JP2001284630A - 半導体光電変換素子ならびにその使用方法および製造方法 - Google Patents
半導体光電変換素子ならびにその使用方法および製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 分光感度が広く、大面積化が容易な半導体光
電変換素子を提供する。 【解決手段】 単結晶シリコン基板上に、結晶質シリコ
ンゲルマニウムによって、近赤外領域の光に感度を有す
る第１の光電変換層を形成し、その上に、非晶質シリコ
ンハイドライドによって、可視領域の光に感度を有する
第２の光電変換層を形成する。第２の光電変換層の形成
を第１の光電変換層の形成時よりも低い温度で行い、第
１の光電変換層に格子欠陥が生じるのを防止する。結晶
質シリコンゲルマニウムによって増倍層を形成し、第
１、第２の光電変換層で生成したキャリアを増倍する構
成もある。
電変換素子を提供する。 【解決手段】 単結晶シリコン基板上に、結晶質シリコ
ンゲルマニウムによって、近赤外領域の光に感度を有す
る第１の光電変換層を形成し、その上に、非晶質シリコ
ンハイドライドによって、可視領域の光に感度を有する
第２の光電変換層を形成する。第２の光電変換層の形成
を第１の光電変換層の形成時よりも低い温度で行い、第
１の光電変換層に格子欠陥が生じるのを防止する。結晶
質シリコンゲルマニウムによって増倍層を形成し、第
１、第２の光電変換層で生成したキャリアを増倍する構
成もある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体光電変換素子
に関し、特に撮像用の半導体光電変換素子に関する。
に関し、特に撮像用の半導体光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光を電気信号に変換することによって像
を撮影するデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置
は、近年、高性能化および高画素密度化が著しく、これ
に伴って、撮像装置に用いる光電変換素子の高感度化が
要求されるようになっている。特に、セキュリティのた
めに使用される監視カメラについては、照明が限られて
いたり全くなかったりする暗い場所での撮影を可能とす
る光電変換素子が強く求められている。また、監視カメ
ラは、２４時間動作させることが常であり、屋外に配設
されることも多く、過酷な条件下で使用されるから、光
電変換素子も耐久性に優れたものであることが望まし
い。
を撮影するデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置
は、近年、高性能化および高画素密度化が著しく、これ
に伴って、撮像装置に用いる光電変換素子の高感度化が
要求されるようになっている。特に、セキュリティのた
めに使用される監視カメラについては、照明が限られて
いたり全くなかったりする暗い場所での撮影を可能とす
る光電変換素子が強く求められている。また、監視カメ
ラは、２４時間動作させることが常であり、屋外に配設
されることも多く、過酷な条件下で使用されるから、光
電変換素子も耐久性に優れたものであることが望まし
い。
【０００３】これらの撮像装置に用いる光電変換素子は
半導体材料で作製されるが、特に、非晶質（アモルファ
ス）シリコンハイドライドが光電変換層の材料として用
いられることが多い。これは、非晶質シリコンハイドラ
イドが、人の眼の視感度に類似した分光感度特性を有
し、従来よりプロセス技術が確立されている結晶質シリ
コンとの整合性もよく、廉価であり、耐熱性に優れ、大
面積化も容易である等の種々の特長を備えるからであ
る。
半導体材料で作製されるが、特に、非晶質（アモルファ
ス）シリコンハイドライドが光電変換層の材料として用
いられることが多い。これは、非晶質シリコンハイドラ
イドが、人の眼の視感度に類似した分光感度特性を有
し、従来よりプロセス技術が確立されている結晶質シリ
コンとの整合性もよく、廉価であり、耐熱性に優れ、大
面積化も容易である等の種々の特長を備えるからであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】通常の撮像装置は色を
忠実に再現できることが望ましいが、監視カメラのよう
に、撮影された像の色合いよりも像を確実に撮影するこ
とが重要な撮像装置では、光電変換素子の分光感度特性
が人の視感度に類似していることよりも、光電変換素子
ができるだけ多くの光を利用し得ることのほうが優先す
るといえる。できるだけ多くの光を利用するためには、
可視領域の光のみならず近赤外領域の光に対しても感度
を有する光電変換素子を用いればよい。
忠実に再現できることが望ましいが、監視カメラのよう
に、撮影された像の色合いよりも像を確実に撮影するこ
とが重要な撮像装置では、光電変換素子の分光感度特性
が人の視感度に類似していることよりも、光電変換素子
ができるだけ多くの光を利用し得ることのほうが優先す
るといえる。できるだけ多くの光を利用するためには、
可視領域の光のみならず近赤外領域の光に対しても感度
を有する光電変換素子を用いればよい。
【０００５】ところが、非晶質シリコンハイドライド
は、エネルギーバンドギャップが約１．７ｅＶであっ
て、０．７５μｍを超える波長の光に対して感度をもた
ない。このため、近赤外領域における感度が低く、近赤
外領域の光をほとんど利用することができない。
は、エネルギーバンドギャップが約１．７ｅＶであっ
て、０．７５μｍを超える波長の光に対して感度をもた
ない。このため、近赤外領域における感度が低く、近赤
外領域の光をほとんど利用することができない。
【０００６】一方、近赤外領域から赤外領域にかけて感
度を有する材料にIII−VI族化合物の半導体があり、こ
れらは光通信や光情報処理の分野で用いられている。例
えば、インジウム、ガリウム、砒素の化合物の単結晶
は、１．３μｍ付近および１．５５μｍ付近の波長の光
に対して感度を有し、光通信の光電変換素子の光電変換
層として、盛んに利用されるようになってきた。
度を有する材料にIII−VI族化合物の半導体があり、こ
れらは光通信や光情報処理の分野で用いられている。例
えば、インジウム、ガリウム、砒素の化合物の単結晶
は、１．３μｍ付近および１．５５μｍ付近の波長の光
に対して感度を有し、光通信の光電変換素子の光電変換
層として、盛んに利用されるようになってきた。
