ー接合容量を増大させることができ、信号電荷の蓄積容
量を増大して検出器の飽和レベルを上げ、ダイナミック
レンジを広げることができる。また、上述のように凹凸
の頂点間の距離２５及び段差２６をホットキャリアの平
均自由行程程度の大きさに設定すると、距離２５及び段
差２６は光の波長３〜５μｍに比べて３桁程度小さくな
ること、および通常の使用条件では入射光８がほぼ平行
入射で位相がそろっていないと近似できることから、凹
凸を設けても光の吸収率は凹凸の無い場合と比べて変化
することはない。

【００２７】尚、図７では凹凸の形状を周期的なものと
して示しているが、本願発明は凹凸形状が周期的である
ものに限定されるものではない。

【００２８】また、金属シリサイド層中のホットキャリ
アの平均自由行程については、例えば、Ｐｅｌｌｅｇｒ
ｉｎｉらによってｐ型シリコン基板上に形成された白金
シリサイドに関してマテリアル・リサーチ・ソサエティ
の第３２０巻ｐｐ２７‐３５（Materials Research Soc
iety Symposium Proc.Vol.320(1994))に述べられてい
る。それによれば、散乱要因として支配的なホットホー
ルとコールド・エレクトロンとの散乱、ホットホールと
格子フォノンとの散乱についての平均自由行程の典型的
な値は、前者が１００〜５００ｎｍ、後者が７ｎｍであ
る。全体的な平均自由行程は後者で支配される。従っ
て、ホットホールをホットキャリアとして用いる本実施
の形態１では、ショットキー障壁界面２４の隣接する頂
点間の間隔及び高低差は、１０ｎｍ程度又はそれ以下に
設定することが好ましく、これによって、量子効率を効
果的に高めることができる。

【００２９】次に、金属シリサイド層２に凹凸を形成す
る方法について、白金シリサイド層を例に説明する。一
般に、白金シリサイドは、真空蒸着法やイオン注入法に
より白金とシリコンの一方又は両方を室温以上の温度に
保持された基板上に堆積させ、白金とシリコンを反応さ
せることにより形成することができる。従って、例えば
真空蒸着を行う前にシリコン基板表面をあらかじめドラ
イエッチング、ウエットエッチングや超高真空中での高
温加熱処理、又はこれらの組み合わせによって意図的に
荒れさせておくこと、あるいは白金のイオン注入と熱ア
ニールの組み合わせ、ゲルマニウムなどを２次元島状成
長させて凹凸を形成した後にシリコンと白金を成膜する
方法などにより、既存の素子作製工程を大幅に改変する
ことなく、本実施の形態のショットキー型光検出器にお
ける凹凸面を有するショットキー接合界面２４を形成す
ることができる。このような方法を用いる場合、ショッ
トキー接合界面２４の隣接する頂点間の間隔及び高低差
は、２０〜１００Åに容易に設定することができ、その
範囲に設定することにより、量子効率を効果的に高める
ことができる。

【００３０】以上のように、本実施の形態１におけるシ
ョットキー型光検出素子４０は、金属シリサイド層２と
半導体基板１の間に、該金属シリサイド層２中に生成さ
れるホットキャリアの平均自由行程と同程度の凹凸面で
あるショットキー接合界面２４を設けて、ホットキャリ
アが半導体基板１側に放出される確率が、該凹凸を設け
ない場合に比べて増大するようにした。これによって、
高感度なショットキー接合型半導体光検出素子を実現す
ることができる。

【００３１】以上の実施の形態１では、金属シリサイド
層（白金シリサイド層）をｐ型シリコン基板と組み合わ
せて用いた例について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではない。また、本実施の形態１では、半導
体基板１としてｐ型シリコン基板又はｎ型シリコン基板
を用いることができ、また、ｐ又はｎ型のシリコン以外
の半導体からなる基板を用いてもよい。尚、ｎ型シリコ
ン基板を用いる場合はホットエレクトロンをホットキャ
リアとして用いる。例えば、他の金属シリサイドやある
いは縮退ドープしたＳｉＧｅと半導体基板とのへテロ界
面を利用したショットキー型光検出器に関しても同様の
効果が得られる。

