JP2000183373A - 光導電素子 - Google Patents
光導電素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 受光面の汚染や劣化の影響を軽減して受光感
度を改善し得る新たな構造を有し、紫外線にも優れた耐
性を有する光導電素子を提供すること。 【解決手段】 ｎ型またはｐ型のＧａＮ系半導体からな
る第一層Ｓ１を、受光対象光Ｌが入射するよう表層側に
位置させる。第一層の深層側には、第一層よりも小さい
バンドギャップを有するＧａＮ系半導体からなる第二層
Ｓ２をヘテロ接合し、第一層に両極側の電極Ｐ１、Ｐ２
を設けて光導電素子とする。この構成によって、第一層
または第二層に発生したキャリアは、受光面付近を回避
し第二層を経由して電極間を移動することができる。
度を改善し得る新たな構造を有し、紫外線にも優れた耐
性を有する光導電素子を提供すること。 【解決手段】 ｎ型またはｐ型のＧａＮ系半導体からな
る第一層Ｓ１を、受光対象光Ｌが入射するよう表層側に
位置させる。第一層の深層側には、第一層よりも小さい
バンドギャップを有するＧａＮ系半導体からなる第二層
Ｓ２をヘテロ接合し、第一層に両極側の電極Ｐ１、Ｐ２
を設けて光導電素子とする。この構成によって、第一層
または第二層に発生したキャリアは、受光面付近を回避
し第二層を経由して電極間を移動することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受光素子の
なかでも光導電素子（フォトコンダクタ）の技術分野に
属するものである。
なかでも光導電素子（フォトコンダクタ）の技術分野に
属するものである。
【０００２】
【従来の技術】光導電素子は、受光層（通常、高抵抗層
とされた半導体結晶層）に光励起でキャリアが発生し該
結晶の導電率が変化する現象（光導電効果）を利用して
電流を取出し、受光したことを検出する受光素子であ
る。
とされた半導体結晶層）に光励起でキャリアが発生し該
結晶の導電率が変化する現象（光導電効果）を利用して
電流を取出し、受光したことを検出する受光素子であ
る。
【０００３】従来の光導電素子は、図６に示すように、
受光層１１の表面を受光面としてその面上に正負両極の
オーミック電極１２、１３を対向して配置した構成とな
っている。受光対象光Ｌは、半導体結晶層１１を励起し
キャリアを発生させ得る光であって、キャリアの発生に
よって電極間の導電率が変化する。このような構成とし
て、両電極１２、１３の間に電圧を印加しておくと、受
光対象光Ｌが入射したことを電流の変化として検知する
ことができる。
受光層１１の表面を受光面としてその面上に正負両極の
オーミック電極１２、１３を対向して配置した構成とな
っている。受光対象光Ｌは、半導体結晶層１１を励起し
キャリアを発生させ得る光であって、キャリアの発生に
よって電極間の導電率が変化する。このような構成とし
て、両電極１２、１３の間に電圧を印加しておくと、受
光対象光Ｌが入射したことを電流の変化として検知する
ことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような光導電素
子の構造では、発生したキャリアは受光面に沿って電極
間を移動することになる。本発明者等はこのことに問題
点を見いだした。即ち、受光面は、文字通り受光層を形
成する物質の表面または界面であり、また常に強烈なエ
ネルギーの光にさらされることになるから、受光面とそ
の表層には、実使用中に周囲から受ける汚染、入射光に
よる半導体表面の劣化など、界面であることに起因する
種々の品質上の問題がある。従って、受光面に沿ってキ
ャリアが表層を移動する従来の素子構造では、キャリア
の再結合速度が大きく変化し、例えば、表面近くで発生
したキャリアの大部分が表面再結合によって急速に消滅
し、光電流に充分に寄与しないために、感度が上がら
ず、受光素子としての信頼性も損なわれることになるの
である。
子の構造では、発生したキャリアは受光面に沿って電極
間を移動することになる。本発明者等はこのことに問題
点を見いだした。即ち、受光面は、文字通り受光層を形
成する物質の表面または界面であり、また常に強烈なエ
ネルギーの光にさらされることになるから、受光面とそ
の表層には、実使用中に周囲から受ける汚染、入射光に
よる半導体表面の劣化など、界面であることに起因する
種々の品質上の問題がある。従って、受光面に沿ってキ
ャリアが表層を移動する従来の素子構造では、キャリア
の再結合速度が大きく変化し、例えば、表面近くで発生
したキャリアの大部分が表面再結合によって急速に消滅
し、光電流に充分に寄与しないために、感度が上がら
ず、受光素子としての信頼性も損なわれることになるの
である。
【０００５】一方、集積回路の高密度化に伴い、その微
細な回路パターンを形成するための縮小投影露光装置に
は、より高い解像度でより微細な描画を行なう能力が要
求されている。そのため、描画のためのレーザー源とし
て、ＫｒＦエキシマレーザー装置（波長２４８ｎｍ）
や、ＡｒＦエキシマレーザー装置（波長１９３ｎｍ）へ
の切り換えが検討されている。
細な回路パターンを形成するための縮小投影露光装置に
は、より高い解像度でより微細な描画を行なう能力が要
求されている。そのため、描画のためのレーザー源とし
て、ＫｒＦエキシマレーザー装置（波長２４８ｎｍ）
や、ＡｒＦエキシマレーザー装置（波長１９３ｎｍ）へ
の切り換えが検討されている。
【０００６】上記のような縮小投影露光装置では、レー
ザー光の一部を受光素子で受け、出力の変動などをモニ
ターしている。前記受光素子としては、Ｓｉ系半導体材
料を用いたフォトダイオード（ＰＤ）が挙げられる。し
かし、レーザー光を、波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍのよ
うな短い波長の強烈なエネルギーを持つ光とすれば、従
来用いられているＳｉ系のＰＤの劣化は著しくなり、頻
繁に新しいものと交換しなければならない使用状況とな
る。