【０００７】しかしながら、これらの半導体材料のみで
光電変換素子の光電変換層を形成すると、可視領域の光
を利用することができなくなる。また、撮影された像が
人が日常観察する像からあまりにかけ離れたものになっ
てしまう。
光電変換素子の光電変換層を形成すると、可視領域の光
を利用することができなくなる。また、撮影された像が
人が日常観察する像からあまりにかけ離れたものになっ
てしまう。
【０００８】非晶質シリコンハイドライドより成る光電
変換層とIII−VI族化合物より成る光電変換層を積層す
れば、可視領域から近赤外領域までの光を利用すること
は可能になるといえる。しかしながら、III−VI族化合
物の半導体材料は、非常に高価である上、シリコンプロ
セスとの整合性も悪いため、そのような構成の光電変換
素子の実現は現在のところ期待できない。
変換層とIII−VI族化合物より成る光電変換層を積層す
れば、可視領域から近赤外領域までの光を利用すること
は可能になるといえる。しかしながら、III−VI族化合
物の半導体材料は、非常に高価である上、シリコンプロ
セスとの整合性も悪いため、そのような構成の光電変換
素子の実現は現在のところ期待できない。
【０００９】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、分光感度が広く、安価で耐久性にすぐれた
半導体光電変換素子およびその製造方法を提供すること
を目的とし、特に、可視領域から近赤外領域までの光に
対して感度を有する半導体光電変換素子およびその製造
方法を提供することを目的とする。
れたもので、分光感度が広く、安価で耐久性にすぐれた
半導体光電変換素子およびその製造方法を提供すること
を目的とし、特に、可視領域から近赤外領域までの光に
対して感度を有する半導体光電変換素子およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【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、本発明では、半導体光電変換素子は、シリコンを含
み第１のエネルギーバンドギャップを有する第１の光電
変換層と、シリコンを含み第１のエネルギーバンドギャ
ップよりも大きい第２のエネルギーバンドギャップを有
する第２の光電変換層とを備える構成とする。
に、本発明では、半導体光電変換素子は、シリコンを含
み第１のエネルギーバンドギャップを有する第１の光電
変換層と、シリコンを含み第１のエネルギーバンドギャ
ップよりも大きい第２のエネルギーバンドギャップを有
する第２の光電変換層とを備える構成とする。
【００１１】エネルギーバンドギャップの異なる第１、
第２の光電変換層がそれぞれ異なる波長領域の光に対し
て感度をもつため、この半導体光電変換素子の分光感度
は広い。しかも、第１、第２の光電変換層はシリコンを
含む材料で形成されるため、安価であり、製造も容易で
ある。例えば、基板として結晶質シリコンを利用するこ
とができる。
第２の光電変換層がそれぞれ異なる波長領域の光に対し
て感度をもつため、この半導体光電変換素子の分光感度
は広い。しかも、第１、第２の光電変換層はシリコンを
含む材料で形成されるため、安価であり、製造も容易で
ある。例えば、基板として結晶質シリコンを利用するこ
とができる。
【００１２】ここで、第１の光電変換層は近赤外領域の
光に対して感度を有し、第２の光電変換層は可視領域の
光に対して感度を有するものとすることができる。この
ようにすると、撮像に適する光電変換素子となる。
光に対して感度を有し、第２の光電変換層は可視領域の
光に対して感度を有するものとすることができる。この
ようにすると、撮像に適する光電変換素子となる。
【００１３】第２の光電変換層は非単結晶シリコン化合
物半導体とすることができる。非単結晶とは、単結晶以
外の状態、すなわち、多結晶（ポリクリスタル）、微結
晶（マイクロクリスタル）または非晶質（アモルファ
ス）の状態をいう。非単結晶シリコン化合物半導体の形
成には種々の方法を採用することができ、素子の製造が
容易になる。特に、第２の光電変換層を非晶質シリコン
化合物半導体とするのが好ましい。
物半導体とすることができる。非単結晶とは、単結晶以
外の状態、すなわち、多結晶（ポリクリスタル）、微結
晶（マイクロクリスタル）または非晶質（アモルファ
ス）の状態をいう。非単結晶シリコン化合物半導体の形
成には種々の方法を採用することができ、素子の製造が
容易になる。特に、第２の光電変換層を非晶質シリコン
化合物半導体とするのが好ましい。
【００１４】前記目的を達成するために、本発明ではま
た、半導体光電変換素子は、結晶質シリコンゲルマニウ
ムより成る第１の光電変換層と、非単結晶シリコンハイ
ドライドより成る第２の光電変換層とを備える構成とす
る。
た、半導体光電変換素子は、結晶質シリコンゲルマニウ
ムより成る第１の光電変換層と、非単結晶シリコンハイ
ドライドより成る第２の光電変換層とを備える構成とす
る。
【００１５】結晶質シリコンゲルマニウムは、エネルギ
ーバンドギャップが約０．９ｅＶであり、近赤外領域の
光に対して感度を有する。したがって、この光電変換素
子は、非単結晶シリコンハイドライドより成る第２の光
電変換層で可視領域の光を光電変換することができるこ
とに加えて、結晶質シリコンゲルマニウムより成る第１
の光電変換層で近赤外領域の光を光電変換することも可
能であり、撮像に適する素子となる。また、安価である
上、製造も容易であって、結晶質シリコンを基板として
用いることができる。特に、第２の光電変換層を非晶質
シリコンハイドライドとするのが好ましい。
ーバンドギャップが約０．９ｅＶであり、近赤外領域の
光に対して感度を有する。したがって、この光電変換素
子は、非単結晶シリコンハイドライドより成る第２の光
電変換層で可視領域の光を光電変換することができるこ
とに加えて、結晶質シリコンゲルマニウムより成る第１
の光電変換層で近赤外領域の光を光電変換することも可
能であり、撮像に適する素子となる。また、安価である
上、製造も容易であって、結晶質シリコンを基板として
用いることができる。特に、第２の光電変換層を非晶質
シリコンハイドライドとするのが好ましい。
【００１６】この半導体光電変換素子に、第１の光電変
換層および第２の光電変換層で生じたキャリアを増倍す
る増倍層を備えるようにしてもよい。微弱な光しか入射