【００３２】実施の形態２．次に本発明に係る実施の形
態２のショットキー接合型半導体光検出素子４１につい
て説明する。本実施の形態２のショットキー接合型半導
体光検出素子４１は、図２に示すように、半導体基板１
上に金属シリサイド層２ａを形成し、その金属シリサイ
ド層２ａ上に半導体基板１と同じ導電型の半導体層３４
を形成した以外は、実施の形態１と同様に構成される。
尚、図２において、図１の実施の形態１と同様のものに
は同様の符号を付して示している。このように、実施の
形態２では、金属シリサイド層２ａの下面と半導体基板
１との間に第１のショットキー界面を形成し、金属シリ
サイド層２ａの上面と半導体層３４との間に第２のショ
ットキー界面を形成し、その第１及び第２のショットキ
ー界面をそれぞれ、実施の形態１のショットキー接合界
面２４と同様の凹凸面としたことを特徴としている。す
なわち、金属シリサイド層２ａを半導体基板１と半導体
層３４とによって挟むことにより２つのショットキーバ
リアダイオードを構成し、半導体基板１及び半導体層３
４の双方から信号電荷を取り出せるようにしている。
尚、半導体層３４は半導体基板１と同じ導電型であっ
て、半導体基板１と同程度の濃度のドーピングが施され
ていることが好ましい。また、金属シリサイド層２ａの
上面には、あらかじめ表面に凹凸の形成された半導体基
板１の上に、原料のマイグレーションによる表面の平坦
化が起こらない程度の基板温度で金属シリサイド層２ａ
の蒸着を行うことにより、容易に凹凸を設けることがで
きる。

【００３３】このように構成された実施の形態２のショ
ットキー接合型半導体光検出素子４１は、金属シリサイ
ド層２ａで発生したホットキャリアを金属シリサイド層
２ａの上面および下面にそれぞれ形成されたショットキ
ー界面を介して半導体基板１側及び半導体層３４側の双
方に流入させ取り出すことができるので、さらに量子効
率を高めることができる。以上の実施の形態２では、ｐ
型シリコンからなる半導体基板１を用いて構成した例に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。半導体基板１としてｎ型シリコン基板を用いても
よいし、また、ｐ又はｎ型のシリコン以外の半導体から
なる基板を用いてもよい。この場合、半導体層３４は、
用いた半導体基板と同一の導電型にすることはいうまで
もない。また、縮退ドープしたＳｉＧｅと半導体基板と
のへテロ界面を利用したショットキー型光検出器に適用
することもできる。

【００３４】実施の形態３．次に本発明に係る実施の形
態３のショットキー接合型半導体光検出素子４２につい
て説明する。この実施の形態３のショットキー接合型半
導体光検出素子４２は、図３に示すように、図２に示し
た実施の形態２のショットキー接合型半導体光検出素子
４１において、半導体層３４に代えてドーピング濃度の
異なる２つの領域３４１、３４２を有する半導体層３４
０を用いて構成したことを特徴とし、それ以外の点は、
実施の形態２と同様に構成される。すなわち、実施の形
態３のショットキー接合型半導体光検出素子４２におい
て、半導体層３４０は、金属シリサイド層２ａとの界面
付近の少なくとも鏡像力の影響を受ける領域３４２では
半導体基板１と同程度のドーピング濃度とし、該領域以
外の部分の領域３４１では該半導体基板１よりも高いド
ーピング濃度に設定されている。

【００３５】通常、ショットキー・バリア付近では、鏡
像力の影響により価電子帯の上端のポテンシャルは、図
９において３６の符号を付して実線で示す曲線のように
なり、ホットキャリアに対する実効的なバリアとなるポ
テンシャルの最大点３７は、界面からの距離ｘｍ離れた
位置に存在する。例えば、白金シリサイドとｐ型シリコ
ンの場合には、Ｍｏｏｎｅｙによりジャーナル．オブ．
アブライド．フィジックス第６５巻ｐｐ２８６９―２８
７１（Journal of Applied Physics Letter Vol.65 (19
89))に述べられており、それによれば半導体基板のドー
ピング濃度１０¹⁵ｃｍ^-3、バイアス電圧３０Ｖ以下の条
件では、ｘｍは２〜６ｎｍであり、鏡像力の影響を受け
るのも界面から同程度の距離の領域である。この領域の
内部におけるホットキャリアの平均自由行程は５〜８ｎ
ｍである。本実施の形態３では、領域３４２の厚さをｘ
ｍ程度に設定している。

【００３６】このように構成することにより、実施の形
態３のショットキー接合型半導体光検出素子４２では、
高濃度の領域３４１にバイアス電源７に接続すべき電極
を形成することができるので、バイアス電源７と半導体
層３４０との接続抵抗を低くできる。

【００３７】実施の形態４．次に、本発明に係る実施の
形態４のショットキー接合型半導体光検出素子について
説明する。実施の形態４のショットキー接合型半導体光
検出素子では、実施の形態２のショットキー接合型半導
体光検出素子において半導体層３４の光学的膜厚を検出
する光の波長の４分の１よりも薄くして、該半導体層３
４と該半導体層３４の上に成膜した絶縁膜１０とを合わ
せた全光学的膜厚が検出する光の波長の４分の１になる
ように設定したことを特徴とする。このように構成する
ことにより、光の吸収率を高くすることができる。尚、
実施の形態３において、半導体層３４０と絶縁層１０を
合わせた光学的膜厚が該波長の４分の１になるように設
定してもよい。