ザー光の一部を受光素子で受け、出力の変動などをモニ
ターしている。前記受光素子としては、Ｓｉ系半導体材
料を用いたフォトダイオード（ＰＤ）が挙げられる。し
かし、レーザー光を、波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍのよ
うな短い波長の強烈なエネルギーを持つ光とすれば、従
来用いられているＳｉ系のＰＤの劣化は著しくなり、頻
繁に新しいものと交換しなければならない使用状況とな
る。
【０００７】本発明の目的は、上記問題を解決し、受光
面の汚染や劣化の影響を軽減して受光感度を改善し得る
新たな構造を有し、紫外線にも優れた耐性を有する光導
電素子を提供することである。
面の汚染や劣化の影響を軽減して受光感度を改善し得る
新たな構造を有し、紫外線にも優れた耐性を有する光導
電素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の光導電素子は、
以下の特徴を有するものである。 （１）受光対象光が入射するよう表層側に位置しＧａＮ
系結晶からなる第一層と、第一層の深層側に接合され、
第一層よりも小さいバンドギャップを有するＧａＮ系結
晶からなる第二層と、第一層に設けられた両極側の電極
と、を有することを特徴とする光導電素子。
以下の特徴を有するものである。 （１）受光対象光が入射するよう表層側に位置しＧａＮ
系結晶からなる第一層と、第一層の深層側に接合され、
第一層よりも小さいバンドギャップを有するＧａＮ系結
晶からなる第二層と、第一層に設けられた両極側の電極
と、を有することを特徴とする光導電素子。
【０００９】（２）第一層と第二層との材料の組合せ
（第一層の材料／第二層の材料、条件）が、（ＡｌY1Ｇ
ａ(1-Y1)Ｎ／ＡｌY2Ｇａ(1-Y2)Ｎ、０≦Ｙ２＜Ｙ１＜
１）、または（ＩｎX2Ｇａ(1-X2)Ｎ／ＩｎX1Ｇａ(1-X1)
Ｎ、０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）、または（ＡｌY3Ｇａ(1-Y3)
Ｎ／ＩｎX3Ｇａ(1-X3)Ｎ、０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ３＜
１、０＜（Ｙ３＋Ｘ３））である上記（１）記載の光導
電素子。
（第一層の材料／第二層の材料、条件）が、（ＡｌY1Ｇ
ａ(1-Y1)Ｎ／ＡｌY2Ｇａ(1-Y2)Ｎ、０≦Ｙ２＜Ｙ１＜
１）、または（ＩｎX2Ｇａ(1-X2)Ｎ／ＩｎX1Ｇａ(1-X1)
Ｎ、０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）、または（ＡｌY3Ｇａ(1-Y3)
Ｎ／ＩｎX3Ｇａ(1-X3)Ｎ、０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ３＜
１、０＜（Ｙ３＋Ｘ３））である上記（１）記載の光導
電素子。
【００１０】（３）第二層の深層側に接合された第三層
をさらに有し、該第三層は、第二層よりも大きいバンド
ギャップを有するＧａＮ系結晶からなるものである上記
（１）または（２）記載の光導電素子。
をさらに有し、該第三層は、第二層よりも大きいバンド
ギャップを有するＧａＮ系結晶からなるものである上記
（１）または（２）記載の光導電素子。
【００１１】（４）両電極が、間隔をおいて対向する２
つのクシ形電極であって、各々の電極のクシ形の歯の部
分が、第一層の表面上において互いにかみ合った状態で
配置されたパターンである上記（１）記載の光導電素
子。
つのクシ形電極であって、各々の電極のクシ形の歯の部
分が、第一層の表面上において互いにかみ合った状態で
配置されたパターンである上記（１）記載の光導電素
子。
【００１２】本発明でいうＧａＮ系結晶とは、式ＩｎX
ＡｌY ＧａZ Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦
１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で決定される化合物半導体の結晶
である。
ＡｌY ＧａZ Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦
１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で決定される化合物半導体の結晶
である。
【００１３】
【作用】本発明による光導電素子の受光対象光は、第一
層または第二層を励起しこれらの層に吸収され得る波長
の光である。従って、受光対象光の波長の長波長側（低
いエネルギー側）の限界は、ＧａＮ系結晶のなかでも最
もバンドギャップの小さいＩｎＮを第二層に用いた場合
の、約６５６ｎｍである。即ち、本発明による光導電素
子が受光の対象とする光は、この６５６ｎｍ程度より短
い波長の光である。なかでも、後述のように、第一層、
第二層の材料の組合せの点から、４５０ｎｍ程度より短
い波長の光が重要な受光対象となる。
層または第二層を励起しこれらの層に吸収され得る波長
の光である。従って、受光対象光の波長の長波長側（低
いエネルギー側）の限界は、ＧａＮ系結晶のなかでも最
もバンドギャップの小さいＩｎＮを第二層に用いた場合
の、約６５６ｎｍである。即ち、本発明による光導電素
子が受光の対象とする光は、この６５６ｎｍ程度より短
い波長の光である。なかでも、後述のように、第一層、
第二層の材料の組合せの点から、４５０ｎｍ程度より短
い波長の光が重要な受光対象となる。
【００１４】特に、ＫｒＦエキシマレーザー装置から発
せられる波長２４８ｎｍの光や、ＡｒＦエキシマレーザ
ー装置から発せられる波長１９３ｎｍの光などの紫外
線、さらにはＸ線に至るまでの光などは、強烈なエネル
ギーを持つために、従来の受光素子が受光対象とするに
は問題が多い。このような短い波長光の受光にＧａＮ系
結晶材料を用いることによって、従来のＳｉ系半導体材
料を用いたＰＤなどに比べて、耐紫外線性が改善された
優れた受光素子が得られる。
せられる波長２４８ｎｍの光や、ＡｒＦエキシマレーザ