せず光電変換によって生じるキャリアが僅かなときで
も、それを増倍することが可能になり、感度の高い光電
変換素子となる。
換層および第２の光電変換層で生じたキャリアを増倍す
る増倍層を備えるようにしてもよい。微弱な光しか入射
せず光電変換によって生じるキャリアが僅かなときで
も、それを増倍することが可能になり、感度の高い光電
変換素子となる。
【００１７】増倍層は、組成比が一定の結晶質シリコン
ゲルマニウムまたは結晶質シリコンとすることができ
る。また、増倍層は、第１の光電変換層側から第２の光
電変換層側に向かって組成比が変化する部位と組成比が
一定の部位とを交互に有する結晶質シリコンゲルマニウ
ムまたは結晶質シリコンとすることもできる。前者の構
成では、キャリアは連続的に増倍されていき、後者の構
成では、キャリアは段階的に増倍されていくことにな
る。
ゲルマニウムまたは結晶質シリコンとすることができ
る。また、増倍層は、第１の光電変換層側から第２の光
電変換層側に向かって組成比が変化する部位と組成比が
一定の部位とを交互に有する結晶質シリコンゲルマニウ
ムまたは結晶質シリコンとすることもできる。前者の構
成では、キャリアは連続的に増倍されていき、後者の構
成では、キャリアは段階的に増倍されていくことにな
る。
【００１８】第１の光電変換層と第２の光電変換層との
間に、第１の光電変換層と第２の光電変換層のエネルギ
ーバンドの不連続を緩和する緩和層を備えるようにして
もよい。エネルギーバンドの不連続な界面では暗電流の
原因となる格子欠陥が生じ易いが、緩和層により格子欠
陥の生成が抑えられるため、暗電流の少ない、したがっ
てノイズの少ない光電変換素子となる。
間に、第１の光電変換層と第２の光電変換層のエネルギ
ーバンドの不連続を緩和する緩和層を備えるようにして
もよい。エネルギーバンドの不連続な界面では暗電流の
原因となる格子欠陥が生じ易いが、緩和層により格子欠
陥の生成が抑えられるため、暗電流の少ない、したがっ
てノイズの少ない光電変換素子となる。
【００１９】緩和層は、第１の光電変換層側から第２の
光電変換層側に向かってゲルマニウムの含有量が次第に
減少する結晶質シリコンゲルマニウムとすることができ
る。このような緩和層は、例えば、エピタキシャル成長
における原料ガスの組成を次第に変化させることで容易
に形成することが可能であり、製造工程が特に複雑にな
ることもない。
光電変換層側に向かってゲルマニウムの含有量が次第に
減少する結晶質シリコンゲルマニウムとすることができ
る。このような緩和層は、例えば、エピタキシャル成長
における原料ガスの組成を次第に変化させることで容易
に形成することが可能であり、製造工程が特に複雑にな
ることもない。
【００２０】本発明では、上記の各半導体光電変換素子
を、第２の光電変換層側から光を入射させる方法で使用
する。すなわち、光の一部をまず第２の光電変換層で光
電変換し、第２の光電変換層で光電変換されなかった光
を第１の光電変換層で光電変換する。この使用方法で
は、不透明な基板の上に第１の光電変換層を形成し、そ
の上に第２の光電変換層を形成し、さらにその上に透明
な電極を形成するという製造方法を採用することができ
るため、第１、第２の光電変換層をそれぞれ結晶質シリ
コンゲルマニウム、非単結晶シリコンハイドライドとす
る場合に、製造が容易になる。
を、第２の光電変換層側から光を入射させる方法で使用
する。すなわち、光の一部をまず第２の光電変換層で光
電変換し、第２の光電変換層で光電変換されなかった光
を第１の光電変換層で光電変換する。この使用方法で
は、不透明な基板の上に第１の光電変換層を形成し、そ
の上に第２の光電変換層を形成し、さらにその上に透明
な電極を形成するという製造方法を採用することができ
るため、第１、第２の光電変換層をそれぞれ結晶質シリ
コンゲルマニウム、非単結晶シリコンハイドライドとす
る場合に、製造が容易になる。
【００２１】前記目的を達成するために、本発明ではま
た、所定の導電型の結晶質シリコン基板の上に、同じ導
電型の結晶質シリコンゲルマニウム層を形成する第１の
工程と、結晶質シリコンゲルマニウム層の上に、第１の
波長領域の光に対して感度を有する第１の光電変換層を
形成する第２の工程と、第２の工程よりも低い温度で、
第１の光電変換層の上に、第２の波長領域の光に対して
感度を有する第２の光電変換層を形成する第３の工程と
を含む方法で半導体光電変換素子を製造する。
た、所定の導電型の結晶質シリコン基板の上に、同じ導
電型の結晶質シリコンゲルマニウム層を形成する第１の
工程と、結晶質シリコンゲルマニウム層の上に、第１の
波長領域の光に対して感度を有する第１の光電変換層を
形成する第２の工程と、第２の工程よりも低い温度で、
第１の光電変換層の上に、第２の波長領域の光に対して
感度を有する第２の光電変換層を形成する第３の工程と
を含む方法で半導体光電変換素子を製造する。
【００２２】この製造方法では、２つの波長領域の光に
対して感度を有する半導体光電変換素子を得ることがで
きる。しかも、第２の光電変換層を形成する第３の工程
を第１の光電変換層を形成する第２の工程よりも低い温
度で行うから、既に形成されている第１の光電変換層に
悪影響を与えることがない。
対して感度を有する半導体光電変換素子を得ることがで
きる。しかも、第２の光電変換層を形成する第３の工程
を第１の光電変換層を形成する第２の工程よりも低い温
度で行うから、既に形成されている第１の光電変換層に
悪影響を与えることがない。
【００２３】本発明ではさらに、所定の導電型の結晶質
シリコン基板の上に、同じ導電型の結晶質シリコンゲル
マニウム層を形成する第１の工程と、結晶質シリコンゲ
ルマニウム層の上に、キャリアを増倍する増倍層を形成
する第２の工程と、増倍層の上に、第１の波長領域の光
に対して感度を有する第１の光電変換層を形成する第３
の工程と、第３の工程よりも低い温度で、第１の光電変
換層の上に、第２の波長領域の光に対して感度を有する
第２の光電変換層を形成する第４の工程とを含む方法で
半導体光電変換素子を製造する。
シリコン基板の上に、同じ導電型の結晶質シリコンゲル
マニウム層を形成する第１の工程と、結晶質シリコンゲ
ルマニウム層の上に、キャリアを増倍する増倍層を形成
する第２の工程と、増倍層の上に、第１の波長領域の光
に対して感度を有する第１の光電変換層を形成する第３
の工程と、第３の工程よりも低い温度で、第１の光電変
換層の上に、第２の波長領域の光に対して感度を有する