【００３８】実施の形態５．次に本発明に係る実施の形
態５のショットキー接合型半導体光検出素子４３につい
て説明する。図４に示すように実施の形態５のショット
キー接合型半導体光検出素子４３においては、実施の形
態２のショットキー接合型半導体光検出素子において、
金属シリサイド層２ａと半導体基板１との間、金属シリ
サイド層２ａと半導体層３４との間にそれぞれ、所定濃
度のｎ型又はｐ型のドーピング層３８ａおよび３８を設
けて、図９に示す、ポテンシャル最大点３７を、界面に
近づける構造にしている。このように、ドーピング層３
８ａおよび３８は、金属シリサイド層２ａからの距離が
半導体基板１および半導体層３４の内部に位置するホッ
トキャリアに対する実効的なポテンシャル障壁すなわち
ポテンシャル最大点３７をより界面に近づけることによ
り量子効率をさらに向上させることが可能である。ただ
し界面に設けた凹凸からの距離が等しくなるようにあら
かじめ半導体基板１の表面に凹凸を設けてからドーピン
グ層３８ａ及びその上の層を形成する必要がある。

【００３９】実施の形態６．次に本発明に係る実施の形
態６のショットキー接合型半導体光検出素子について説
明する。実施の形態６のショットキー接合型半導体光検
出素子においては、実施の形態１から５のショットキー
接合型半導体光検出素子における金属シリサイド層２又
は金属シリサイド層２ａとして、パラジウム・シリサイ
ド、白金シリサイド、イリジウム・シリサイド又は金属
シリサイド層に代えて縮退ドーブした珪化ゲルマニウム
（ＧｅＳｉ）を用いて半導体基板（シリコン基板）との
間にへテロ接合を形成し、そのショットキー界面を利用
するようにしている。以上のように構成しても実施の形
態１〜５と同様の作用効果を有する。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るショットキー接合型半導体光検出素子は、上記半導体
基板と上記金属シリサイド層とからなる界面を、そのシ
ョットキーバリアを越えて上記半導体基板に流入するホ
ットキャリアの量を増大させるように、方位の異なる複
数の面を有してなる凹凸面としているので、上記金属シ
リサイド層で発生した電荷の上記ショットキーバリアを
越える確率を増大させ、上記半導体基板を流れる光電流
を大きくすることができる。従って、本発明によれば、
量子効率の高いショットキー接合型半導体光検出素子を
提供することができる。

【００４１】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記凹凸面とした界面を、
頂点と該頂点に隣接する谷との間の距離及び高低差を上
記ホットキャリアの平均自由行程と略同一又はそれ以下
に設定することにより、より効果的にホットキャリアの
量を増大させることができるので、より量子効率の高い
ショットキー接合型半導体光検出素子を提供することが
できる。

【００４２】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層の上
に、絶縁膜と金属反射膜を積層することにより、信頼性
の高い素子を提供できる。

【００４３】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層の上
記半導体基板と反対側に位置する表面を、上記凹凸面と
同様の凹凸面とし、該凹凸面上に上記半導体基板と同一
の導電型の半導体層を形成し、上記金属シリサイド層の
両側の半導体基板と半導体層とを介してホットキャリア
を出力することにより、片側にショットキーバリアを形
成した素子に比較して、量子効率を略倍にできる。

【００４４】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記半導体層のドーピング
濃度を、上記金属シリサイド層との界面付近の少なくと
も鏡像力の影響を受ける領域では上記半導体基板と略同
一に設定し、該領域以外の部分では該半導体基板よりも
高い濃度に設定することにより、高い濃度の領域に光電
流を取り出すための電極を形成することができるので、
上記電極と半導体層との接触抵抗を低くでき、効率を高
くできる。

【００４５】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、金属シリサイド層の光の吸
収率を高くするために、上記半導体層と上記絶縁層との
合計の光学的膜厚を、検出する光の波長の略４分の１に
なるように設定することにより、効果的に金属シリサイ
ド層に光を吸収させることができ、よりいっそう量子効
率を高くできる。

【００４６】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層と上
記半導体基板との間及び上記金属シリサイド層と上記半
導体層との間の少なくとも一方に、界面から離れて位置
する実効的なポテンシャル障壁を上記界面に近づけるよ
うに、ｎ型又はｐ型不純物がドープされたドーピング層
を設けることにより、さらに量子効率を高くできる。

【００４７】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層を、
パラジウム・シリサイド、白金シリサイド及びイリジウ
ム・シリサイドから選ばれた１種を用いて構成すること
により容易に作製できる。