ー装置から発せられる波長１９３ｎｍの光などの紫外
線、さらにはＸ線に至るまでの光などは、強烈なエネル
ギーを持つために、従来の受光素子が受光対象とするに
は問題が多い。このような短い波長光の受光にＧａＮ系
結晶材料を用いることによって、従来のＳｉ系半導体材
料を用いたＰＤなどに比べて、耐紫外線性が改善された
優れた受光素子が得られる。
【００１５】本発明の光導電素子の重要な特徴は、光導
電素子でありながら、受光層が２層のヘテロ接合構造と
なっており、かつ、第一層（表層側の層）のバンドギャ
ップ＞第二層（深層側の層）のバンドギャップとなって
いる点である。この構造によって、第一層が受光する場
合と、第二層が受光する場合との両方があり得、しかも
いずれの場合でも、受光によって生じたキャリアは、多
くが第二層を経由して両電極間を移動する。この２層構
造により第二層経由でキャリアを移動させることによっ
て、表面再結合の影響を極少にすることが可能となり、
キャリアのライフタイムが向上するので、従来のような
１層構造の光導電素子に比べて受光感度が向上する。
電素子でありながら、受光層が２層のヘテロ接合構造と
なっており、かつ、第一層（表層側の層）のバンドギャ
ップ＞第二層（深層側の層）のバンドギャップとなって
いる点である。この構造によって、第一層が受光する場
合と、第二層が受光する場合との両方があり得、しかも
いずれの場合でも、受光によって生じたキャリアは、多
くが第二層を経由して両電極間を移動する。この２層構
造により第二層経由でキャリアを移動させることによっ
て、表面再結合の影響を極少にすることが可能となり、
キャリアのライフタイムが向上するので、従来のような
１層構造の光導電素子に比べて受光感度が向上する。
【００１６】このキャリアの動きを図２（ａ）のバンド
ダイヤグラムを例として説明する。図２（ａ）は、第一
層、第二層が共にｎ型の場合を示している。受光対象光
Ｌ（エネルギーＥ０）は第一層（バンドギャップＥ１）
で吸収されるものとする。即ち、Ｅ０≧Ｅ１である。第
一層には光励起によるキャリアが生じるが、キャリアの
うちの電子は、第一層と第二層（バンドギャップＥ２、
Ｅ２＜Ｅ１）との構造および表面準位によって形成され
た静電ポテンシャルによって、速やかに第二層へ送られ
る。光励起によって生じたキャリアが導電層である第二
層に移動するので、第二層の抵抗が変化する。よって、
電極間にバイアス電圧を印加しておくと、キャリアの発
生を電気信号として検出することができる。受光対象光
が第二層で吸収される場合は、発生したキャリアは当
然、第二層の抵抗を下げ、同様に電気信号として検出す
ることができる。
ダイヤグラムを例として説明する。図２（ａ）は、第一
層、第二層が共にｎ型の場合を示している。受光対象光
Ｌ（エネルギーＥ０）は第一層（バンドギャップＥ１）
で吸収されるものとする。即ち、Ｅ０≧Ｅ１である。第
一層には光励起によるキャリアが生じるが、キャリアの
うちの電子は、第一層と第二層（バンドギャップＥ２、
Ｅ２＜Ｅ１）との構造および表面準位によって形成され
た静電ポテンシャルによって、速やかに第二層へ送られ
る。光励起によって生じたキャリアが導電層である第二
層に移動するので、第二層の抵抗が変化する。よって、
電極間にバイアス電圧を印加しておくと、キャリアの発
生を電気信号として検出することができる。受光対象光
が第二層で吸収される場合は、発生したキャリアは当
然、第二層の抵抗を下げ、同様に電気信号として検出す
ることができる。
【００１７】図２（ｂ）は第二層Ｓ２がアンドープの場
合、図２（ｃ）は第二層Ｓ２の深層側にさらに第三層Ｓ
３が接合されたダブルヘテロ接合構造の場合のバンドダ
イヤグラムを示している。各々の態様の詳細は後述する
が、いずれの場合であっても、図２（ａ）と同様、光励
起によって生じたキャリアは、第二層を移動する。
合、図２（ｃ）は第二層Ｓ２の深層側にさらに第三層Ｓ
３が接合されたダブルヘテロ接合構造の場合のバンドダ
イヤグラムを示している。各々の態様の詳細は後述する
が、いずれの場合であっても、図２（ａ）と同様、光励
起によって生じたキャリアは、第二層を移動する。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の光導電素子を、簡単な構
成例にもとづいて説明する。図１（ａ）の例では、ベー
スとなる結晶基板１上に、下から順に第二層Ｓ２、第一
層Ｓ１が成長して積層体となっている。第一層Ｓ１と第
二層Ｓ２は、ともにＧａＮ系結晶からなり、ヘテロ接合
となっており、第一層のバンドギャップＥ１＞第二層の
バンドギャップＥ２である。また、同図の例では、第一
層Ｓ１と第二層Ｓ２の導電型は、共にｎ型であって、第
一層Ｓ１から第二層Ｓ２に至るバンドダイヤグラムは、
図２（ａ）のタイプに対応する。第一層Ｓ１の上面に
は、対向する電極Ｐ１と電極Ｐ２が設けられ光導電素子
となっている。受光対象光Ｌは、電極Ｐ１と電極Ｐ２と
の間隙を通り抜けて、第一層Ｓ１に入射する。
成例にもとづいて説明する。図１（ａ）の例では、ベー
スとなる結晶基板１上に、下から順に第二層Ｓ２、第一
層Ｓ１が成長して積層体となっている。第一層Ｓ１と第
二層Ｓ２は、ともにＧａＮ系結晶からなり、ヘテロ接合
となっており、第一層のバンドギャップＥ１＞第二層の
バンドギャップＥ２である。また、同図の例では、第一
層Ｓ１と第二層Ｓ２の導電型は、共にｎ型であって、第
一層Ｓ１から第二層Ｓ２に至るバンドダイヤグラムは、
図２（ａ）のタイプに対応する。第一層Ｓ１の上面に
は、対向する電極Ｐ１と電極Ｐ２が設けられ光導電素子
となっている。受光対象光Ｌは、電極Ｐ１と電極Ｐ２と
の間隙を通り抜けて、第一層Ｓ１に入射する。
【００１９】第一層の導電型は、ｐ型、ｎ型のどちらか
一方の型であればよい。第二層の導電型は、第一層の導
電型に対して、同一の型、反対の型、超低濃度、アンド
ープであってよい。暗電流を下げ、Ｓ／Ｎ比を向上させ
る点から、第一層をｎ- （ｎ型低濃度層）、第二層をｎ
- またはアンドープとするのが好ましい。以下、全て、