第２の光電変換層を形成する第４の工程とを含む方法で
半導体光電変換素子を製造する。
【００２４】この製造方法では、２つの波長領域の光に
対して感度を有し、しかもキャリアを増倍する機能をも
つ半導体光電変換素子を得ることができる。第２の光電
変換層の形成が既に形成されている第１の光電変換層に
悪影響を与えることがないのは、上記の方法と同様であ
る。
対して感度を有し、しかもキャリアを増倍する機能をも
つ半導体光電変換素子を得ることができる。第２の光電
変換層の形成が既に形成されている第１の光電変換層に
悪影響を与えることがないのは、上記の方法と同様であ
る。
【００２５】これらの製造方法において、第１の光電変
換層をシリコンゲルマニウムで結晶質層として形成し、
第２の光電変換層をシリコンハイドライドで非晶質層と
して形成するとよい。第１の光電変換層で近赤外領域の
光を、第２の光電変換層で可視領域の光を光電変換する
半導体光電変換素子が得られる。各光電変換層の形成も
容易である。
換層をシリコンゲルマニウムで結晶質層として形成し、
第２の光電変換層をシリコンハイドライドで非晶質層と
して形成するとよい。第１の光電変換層で近赤外領域の
光を、第２の光電変換層で可視領域の光を光電変換する
半導体光電変換素子が得られる。各光電変換層の形成も
容易である。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体光電変換素
子およびその製造方法の実施形態について、図面を参照
しながら説明する。第１の実施形態の半導体光電変換素
子１の構成を図１に模式的に示す。光電変換素子１は、
基板１１、下地層１２、第１の光電変換層１３、第２の
光電変換層１４、窓層１５、および透明電極１６より成
る。下地層１２ないし透明電極１６は、この順で基板１
１上に積層されている。
子およびその製造方法の実施形態について、図面を参照
しながら説明する。第１の実施形態の半導体光電変換素
子１の構成を図１に模式的に示す。光電変換素子１は、
基板１１、下地層１２、第１の光電変換層１３、第２の
光電変換層１４、窓層１５、および透明電極１６より成
る。下地層１２ないし透明電極１６は、この順で基板１
１上に積層されている。
【００２７】基板１１はｎ型の単結晶シリコンであり、
下地層１２は基板１１と同じｎ型の結晶質シリコンゲル
マニウムである。第１の光電変換層１３は真性の結晶質
シリコンゲルマニウムであり、第２の光電変換層１４は
真性の非晶質シリコンハイドライドである。また、窓層
１５はｐ型の非晶質シリコンカーバイドハイドライドで
あり、透明電極１６はインジウム錫オキサイドである。
下地層１２は基板１１と同じｎ型の結晶質シリコンゲル
マニウムである。第１の光電変換層１３は真性の結晶質
シリコンゲルマニウムであり、第２の光電変換層１４は
真性の非晶質シリコンハイドライドである。また、窓層
１５はｐ型の非晶質シリコンカーバイドハイドライドで
あり、透明電極１６はインジウム錫オキサイドである。
【００２８】光電変換素子１は、透明電極１６側から光
を受けて、透明電極１６および窓層１５を透過した光
を、第２の光電変換層１４と第１の光電変換層１３で順
に光電変換する。基板１１−窓層１５間に逆バイアスの
電圧が印加されているときの光電変換素子１のエネルギ
ーバンドギャップを図２に模式的に示す。
を受けて、透明電極１６および窓層１５を透過した光
を、第２の光電変換層１４と第１の光電変換層１３で順
に光電変換する。基板１１−窓層１５間に逆バイアスの
電圧が印加されているときの光電変換素子１のエネルギ
ーバンドギャップを図２に模式的に示す。
【００２９】非晶質シリコンハイドライドである第２の
光電変換層１４は、１．７ｅＶ程度のエネルギーバンド
ギャップを有しており、波長０．７５μｍ以下の可視領
域の光を吸収する。結晶質シリコンゲルマニウムである
第１の光電変換層１３は、０．９ｅＶ程度のエネルギー
バンドギャプを有しており、第２の光電変換層１４で吸
収されなかった波長０．７５μｍ以上の近赤外領域の光
を吸収する。逆バイアスの電圧が印加されている状態で
光電変換層１３、１４が光を吸収することにより、電子
ｅと正孔ｈの対が生じ、これらがキャリアとなる。
光電変換層１４は、１．７ｅＶ程度のエネルギーバンド
ギャップを有しており、波長０．７５μｍ以下の可視領
域の光を吸収する。結晶質シリコンゲルマニウムである
第１の光電変換層１３は、０．９ｅＶ程度のエネルギー
バンドギャプを有しており、第２の光電変換層１４で吸
収されなかった波長０．７５μｍ以上の近赤外領域の光
を吸収する。逆バイアスの電圧が印加されている状態で
光電変換層１３、１４が光を吸収することにより、電子
ｅと正孔ｈの対が生じ、これらがキャリアとなる。
【００３０】このように、光電変換素子１は可視領域の
光と近赤外領域の光の双方に感度を有しており、光の利
用効率が高い。したがって、撮像素子として利用すれ
ば、環境が明るいときだけでなく暗いときでも対象物を
明確に撮影することができる。
光と近赤外領域の光の双方に感度を有しており、光の利
用効率が高い。したがって、撮像素子として利用すれ
ば、環境が明るいときだけでなく暗いときでも対象物を
明確に撮影することができる。
【００３１】光電変換素子１は次のようにして生成す
る。まず、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）ガスおよびゲルマニウ
ムを主原料、フォスフィン（ＰＨ3）ガスをドーパント
として用い、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法により
ｎ型のシリコンゲルマニウム混晶を基板１１上に成長さ
せて、下地層１２を形成する。次いで、ジシランガスお
よびゲルマニウムを用い、同じくＭＢＥ法により真性の
シリコンゲルマニウム混晶を下地層１２上に成長させ
て、第１の光電変換層１３を形成する。このときの温度
は５００〜６００℃である。また、光電変換層１３のゲ
ルマニウムの組成比は３０％程度またはそれ以下とす
る。
る。まず、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）ガスおよびゲルマニウ
ムを主原料、フォスフィン（ＰＨ3）ガスをドーパント
として用い、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法により