【００４８】また、本発明に係るショットキー接合型半
導体光検出素子においては、上記金属シリサイド層に代
えて、縮退ドープした珪化ゲルマニウム（ＧｅＳｉ）を
用いて構成することにより、容易に作製することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態１のショットキー接
合型半導体光検出素子の構成を示す断面図である。

【図２】 本発明に係る実施の形態２のショットキー接
合型半導体光検出素子の構成を示す断面図である。

【図３】 本発明に係る実施の形態３のショットキー接
合型半導体光検出素子の構成を示す断面図である。

【図４】 本発明に係る実施の形態５のショットキー接
合型半導体光検出素子の構成を示す断面図である。

【図５】 ショットキー・バリア近辺のエネルギー・バ
ンド図である。

【図６】 運動量空間においてホットキャリアの占める
領域を示す図である。

【図７】 実施の形態１のショットキー界面近傍におけ
るホットキャリアの占める領域を示す図である。

【図８】 図７の一部を拡大して示す図である。

【図９】 実施の形態３の作用を説明するための、ショ
ットキー・バリア近辺のエネルギー・バンド図である。

【図１０】 従来例のショットキー接合型半導体光検出
素子の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

ｌ 半導体基板、２，２ａ 金属シリサイド層、３ ｎ
⁺領域、４ 基板コンタクト領域、５ ガードリング、
７ バイアス電源、８ 入射光、９ 反射防止膜、１０
絶縁膜、１１ 金属反射膜、２４ ショットキー障壁
界面、３４，３４０ 半導体層、４０〜４３ ショット
キー接合型半導体光検出素子、３４１ 高ドーピング濃
度の領域、３４２ 半導体基板と同程度のドーピング領
域。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ又はｐ型の導電性を有する半導体基板
   上に、入射光によって電荷を発生させかつ上記半導体基
   板との界面でショットキーバリアを形成する金属シリサ
   イド層を備え、該金属シリサイド層で発生した電荷のう
   ちの上記ショットキーバリアを越えるエネルギーを有す
   るホットキャリアを上記半導体基板を介して出力するこ
   とにより光を検出するショットキー接合型半導体光検出
   素子において、 上記界面を、上記ショットキーバリアを越えるホットキ
   ャリアの量を増大させるように、方位の異なる複数の面
   を有してなる凹凸面としたことを特徴とするショットキ
   ー接合型半導体光検出素子。
2. 【請求項２】 上記凹凸面とした界面を、頂点と該頂点
   に隣接する谷との間の距離及び高低差を上記ホットキャ
   リアの平均自由行程と略同一又はそれ以下に設定した請
   求項１記載のショットキー接合型半導体光検出素子。
3. 【請求項３】 上記金属シリサイド層の上に、絶縁膜と
   金属反射膜を積層した請求項１又は２記載のショットキ
   ー接合型半導体光検出素子。
4. 【請求項４】 上記金属シリサイド層の上記半導体基板
   と反対側に位置する表面を、上記凹凸面と同様の凹凸面
   とし、該凹凸面上に上記半導体基板と同一の導電型の半
   導体層を形成し、上記金属シリサイド層の両側の半導体
   基板と半導体層とを介してホットキャリアを出力するよ
   うにした請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のシ
   ョットキー接合型半導体光検出素子。
5. 【請求項５】 上記半導体層のドーピング濃度が、上記
   金属シリサイド層との界面付近の少なくとも鏡像力の影
   響を受ける領域では上記半導体基板と略同一に設定し、
   該領域以外の部分では該半導体基板よりも高い濃度に設
   定した請求項４に記載のショットキー接合型半導体光検
   出素子。
6. 【請求項６】 上記半導体層と上記絶縁層との合計の光
   学的膜厚を、検出する光の波長の略４分の１になるよう
   に設定した請求項４又は５に記載のショットキー接合型
   半導体光検出素子。
7. 【請求項７】 上記金属シリサイド層と上記半導体基板
   との間及び上記金属シリサイド層と上記半導体層との間
   の少なくとも一方に、界面から離れて位置する実効的な
   ポテンシャル障壁を上記界面に近づけるように、ｎ型又
   はｐ型不純物がドープされたドーピング層を設けた請求
   項４〜６のいずれか１項に記載のショットキー接合型半
   導体光検出素子。
8. 【請求項８】 上記金属シリサイド層を、パラジウム・
   シリサイド、白金シリサイド及びイリジウム・シリサイ
   ドから選ばれた１種を用いて構成した請求項１〜７のう
   ちのいずれか１項に記載のショットキー接合型半導体光
   検出素子。
9. 【請求項９】 上記金属シリサイド層に代えて、縮退ド
   ープした珪化ゲルマニウム（ＧｅＳｉ）を用いた請求項
   １から８のうちのいずれか１項に記載のショットキー接
   合型半導体光検出素子。