第一層をｎ- とする態様を用いて本発明を説明する。
一方の型であればよい。第二層の導電型は、第一層の導
電型に対して、同一の型、反対の型、超低濃度、アンド
ープであってよい。暗電流を下げ、Ｓ／Ｎ比を向上させ
る点から、第一層をｎ- （ｎ型低濃度層）、第二層をｎ
- またはアンドープとするのが好ましい。以下、全て、
第一層をｎ- とする態様を用いて本発明を説明する。
【００２０】また、第二層をｐ型とすることによって、
図２（ｂ）にダイヤグラムを示すように、ヘテロ接合界
面の伝導帯端に大きなバンド不連続が生じる場合があ
る。このような状態では、ヘテロ接合界面のＳ２層側に
は、極めて薄い領域に２次元電子ガス（図２（ｂ）中、
２ＤＥＧで示す部分）が蓄積される。この部分によっ
て、電子の移動度が改善される効果も期待できる。
図２（ｂ）にダイヤグラムを示すように、ヘテロ接合界
面の伝導帯端に大きなバンド不連続が生じる場合があ
る。このような状態では、ヘテロ接合界面のＳ２層側に
は、極めて薄い領域に２次元電子ガス（図２（ｂ）中、
２ＤＥＧで示す部分）が蓄積される。この部分によっ
て、電子の移動度が改善される効果も期待できる。
【００２１】図１（ｂ）に示すように、第二層Ｓ２の深
層側には、第二層Ｓ２よりもバンドギャップの大きなＧ
ａＮ系結晶からなる第三層Ｓ３をさらに設け、層Ｓ１〜
Ｓ３によってダブルヘテロ接合構造を構成してもよい。
この構成によって、図２（ｃ）にバンドダイヤグラムを
示すように、井戸型ポテンシャルとなり、表層下の特定
の領域を導通層に限定することができる。それによっ
て、キャリアの拡散が抑えられ、高感度化、高応答性が
達成できる。第三層は、ｎ型低濃度層であることが好ま
しいが、ｐ型層であってもよい。第二層Ｓ２の導電型
は、図２（ｃ）ではｎ型であるが、アンドープであって
も、ｐ型であってもよい。
層側には、第二層Ｓ２よりもバンドギャップの大きなＧ
ａＮ系結晶からなる第三層Ｓ３をさらに設け、層Ｓ１〜
Ｓ３によってダブルヘテロ接合構造を構成してもよい。
この構成によって、図２（ｃ）にバンドダイヤグラムを
示すように、井戸型ポテンシャルとなり、表層下の特定
の領域を導通層に限定することができる。それによっ
て、キャリアの拡散が抑えられ、高感度化、高応答性が
達成できる。第三層は、ｎ型低濃度層であることが好ま
しいが、ｐ型層であってもよい。第二層Ｓ２の導電型
は、図２（ｃ）ではｎ型であるが、アンドープであって
も、ｐ型であってもよい。
【００２２】第一層、第二層の材料は、共にＧａＮ系結
晶であって、それらの組合せは、上記したようにＥ１＞
Ｅ２を満たせばよい。Ｅ１＞Ｅ２となる材料の組合せ例
は数多く存在するが、２４８ｎｍレーザー光、１９３ｎ
ｍレーザー光、さらに短い波長光を好ましく受光するた
めには、材料の組み合わせを（第一層の材料／第二層の
材料、条件）で表記するとして、（ＡｌY1Ｇａ(1-Y1)Ｎ
／ＡｌY2Ｇａ(1-Y2)Ｎ、０≦Ｙ２＜Ｙ１＜１）、または
（Ｉｎ X2Ｇａ(1-X2)Ｎ／ＩｎX1Ｇａ(1-X1)Ｎ、０≦Ｘ２
＜Ｘ１＜１）、または（ＡｌY3Ｇａ(1-Y3)Ｎ／ＩｎX3Ｇ
ａ(1-X3)Ｎ、０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ３＜１、０＜（Ｙ３
＋Ｘ３））などが挙げられる。前記の０＜（Ｙ３＋Ｘ
３）は、Ｙ３とＸ３とが同時に０にならないこと、即
ち、第一層と第二層が同時にＧａＮにならないことを意
味している。耐紫外線性、耐環境性を考えると第一層の
材料はＡｌＧａＮが好ましい。
晶であって、それらの組合せは、上記したようにＥ１＞
Ｅ２を満たせばよい。Ｅ１＞Ｅ２となる材料の組合せ例
は数多く存在するが、２４８ｎｍレーザー光、１９３ｎ
ｍレーザー光、さらに短い波長光を好ましく受光するた
めには、材料の組み合わせを（第一層の材料／第二層の
材料、条件）で表記するとして、（ＡｌY1Ｇａ(1-Y1)Ｎ
／ＡｌY2Ｇａ(1-Y2)Ｎ、０≦Ｙ２＜Ｙ１＜１）、または
（Ｉｎ X2Ｇａ(1-X2)Ｎ／ＩｎX1Ｇａ(1-X1)Ｎ、０≦Ｘ２
＜Ｘ１＜１）、または（ＡｌY3Ｇａ(1-Y3)Ｎ／ＩｎX3Ｇ
ａ(1-X3)Ｎ、０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ３＜１、０＜（Ｙ３
＋Ｘ３））などが挙げられる。前記の０＜（Ｙ３＋Ｘ
３）は、Ｙ３とＸ３とが同時に０にならないこと、即
ち、第一層と第二層が同時にＧａＮにならないことを意
味している。耐紫外線性、耐環境性を考えると第一層の
材料はＡｌＧａＮが好ましい。
【００２３】第一層、第二層の各々の層の厚さは、第一
層を５ｎｍ〜５００ｎｍ程度とし、第二層を１μｍ〜５
０μｍ程度とするのが好ましい。第一層には、第一層内
でのキャリアの移動を遮る切欠き（図１（ｂ）に示すｋ
１、ｋ２など）を設けてもよい。
層を５ｎｍ〜５００ｎｍ程度とし、第二層を１μｍ〜５
０μｍ程度とするのが好ましい。第一層には、第一層内
でのキャリアの移動を遮る切欠き（図１（ｂ）に示すｋ
１、ｋ２など）を設けてもよい。
【００２４】また、図１（ｂ）に示すようなダブルヘテ
ロ接合構造の場合、各層の材料の組み合わせ（Ｓ１／Ｓ
２／Ｓ３）は、（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）、
（ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）などが例示され
る。またその場合、第二層の厚さは、クラックの発生を
防止し、良好な結晶性を保持するために３ｎｍ〜２μｍ
程度とするのが好ましい。
ロ接合構造の場合、各層の材料の組み合わせ（Ｓ１／Ｓ
２／Ｓ３）は、（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）、
（ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）などが例示され
る。またその場合、第二層の厚さは、クラックの発生を
防止し、良好な結晶性を保持するために３ｎｍ〜２μｍ