ｎ型のシリコンゲルマニウム混晶を基板１１上に成長さ
せて、下地層１２を形成する。次いで、ジシランガスお
よびゲルマニウムを用い、同じくＭＢＥ法により真性の
シリコンゲルマニウム混晶を下地層１２上に成長させ
て、第１の光電変換層１３を形成する。このときの温度
は５００〜６００℃である。また、光電変換層１３のゲ
ルマニウムの組成比は３０％程度またはそれ以下とす
る。
【００３２】なお、光電変換層１３は、ジクロロシラン
（ＳｉＣｌ2Ｈ2）ガスとモノゲルマン（ＧｅＨ4）ガス
を用いる低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）法によって、７０
０℃程度の温度で形成することもできる。また、ジシラ
ンガスとモノデルマンガスを用いる高真空化学蒸着（Ｕ
ＨＶ-ＣＶＤ）法によって、６２５℃程度の温度、６．
７×１０-2Ｐａ（５×１０-4Ｔｏｒｒ）程度の圧力で形
成することも可能である。
（ＳｉＣｌ2Ｈ2）ガスとモノゲルマン（ＧｅＨ4）ガス
を用いる低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）法によって、７０
０℃程度の温度で形成することもできる。また、ジシラ
ンガスとモノデルマンガスを用いる高真空化学蒸着（Ｕ
ＨＶ-ＣＶＤ）法によって、６２５℃程度の温度、６．
７×１０-2Ｐａ（５×１０-4Ｔｏｒｒ）程度の圧力で形
成することも可能である。
【００３３】第１の光電変換層１３の形成後、モノシラ
ンガスまたはジシランガスを用い、プラズマ励起化学蒸
着（ＰＣＶＤ）法により光電変換層１３上に非晶質シリ
コンハイドライドを成長させて、第２の光電変換層１４
を形成する。このときの温度は２００〜３００℃であ
る。このように第２の光電変換層１４の形成を第１の光
電変換層１３の形成よりも低い温度で行うと、シリコン
ゲルマニウム混晶に格子欠陥が発生することがなく、第
１の光電変換層１３でノイズが生じたり、光の吸収効率
が低下したりするのを避けることができる。なお、非晶
質シリコンハイドライドである第２の光電変換層１４を
他の方法で形成することも可能であるが、その場合も第
２の光電変換層１４の形成温度は第１の光電変換層１３
の形成温度よりも低くするのが好ましい。
ンガスまたはジシランガスを用い、プラズマ励起化学蒸
着（ＰＣＶＤ）法により光電変換層１３上に非晶質シリ
コンハイドライドを成長させて、第２の光電変換層１４
を形成する。このときの温度は２００〜３００℃であ
る。このように第２の光電変換層１４の形成を第１の光
電変換層１３の形成よりも低い温度で行うと、シリコン
ゲルマニウム混晶に格子欠陥が発生することがなく、第
１の光電変換層１３でノイズが生じたり、光の吸収効率
が低下したりするのを避けることができる。なお、非晶
質シリコンハイドライドである第２の光電変換層１４を
他の方法で形成することも可能であるが、その場合も第
２の光電変換層１４の形成温度は第１の光電変換層１３
の形成温度よりも低くするのが好ましい。
【００３４】第２の光電変換層１４の形成後、モノシラ
ンガスまたはジシランガスとエチレン（Ｃ2Ｈ4）ガスを
用い、プラズマ励起化学蒸着法により光電変換層１４上
に非晶質シリコンカーバイドハイドライドを成長させ
て、窓層１５を形成する。最後に窓層１５上に透明電極
１６を形成する。なお、窓層１５や透明電極１６は、こ
こに示した材料で形成する必要はなく、可視領域から近
赤外領域までの光を良好に透過させるものであれば、ど
のような材料を用いて形成してもかまわない。
ンガスまたはジシランガスとエチレン（Ｃ2Ｈ4）ガスを
用い、プラズマ励起化学蒸着法により光電変換層１４上
に非晶質シリコンカーバイドハイドライドを成長させ
て、窓層１５を形成する。最後に窓層１５上に透明電極
１６を形成する。なお、窓層１５や透明電極１６は、こ
こに示した材料で形成する必要はなく、可視領域から近
赤外領域までの光を良好に透過させるものであれば、ど
のような材料を用いて形成してもかまわない。
【００３５】第２の実施形態の半導体光電変換素子２の
構成を図３に模式的に示す。この光電変換素子２は、第
１の実施形態の光電変換素子１に、光電変換層１３、１
４間のエネルギーバンドの不連続を緩和するための緩和
層１７を追加したものである。
構成を図３に模式的に示す。この光電変換素子２は、第
１の実施形態の光電変換素子１に、光電変換層１３、１
４間のエネルギーバンドの不連続を緩和するための緩和
層１７を追加したものである。
【００３６】緩和層１７は真性の結晶質シリコンゲルマ
ニウムであり、組成比が第１の光電変換層１３から第２
の光電変換層１４に向かって次第に変化している。具体
的には、第１の光電変換層１３側の端部は光電変換層１
３と同じ組成比（ゲルマニウムが３０％程度）であり、
第２の光電変換層１４側の端部は光電変換層１４と同じ
組成比（ゲルマニウムが０％）である。
ニウムであり、組成比が第１の光電変換層１３から第２
の光電変換層１４に向かって次第に変化している。具体
的には、第１の光電変換層１３側の端部は光電変換層１
３と同じ組成比（ゲルマニウムが３０％程度）であり、
第２の光電変換層１４側の端部は光電変換層１４と同じ
組成比（ゲルマニウムが０％）である。
【００３７】基板１１−窓層１５間に逆バイアスの電圧
が印加されているときの光電変換素子２のエネルギーバ
ンドギャップを図４に模式的に示す。光電変換層１３、
１４間に緩和層１７を設けたことで、界面に格子欠陥が
生じるのを抑えることができて、暗電流の少ない、した
がってノイズの少ない素子となる。
が印加されているときの光電変換素子２のエネルギーバ
ンドギャップを図４に模式的に示す。光電変換層１３、
１４間に緩和層１７を設けたことで、界面に格子欠陥が
生じるのを抑えることができて、暗電流の少ない、した
がってノイズの少ない素子となる。
【００３８】緩和層１７は、第１の光電変換層１３の形
成に連続して、ゲルマニウムの組成を低下させながら形
成する。したがって、工程数が増加することはない。ま
た、緩和層１７の上面は結晶質シリコンとなるから、第
２の光電変換層１４を前述の方法で容易に形成すること
ができる。
成に連続して、ゲルマニウムの組成を低下させながら形
成する。したがって、工程数が増加することはない。ま
た、緩和層１７の上面は結晶質シリコンとなるから、第
２の光電変換層１４を前述の方法で容易に形成すること
ができる。
【００３９】第３の実施形態の半導体光電変換素子３の