程度とするのが好ましい。
【００２５】両電極は、オーミック電極が好ましく、受
光対象光が多く入射でき、両電極が対向する領域をより
多く取り、かつ電極として充分な面積が確保されるよ
う、バランスを考慮する。好ましい電極の態様として
は、図３（ａ）に示すように、クシ（櫛）形の導体パタ
ーンを呈する電極（クシ形電極）Ｐ１、Ｐ２を互いにか
み合わせた態様が挙げられる。同図に示すように、各々
の電極Ｐ１、Ｐ２のクシ形の歯の部分を互いに間隔をお
いてかみ合わせた状態で対向配置することによって、両
電極が対向する領域をより多く取り、かつ電極として充
分な面積を確保している。
光対象光が多く入射でき、両電極が対向する領域をより
多く取り、かつ電極として充分な面積が確保されるよ
う、バランスを考慮する。好ましい電極の態様として
は、図３（ａ）に示すように、クシ（櫛）形の導体パタ
ーンを呈する電極（クシ形電極）Ｐ１、Ｐ２を互いにか
み合わせた態様が挙げられる。同図に示すように、各々
の電極Ｐ１、Ｐ２のクシ形の歯の部分を互いに間隔をお
いてかみ合わせた状態で対向配置することによって、両
電極が対向する領域をより多く取り、かつ電極として充
分な面積を確保している。
【００２６】また、図３（ｂ）に示すように、第一層Ｓ
１の一部を除去して第二層Ｓ２を露出させ、電極Ｐ１、
Ｐ２を、第一層Ｓ１と第二層Ｓ２とにまたがるように設
けてもよい。これによって、第二層を走行する電子を直
接電極で捕らえることができ、受光時の電極間抵抗を下
げることができるので好ましい。
１の一部を除去して第二層Ｓ２を露出させ、電極Ｐ１、
Ｐ２を、第一層Ｓ１と第二層Ｓ２とにまたがるように設
けてもよい。これによって、第二層を走行する電子を直
接電極で捕らえることができ、受光時の電極間抵抗を下
げることができるので好ましい。
【００２７】結晶基板は、ＧａＮ系結晶が成長可能なも
のであればよい。例えば、従来からＧａＮ系結晶を成長
させる際に汎用されているサファイア、水晶、ＳｉＣ等
を用いてもよい。なかでも、サファイアのＣ面、Ａ面、
６Ｈ−ＳｉＣ基板、特にＣ面サファイア基板が好まし
い。またこれら材料の表面に、ＧａＮ系結晶との格子定
数や熱膨張係数の違いを緩和するためのＺｎＯ、ＭｇＯ
やＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファ層を設けたものであって
も良い。
のであればよい。例えば、従来からＧａＮ系結晶を成長
させる際に汎用されているサファイア、水晶、ＳｉＣ等
を用いてもよい。なかでも、サファイアのＣ面、Ａ面、
６Ｈ−ＳｉＣ基板、特にＣ面サファイア基板が好まし
い。またこれら材料の表面に、ＧａＮ系結晶との格子定
数や熱膨張係数の違いを緩和するためのＺｎＯ、ＭｇＯ
やＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファ層を設けたものであって
も良い。
【００２８】また、サファイアなどの基板上にＧａＮの
薄膜を成長させ、その上にＧａＮ系結晶が実質的に成長
し得ない材料（ＳｉＯ2 など）にてマスクパターンを形
成し、非マスク領域を結晶成長の出発点として、前記マ
スクを覆うまでＧａＮ系結晶層を再度成長させる技術
（マスク法）によって、該ＧａＮ系結晶層中の特定部分
に低転位な結晶を形成することができる。マスク法によ
って得られる、このようなＧａＮ系結晶基材を、本発明
における結晶基板として用いてもよい。
薄膜を成長させ、その上にＧａＮ系結晶が実質的に成長
し得ない材料（ＳｉＯ2 など）にてマスクパターンを形
成し、非マスク領域を結晶成長の出発点として、前記マ
スクを覆うまでＧａＮ系結晶層を再度成長させる技術
（マスク法）によって、該ＧａＮ系結晶層中の特定部分
に低転位な結晶を形成することができる。マスク法によ
って得られる、このようなＧａＮ系結晶基材を、本発明
における結晶基板として用いてもよい。
【００２９】
【実施例】実施例１ 本実施例は、図１（ａ）の構造、図２（ａ）のバンドダ
イヤグラムに示す態様の光導電素子を製作した例であ
る。サファイアＣ面基板１上にＧａＮバッファ層（図示
せず）を介して、ｎ- −ＧａＮ層（厚さ５μｍ、ドーパ
ントＳｉ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3）を成長させ
て第二層Ｓ２とした。さらにその上に、ｎ- −Ａｌ0.2
Ｇａ0.8 Ｎ層（厚さ２０ｎｍ、ドーパントＳｉ、キャリ
ア濃度５×１０14ｃｍ-3）を成長させて第一層Ｓ１とし
た。層Ｓ１の上面に、オーミック電極としてＡｌ（上層
側、厚さ５００ｎｍ）／Ｔｉ（下層側、厚さ２０ｎｍ）
を形成し、光導電素子を得た。
イヤグラムに示す態様の光導電素子を製作した例であ
る。サファイアＣ面基板１上にＧａＮバッファ層（図示
せず）を介して、ｎ- −ＧａＮ層（厚さ５μｍ、ドーパ
ントＳｉ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3）を成長させ
て第二層Ｓ２とした。さらにその上に、ｎ- −Ａｌ0.2
Ｇａ0.8 Ｎ層（厚さ２０ｎｍ、ドーパントＳｉ、キャリ
ア濃度５×１０14ｃｍ-3）を成長させて第一層Ｓ１とし
た。層Ｓ１の上面に、オーミック電極としてＡｌ（上層
側、厚さ５００ｎｍ）／Ｔｉ（下層側、厚さ２０ｎｍ）
を形成し、光導電素子を得た。
【００３０】比較例１ 上記実施例１において第一層を設けず、第二層（ｎ- −
ＧａＮ、厚さ５μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度１
×１０15ｃｍ-3）上面に直接オーミック電極を形成した
こと以外は、実施例１と全く同様に光導電素子を形成し
た。即ち、実施例１の素子から第一層（ｎ- −ＡｌＧａ
Ｎ層）を取り除いて従来例とした。
ＧａＮ、厚さ５μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度１
×１０15ｃｍ-3）上面に直接オーミック電極を形成した
こと以外は、実施例１と全く同様に光導電素子を形成し
た。即ち、実施例１の素子から第一層（ｎ- −ＡｌＧａ
Ｎ層）を取り除いて従来例とした。
【００３１】〔評価〕実施例１、比較例１で製作した素
子に対して、４５０ｎｍより短い種々の波長の光を受光
対象光として照射し、各々の受光感度を調べた。その結
果を、図４にグラフとして示す。同グラフでは、実施例
１の結果を実線で、比較例１の結果を破線で示してい
る。
子に対して、４５０ｎｍより短い種々の波長の光を受光
対象光として照射し、各々の受光感度を調べた。その結
果を、図４にグラフとして示す。同グラフでは、実施例
１の結果を実線で、比較例１の結果を破線で示してい
る。
【００３２】先ず、受光感度は、実施例１、比較例１と
もに、ＧａＮのバンドギャップに対応する約波長３６５
ｎｍ付近から立ち上がり、それ以下の短い波長の光に対
しては、概ねフラットな特性を有するものとなったが、
実施例１の素子の方が、３６５ｎｍ以下全域にわたっ
て、高い感度を示すものであることがわかった。また、
波長についての特性は、実施例１の素子の方が、３６５
ｎｍ付近（ＧａＮのバンドギャップに対応）から３１４
ｎｍ付近（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎのバンドギャップに対
応）まで、より強くフラットな感度を有することがわか
った。
もに、ＧａＮのバンドギャップに対応する約波長３６５
ｎｍ付近から立ち上がり、それ以下の短い波長の光に対
しては、概ねフラットな特性を有するものとなったが、
実施例１の素子の方が、３６５ｎｍ以下全域にわたっ
て、高い感度を示すものであることがわかった。また、
波長についての特性は、実施例１の素子の方が、３６５
ｎｍ付近（ＧａＮのバンドギャップに対応）から３１４
ｎｍ付近（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎのバンドギャップに対
応）まで、より強くフラットな感度を有することがわか
った。
【００３３】実施例２ 本実施例では、図１（ｂ）の構造、図２（ｃ）のバンド
ダイヤグラムに示す態様の光導電素子を製作した。サフ
ァイアＣ面基板１上にＧａＮバッファ層（図示せず）を
介して、ｎ- −ＧａＮ層（厚さ４μｍ、ドーパントＳ
ｉ、キャリア濃度１×１０14ｃｍ-3）を成長させて第三
層Ｓ３とした。さらにその上に、ｎ- −Ｉｎ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎ層（厚さ２０ｎｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃
度５×１０14ｃｍ-3）を成長させて第二層Ｓ２とした。
さらにその上に、ｎ- −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層（厚さ３
０ｎｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度１×１０14ｃｍ
-3）を成長させて第一層Ｓ１とした。層Ｓ１の上面に、
オーミック電極としてＡｌ（上層側、厚さ５００ｎｍ）
／Ｔｉ（下層側、厚さ２０ｎｍ）を形成し、光導電素子
を得た。
ダイヤグラムに示す態様の光導電素子を製作した。サフ
ァイアＣ面基板１上にＧａＮバッファ層（図示せず）を
介して、ｎ- −ＧａＮ層（厚さ４μｍ、ドーパントＳ
ｉ、キャリア濃度１×１０14ｃｍ-3）を成長させて第三
層Ｓ３とした。さらにその上に、ｎ- −Ｉｎ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎ層（厚さ２０ｎｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃
度５×１０14ｃｍ-3）を成長させて第二層Ｓ２とした。
さらにその上に、ｎ- −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ層（厚さ３
０ｎｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度１×１０14ｃｍ
-3）を成長させて第一層Ｓ１とした。層Ｓ１の上面に、
オーミック電極としてＡｌ（上層側、厚さ５００ｎｍ）
／Ｔｉ（下層側、厚さ２０ｎｍ）を形成し、光導電素子
を得た。
【００３４】〔評価〕実施例２で製作した素子の受光感
度を、実施例１と同様に調べた。その結果を、図５にグ
ラフとして示す。先ず、受光感度は、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8
Ｎのバンドギャップに対応する波長４２３ｎｍ付近から
立ち上がる特性となった。即ち、第二層の材料にＩｎ
0.2 Ｇａ0. 8 Ｎを用いたことで、実施例１、比較例１の
素子に比べて、感度の立ち上がる部分が長波長側にシフ
トした。それ以下の短い波長の光に対しては、概ねフラ
ットな特性を有するものとなった。また、波長について
の特性は、４２３ｎｍ付近から２９３ｎｍ付近（Ａｌ
0.3Ｇａ0.7 Ｎのバンドギャップに対応）まで、強くフ
ラットな感度を有することがわかった。
度を、実施例１と同様に調べた。その結果を、図５にグ
ラフとして示す。先ず、受光感度は、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8
Ｎのバンドギャップに対応する波長４２３ｎｍ付近から
立ち上がる特性となった。即ち、第二層の材料にＩｎ
0.2 Ｇａ0. 8 Ｎを用いたことで、実施例１、比較例１の
素子に比べて、感度の立ち上がる部分が長波長側にシフ
トした。それ以下の短い波長の光に対しては、概ねフラ
ットな特性を有するものとなった。また、波長について
の特性は、４２３ｎｍ付近から２９３ｎｍ付近（Ａｌ
0.3Ｇａ0.7 Ｎのバンドギャップに対応）まで、強くフ
ラットな感度を有することがわかった。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導電素