構成を図５に模式的に示す。この光電変換素子３は、第
１の実施形態の光電変換素子１に、生成したキャリアを
増倍するための増倍層１８と中間層１９を追加したもの
である。増倍層１８と中間層１９は下地層１２と第１の
光電変換層１３の間に設けられており、増倍層１８が下
地層１２に、中間層１９が光電変換層１３に接してい
る。
構成を図５に模式的に示す。この光電変換素子３は、第
１の実施形態の光電変換素子１に、生成したキャリアを
増倍するための増倍層１８と中間層１９を追加したもの
である。増倍層１８と中間層１９は下地層１２と第１の
光電変換層１３の間に設けられており、増倍層１８が下
地層１２に、中間層１９が光電変換層１３に接してい
る。
【００４０】増倍層１８は、真性の結晶質シリコンゲル
マニウムであり、その組成は第１の光電変換層１３側の
端部から中間層１９側の端部まで一定である。具体的に
は、増倍層１８の組成はゲルマニウムが５０％未満、よ
り好ましくは３０％である。中間層１９はｐ型の結晶質
シリコンゲルマニウムである。
マニウムであり、その組成は第１の光電変換層１３側の
端部から中間層１９側の端部まで一定である。具体的に
は、増倍層１８の組成はゲルマニウムが５０％未満、よ
り好ましくは３０％である。中間層１９はｐ型の結晶質
シリコンゲルマニウムである。
【００４１】基板１１−窓層１５間に逆バイアスの高い
電圧が印加されているときの光電変換素子３のエネルギ
ーバンドギャップを図６に模式的に示す。増倍層１８に
は非常に強い電界が加わり、これによりアバランシェ現
象が生じて、一方のキャリアである電子ｅが増倍され
る。
電圧が印加されているときの光電変換素子３のエネルギ
ーバンドギャップを図６に模式的に示す。増倍層１８に
は非常に強い電界が加わり、これによりアバランシェ現
象が生じて、一方のキャリアである電子ｅが増倍され
る。
【００４２】この光電変換素子３は僅かな光で多数のキ
ャリアを生成することができ、感度がきわめて高い。し
たがって、撮像に用いれば、環境が非常に暗いときでも
対象物を明確に撮影することができる。
ャリアを生成することができ、感度がきわめて高い。し
たがって、撮像に用いれば、環境が非常に暗いときでも
対象物を明確に撮影することができる。
【００４３】増倍層１８と中間層１９以外の各層は、前
述の方法で形成する。増倍層１８は、第１の光電変換層
１３と同様の方法で形成することができる。中間層１９
も光電変換層１３と同様の方法で形成することができる
が、ドーパントとして例えばジボラン（Ｂ2Ｈ6）を加え
る。
述の方法で形成する。増倍層１８は、第１の光電変換層
１３と同様の方法で形成することができる。中間層１９
も光電変換層１３と同様の方法で形成することができる
が、ドーパントとして例えばジボラン（Ｂ2Ｈ6）を加え
る。
【００４４】なお、増倍層１８を結晶質シリコンとする
こともできる。このようにすると、エネルギーバンドギ
ャップが約１．１ｅＶとなって、暗電流が低減する。増
倍層１８を結晶質シリコンとする場合、下地層１２や中
間層１９も結晶質シリコンとすることができる。
こともできる。このようにすると、エネルギーバンドギ
ャップが約１．１ｅＶとなって、暗電流が低減する。増
倍層１８を結晶質シリコンとする場合、下地層１２や中
間層１９も結晶質シリコンとすることができる。
【００４５】組成比が一定の増倍層１８に代えて、図７
に示す構成の増倍層２０を設けるようにしてもよい。こ
の増倍層２０は、増倍層１８と同様に真性の結晶質シリ
コンゲルマニウムであるが、組成比が一定の井戸層２０
ａと組成比が次第に変化する傾斜層２０ｂを交互に多数
有する。各井戸層２０ａは３０％程度のゲルマニウムを
含む。各傾斜層２０ｂの組成は光電変換層１３側に向か
ってゲルマニウムが増すように設定されており、基板１
１側の端部ではゲルマニウムが０％、光電変換層１３側
では井戸層と同じ組成となっている。したがって、傾斜
層２０ｂと基板１１側の井戸層２０ａにはエネルギーバ
ンドギャップに差が生じる。
に示す構成の増倍層２０を設けるようにしてもよい。こ
の増倍層２０は、増倍層１８と同様に真性の結晶質シリ
コンゲルマニウムであるが、組成比が一定の井戸層２０
ａと組成比が次第に変化する傾斜層２０ｂを交互に多数
有する。各井戸層２０ａは３０％程度のゲルマニウムを
含む。各傾斜層２０ｂの組成は光電変換層１３側に向か
ってゲルマニウムが増すように設定されており、基板１
１側の端部ではゲルマニウムが０％、光電変換層１３側
では井戸層と同じ組成となっている。したがって、傾斜
層２０ｂと基板１１側の井戸層２０ａにはエネルギーバ
ンドギャップに差が生じる。
【００４６】逆バイアスの電圧が印加されているときの
増倍層２０のエネルギーバンドギャップを図８に模式的
に示す。一方のキャリアである電子ｅは、傾斜層２０ｂ
と井戸層２０ａのバンドギャップ差により大きなエネル
ギーを得て、インパクトイオン化により井戸層２０ａに
新たな電子ｅを生じさせる。したがって、増倍層２０を
通過する間に電子ｅは大きく増倍されていく。この構成
では、増倍率を増倍層１８よりも高くすることが容易で
ある。
増倍層２０のエネルギーバンドギャップを図８に模式的
に示す。一方のキャリアである電子ｅは、傾斜層２０ｂ
と井戸層２０ａのバンドギャップ差により大きなエネル
ギーを得て、インパクトイオン化により井戸層２０ａに
新たな電子ｅを生じさせる。したがって、増倍層２０を
通過する間に電子ｅは大きく増倍されていく。この構成
では、増倍率を増倍層１８よりも高くすることが容易で
ある。
【００４７】傾斜層２０ｂは原料の組成を次第に変化さ
せることで形成することができる。なお、傾斜層２０ｂ
に炭素、窒素等を含ませて井戸層２０ａとのエネルギー
バンドギャップ差を大きくし、増倍効果をさらに高める
ことも可能である。また、井戸層２０ａを結晶質シリコ
ンとし、傾斜層２０ｂを結晶質シリコンカーバイドとす
ることもできる。その場合も、傾斜層２０ｂの組成を上
記のように変化させる。
せることで形成することができる。なお、傾斜層２０ｂ
に炭素、窒素等を含ませて井戸層２０ａとのエネルギー
バンドギャップ差を大きくし、増倍効果をさらに高める
ことも可能である。また、井戸層２０ａを結晶質シリコ
ンとし、傾斜層２０ｂを結晶質シリコンカーバイドとす
ることもできる。その場合も、傾斜層２０ｂの組成を上
記のように変化させる。
【００４８】第４の実施形態の半導体光電変換素子４の