子は、深層をキャリアが通過する構造としたので、受光
面の汚染や劣化の影響が軽減され、受光感度を改善する
ことができた。また、ＧａＮ系結晶を用いた素子構造で
あるから、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）な
どの短い波長の紫外線に対して、優れた耐性を有するも
のである。
子は、深層をキャリアが通過する構造としたので、受光
面の汚染や劣化の影響が軽減され、受光感度を改善する
ことができた。また、ＧａＮ系結晶を用いた素子構造で
あるから、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）な
どの短い波長の紫外線に対して、優れた耐性を有するも
のである。
【図１】本発明による光導電素子の一構成例を示す図で
ある。
ある。
【図２】本発明による光導電素子のバンドダイヤグラム
を模式的に示す図である。同図の例は、各層の導電型
を、ｎ型（ただし低濃度）またはアンドープとした例で
ある。Ｅｆはフェルミ準位を示している。
を模式的に示す図である。同図の例は、各層の導電型
を、ｎ型（ただし低濃度）またはアンドープとした例で
ある。Ｅｆはフェルミ準位を示している。
【図３】本発明による光導電素子の電極の態様を示す模
式図である。図３（ａ）は、クシ形電極のパターンの一
例を示す図であって、当該素子の上面（受光面）を見た
図である。互いに向かい合って組み合わせられた１対の
クシ形電極を説明するため、クシの歯数は少なく表現し
ている。図３（ｂ）は、電極の厚さ方向についての態様
例を示す図である。
式図である。図３（ａ）は、クシ形電極のパターンの一
例を示す図であって、当該素子の上面（受光面）を見た
図である。互いに向かい合って組み合わせられた１対の
クシ形電極を説明するため、クシの歯数は少なく表現し
ている。図３（ｂ）は、電極の厚さ方向についての態様
例を示す図である。
【図４】実施例１、比較例１で製作した素子の性能を示
すグラフであって、受光対象光の波長と、素子の受光感
度との関係を示している。受光感度を示す縦軸は任意目
盛である。
すグラフであって、受光対象光の波長と、素子の受光感
度との関係を示している。受光感度を示す縦軸は任意目
盛である。
【図５】図４のグラフと同様、実施例２で製作した素子
の性能を示すグラフである。受光感度を示す縦軸は、任
意目盛であり、図４のグラフと同じスケールである。
の性能を示すグラフである。受光感度を示す縦軸は、任
意目盛であり、図４のグラフと同じスケールである。
【図６】従来の光導電素子の構造を示す模式図である。
１ 結晶基板 Ｓ１ 第一層 Ｓ２ 第二層 Ｐ１、Ｐ２ 電極 Ｌ 受光対象光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡川 広明 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 大内 洋一郎 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 湖東 雅弘 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 平松 和政 三重県四日市市芝田１丁目４番22号 (72)発明者 濱村 寛 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 清水 澄人 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 5F088 AA11 AB07 BA13 BB10 DA05 DA14 DA17 FA05 GA02 LA05
Claims (4)
- 【請求項１】 受光対象光が入射するよう表層側に位置
しＧａＮ系結晶からなる第一層と、 第一層の深層側に接合され、第一層よりも小さいバンド
ギャップを有するＧａＮ系結晶からなる第二層と、 第一層に設けられた両極側の電極と、を有することを特
徴とする光導電素子。 - 【請求項２】 第一層と第二層との材料の組合せ（第一
層の材料／第二層の材料、条件）が、（ＡｌY1Ｇａ
(1-Y1)Ｎ／ＡｌY2Ｇａ(1-Y2)Ｎ、０≦Ｙ２＜Ｙ１＜
１）、または（ＩｎX2Ｇａ(1-X2)Ｎ／ＩｎX1Ｇａ(1-X1)
Ｎ、０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）、または（ＡｌY3Ｇａ(1-Y3)
Ｎ／ＩｎX3Ｇａ(1-X3)Ｎ、０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ３＜
１、０＜（Ｙ３＋Ｘ３））である請求項１記載の光導電
素子。 - 【請求項３】 第二層の深層側に接合された第三層をさ
らに有し、該第三層は、第二層よりも大きいバンドギャ
ップを有するＧａＮ系結晶からなるものである請求項１
または２記載の光導電素子。 - 【請求項４】 両電極が、間隔をおいて対向する２つの
クシ形電極であって、各々の電極のクシ形の歯の部分
が、第一層の表面上において互いにかみ合った状態で配
置されたパターンである請求項１記載の光導電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10352665A JP2000183373A (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 光導電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10352665A JP2000183373A (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 光導電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000183373A true JP2000183373A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18425607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10352665A Pending JP2000183373A (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 光導電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000183373A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001036101A (ja) * | 1999-06-21 | 2001-02-09 | Agilent Technol Inc | 改良された半導体構造を備える光導電性スイッチ |