構成を図９に模式的に示す。この光電変換素子４は、第
３の実施形態の光電変換素子３と同様の構成で、導電型
を逆にしたものである。すなわち、基板２１はｐ型の単
結晶シリコン、下地層２２はｐ型の結晶質シリコンゲル
マニウム、中間層２９はｎ型の結晶質シリコンゲルマニ
ウム、窓層２５はｎ型の非晶質シリコンカーバイドハイ
ドライドである。増倍層２８は真性の結晶質シリコンゲ
ルマニウムであるが、その組成はゲルマニウムが５０％
を超える。光電変換層１３、１４は光電変換素子３のも
のと同じである。
構成を図９に模式的に示す。この光電変換素子４は、第
３の実施形態の光電変換素子３と同様の構成で、導電型
を逆にしたものである。すなわち、基板２１はｐ型の単
結晶シリコン、下地層２２はｐ型の結晶質シリコンゲル
マニウム、中間層２９はｎ型の結晶質シリコンゲルマニ
ウム、窓層２５はｎ型の非晶質シリコンカーバイドハイ
ドライドである。増倍層２８は真性の結晶質シリコンゲ
ルマニウムであるが、その組成はゲルマニウムが５０％
を超える。光電変換層１３、１４は光電変換素子３のも
のと同じである。
【００４９】基板２１−窓層２５間に逆バイアスの電圧
が印加されているときの光電変換素子４のエネルギーバ
ンドギャップを図１０に模式的に示す。光電変換素子４
では、電子ｅではなく、他方のキャリアであるホールｈ
が増倍される。結晶質シリコンゲルマニウムにおいて
は、ゲルマニウムの量が５０％を超えると電子のイオン
化率よりも正孔のイオン化率が大きくなることが知られ
ているが（例えば、IEEETrans. Electron Devices, Vo
l.43, No.6, pp.977-981）、光電変換素子４はこの特性
を利用したものである。
が印加されているときの光電変換素子４のエネルギーバ
ンドギャップを図１０に模式的に示す。光電変換素子４
では、電子ｅではなく、他方のキャリアであるホールｈ
が増倍される。結晶質シリコンゲルマニウムにおいて
は、ゲルマニウムの量が５０％を超えると電子のイオン
化率よりも正孔のイオン化率が大きくなることが知られ
ているが（例えば、IEEETrans. Electron Devices, Vo
l.43, No.6, pp.977-981）、光電変換素子４はこの特性
を利用したものである。
【００５０】光電変換素子４は、原料の組成を変えるだ
けで、光電変換素子３と同様の方法で製造することがで
きる。なお、増倍層２８を結晶質シリコンとしてもよい
ことは前述のとおりである。また、組成が一定の増倍層
２８に代えて、図８に示したような、井戸層と傾斜層を
交互に多数有する増倍層を設けるようにしてもよい。
けで、光電変換素子３と同様の方法で製造することがで
きる。なお、増倍層２８を結晶質シリコンとしてもよい
ことは前述のとおりである。また、組成が一定の増倍層
２８に代えて、図８に示したような、井戸層と傾斜層を
交互に多数有する増倍層を設けるようにしてもよい。
【００５１】以上説明したように、各実施形態の半導体
光電変換素子１〜４は、可視領域の光だけでなく、近赤
外領域の光も光電変換することができるため、光の利用
効率が高い。したがって、撮像素子として有用である。
特に、増倍層を備える光電変換素子３、４は感度がきわ
めて高いから、暗所での撮影に好適である。しかも、各
光電変換素子１〜４の光電変換層１３、１４はシリコン
を主材料として形成されているため、基板１１、２１と
しての単結晶シリコン基板との相性がよく、製造の容易
な素子となる。
光電変換素子１〜４は、可視領域の光だけでなく、近赤
外領域の光も光電変換することができるため、光の利用
効率が高い。したがって、撮像素子として有用である。
特に、増倍層を備える光電変換素子３、４は感度がきわ
めて高いから、暗所での撮影に好適である。しかも、各
光電変換素子１〜４の光電変換層１３、１４はシリコン
を主材料として形成されているため、基板１１、２１と
しての単結晶シリコン基板との相性がよく、製造の容易
な素子となる。
【００５２】
【発明の効果】シリコンを含み第１のエネルギーバンド
ギャップを有する第１の光電変換層と、シリコンを含み
第１のエネルギーバンドギャップよりも大きい第２のエ
ネルギーバンドギャップを有する第２の光電変換層とを
備える本発明の半導体光電変換素子は、分光感度が広
く、光を効率よく利用することができる。しかも、両光
電変換層はシリコンを含む材料で形成されるため、安価
である上、製造も容易である。
ギャップを有する第１の光電変換層と、シリコンを含み
第１のエネルギーバンドギャップよりも大きい第２のエ
ネルギーバンドギャップを有する第２の光電変換層とを
備える本発明の半導体光電変換素子は、分光感度が広
く、光を効率よく利用することができる。しかも、両光
電変換層はシリコンを含む材料で形成されるため、安価
である上、製造も容易である。
【００５３】第１の光電変換層が近赤外領域の光に対し
て感度を有し、第２の光電変換層が可視領域の光に対し
て感度を有するようにすると、撮像、特に暗所での撮像
に好適な光電変換素子となる。
て感度を有し、第２の光電変換層が可視領域の光に対し
て感度を有するようにすると、撮像、特に暗所での撮像
に好適な光電変換素子となる。
【００５４】第２の光電変換層を非単結晶シリコン化合
物半導体、特に、非晶質シリコン化合物半導体とする
と、製造が一層容易になる。
物半導体、特に、非晶質シリコン化合物半導体とする
と、製造が一層容易になる。
【００５５】結晶質シリコンゲルマニウムより成る第１
の光電変換層と、非単結晶シリコンハイドライドより成
る第２の光電変換層とを備える本発明の半導体光電変換
素子は、可視領域の光と近赤外領域の光の双方を光電変
換することが可能であり、撮像、特に暗所での撮像の好
適である。また、安価であり、製造も容易である。
の光電変換層と、非単結晶シリコンハイドライドより成
る第２の光電変換層とを備える本発明の半導体光電変換
素子は、可視領域の光と近赤外領域の光の双方を光電変
換することが可能であり、撮像、特に暗所での撮像の好
適である。また、安価であり、製造も容易である。
【００５６】第２の光電変換層を非晶質シリコンハイド
ライドとすると、製造が一層容易になる。
ライドとすると、製造が一層容易になる。
【００５７】ここで、第１の光電変換層および第２の光
電変換層で生じたキャリアを増倍する増倍層を備えるよ
うにすると、微弱な光しか入射せず光電変換によって生
じるキャリアが僅かなときでも、それを増倍することが