| WO2007032368A1 (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-22 | Sanyo Electric Co., Ltd. | 電気機器、情報端末機、電気冷蔵庫、電気掃除機、紫外線センサおよび電界効果型トランジスタ |
| JP2007123554A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Sanyo Electric Co Ltd | 紫外線センサ |
| JP2010073814A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Ngk Insulators Ltd | 受光素子および受光素子の作製方法 |
| JP2010080481A (ja) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Ngk Insulators Ltd | 受光素子および受光素子の作製方法 |
| JP2012199523A (ja) * | 2011-03-07 | 2012-10-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体装置および半導体基板の製造方法 |
| JP2013080939A (ja) * | 2012-11-29 | 2013-05-02 | Pioneer Electronic Corp | 光伝導基板およびこれを用いた電磁波発生検出装置 |
| EP2705541A2 (de) * | 2011-05-02 | 2014-03-12 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Photodetektor für ultraviolette strahlung mit hoher empfindlichkeit und geringem dunkelstrom |
| WO2018128103A1 (ja) * | 2017-01-05 | 2018-07-12 | パナソニック株式会社 | 半導体リレー |
| WO2019142763A1 (ja) * | 2018-01-22 | 2019-07-25 | パナソニック株式会社 | 半導体受光素子、及び、半導体リレー |
| US10424684B2 (en) | 2017-06-13 | 2019-09-24 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | MSM ultraviolet ray receiving element, MSM ultraviolet ray receiving device |
-
1998
- 1998-12-11 JP JP10352665A patent/JP2000183373A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101874663B1 (ko) | 2011-03-07 | 2018-07-04 | 내셔날 인스티튜트 오브 어드밴스드 인더스트리얼 사이언스 앤드 테크놀로지 | 반도체 기판, 반도체 장치 및 반도체 기판의 제조 방법 |
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| JP2013080939A (ja) * | 2012-11-29 | 2013-05-02 | Pioneer Electronic Corp | 光伝導基板およびこれを用いた電磁波発生検出装置 |
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| US10818815B2 (en) | 2017-01-05 | 2020-10-27 | Panasonic Corporation | Semiconductor relay |
| US10424684B2 (en) | 2017-06-13 | 2019-09-24 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | MSM ultraviolet ray receiving element, MSM ultraviolet ray receiving device |
| WO2019142763A1 (ja) * | 2018-01-22 | 2019-07-25 | パナソニック株式会社 | 半導体受光素子、及び、半導体リレー |
| JPWO2019142763A1 (ja) * | 2018-01-22 | 2021-01-07 | パナソニック株式会社 | 半導体受光素子、及び、半導体リレー |
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| JP7109482B2 (ja) | 2018-01-22 | 2022-07-29 | パナソニックホールディングス株式会社 | 半導体受光素子、及び、半導体リレー |
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