可能になり、感度の高い素子となる。
電変換層で生じたキャリアを増倍する増倍層を備えるよ
うにすると、微弱な光しか入射せず光電変換によって生
じるキャリアが僅かなときでも、それを増倍することが
可能になり、感度の高い素子となる。
【００５８】組成比が一定の結晶質シリコンゲルマニウ
ムまたは結晶質シリコンで増倍層を構成すると、製造が
容易である。また、組成比が変化する部位と組成比が一
定の部位とを交互に有する結晶質シリコンゲルマニウム
または結晶質シリコンで増倍層を構成すると、増倍の効
果をきわめて大きくすることができる。
ムまたは結晶質シリコンで増倍層を構成すると、製造が
容易である。また、組成比が変化する部位と組成比が一
定の部位とを交互に有する結晶質シリコンゲルマニウム
または結晶質シリコンで増倍層を構成すると、増倍の効
果をきわめて大きくすることができる。
【００５９】第１の光電変換層と第２の光電変換層との
間にエネルギーバンドの不連続を緩和する緩和層を備え
ると、界面に格子欠陥が生じるのを抑えることができ
て、ノイズの少ない光電変換素子となる。
間にエネルギーバンドの不連続を緩和する緩和層を備え
ると、界面に格子欠陥が生じるのを抑えることができ
て、ノイズの少ない光電変換素子となる。
【００６０】第１の光電変換層側から第２の光電変換層
側に向かってゲルマニウムの含有量が次第に減少する結
晶質シリコンゲルマニウムで緩和層を構成すると、製造
が容易である。
側に向かってゲルマニウムの含有量が次第に減少する結
晶質シリコンゲルマニウムで緩和層を構成すると、製造
が容易である。
【００６１】第２の光電変換層側から光を入射させる本
発明の半導体光電変換素子の使用方法では、素子の製造
を容易にすることができる。
発明の半導体光電変換素子の使用方法では、素子の製造
を容易にすることができる。
【００６２】本発明の半導体光電変換素子の製造方法で
は、２つの波長領域の光に対して感度を有する素子を得
ることができる。しかも、第２の光電変換層の形成に際
して第１の光電変換層に欠陥が生じることがないため、
ノイズが少なく、２つの波長領域の光の双方を効率よく
利用することができる素子となる。特に、増倍層も形成
する方法では、感度の高い素子を得ることが可能にな
る。
は、２つの波長領域の光に対して感度を有する素子を得
ることができる。しかも、第２の光電変換層の形成に際
して第１の光電変換層に欠陥が生じることがないため、
ノイズが少なく、２つの波長領域の光の双方を効率よく
利用することができる素子となる。特に、増倍層も形成
する方法では、感度の高い素子を得ることが可能にな
る。
【図１】 第１の実施形態の半導体光電変換素子の構成
を模式的に示す図。
を模式的に示す図。
【図２】 第１の実施形態の半導体光電変換素子の逆バ
イアス電圧印加時のエネルギーバンドギャップを模式的
に示す図。
イアス電圧印加時のエネルギーバンドギャップを模式的
に示す図。
【図３】 第２の実施形態の半導体光電変換素子の構成
を模式的に示す図。
を模式的に示す図。
【図４】 第２の実施形態の半導体光電変換素子の逆バ
イアス電圧印加時のエネルギーバンドギャップを模式的
に示す図。
イアス電圧印加時のエネルギーバンドギャップを模式的
に示す図。
【図５】 第３の実施形態の半導体光電変換素子の構成
を模式的に示す図。
を模式的に示す図。
【図６】 第３の実施形態の半導体光電変換素子の逆バ
イアス電圧印加時のエネルギーバンドギャップを模式的
に示す図。
イアス電圧印加時のエネルギーバンドギャップを模式的
に示す図。
【図７】 第３の実施形態の半導体光電変換素子の増倍
層の変形例の構成を模式的に示す図。
層の変形例の構成を模式的に示す図。
【図８】 第３の実施形態の半導体光電変換素子の増倍
層の変形例の逆バイアス電圧印加時のエネルギーバンド
ギャップを模式的に示す図。
層の変形例の逆バイアス電圧印加時のエネルギーバンド
ギャップを模式的に示す図。
【図９】 第４の実施形態の半導体光電変換素子の構成
を模式的に示す図。
を模式的に示す図。
【図１０】 第４の実施形態の半導体光電変換素子の逆
バイアス電圧印加時のエネルギーバンドギャップを模式
的に示す図。
バイアス電圧印加時のエネルギーバンドギャップを模式
的に示す図。
１〜４ 半導体光電変換素子 １１、２１ 基板 １２、２２ 下地層 １３ 第１の光電変換層 １４ 第２の光電変換層 １５、２５ 窓層 １６ 透明電極 １７ 緩和層 １８、２８ 増倍層 ２０ 増倍層 ２０ａ 井戸層 ２０ｂ 傾斜層 １９、２９ 中間層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AB02 AB04 AB19 BA02 DA13 DA18 DA20 4M118 CA05 CA27 CA40 CB01 CB06 5C024 CX41 CY47 5F049 MA04 MB03 MB04 MB05 NA01 NB05 PA03 QA07 SS03 WA01 WA09
Claims (17)
- 【請求項１】 シリコンを含み第１のエネルギーバンド
ギャップを有する第１の光電変換層と、シリコンを含み
第１のエネルギーバンドギャップよりも大きい第２のエ
ネルギーバンドギャップを有する第２の光電変換層とを
備えることを特徴とする半導体光電変換素子。 - 【請求項２】 第１の光電変換層は近赤外領域の光に対
して感度を有し、第２の光電変換層は可視領域の光に対
して感度を有することを特徴とする請求項１に記載の半
導体光電変換素子。 - 【請求項３】 第２の光電変換層は非単結晶シリコン化
合物半導体から成ることを特徴とする請求項１に記載の
半導体光電変換素子。 - 【請求項４】 第２の光電変換層は非晶質シリコン化合
物半導体から成ることを特徴とする請求項３に記載の半
導体光電変換素子。 - 【請求項５】 結晶質シリコンゲルマニウムより成る第
１の光電変換層と、非単結晶シリコンハイドライドより
成る第２の光電変換層とを備えることを特徴とする半導
体光電変換素子。 - 【請求項６】 第２の光電変換層は非晶質シリコンハイ
ドライドより成ることを特徴とする請求項５に記載の半
導体光電変換素子。 - 【請求項７】 第１の光電変換層および第２の光電変換
層で生じたキャリアを増倍する増倍層を備えることを特
徴とする請求項５に記載の半導体光電変換素子。 - 【請求項８】 増倍層は組成比が一定の結晶質シリコン
ゲルマニウムより成ることを特徴とする請求項７に記載
の半導体光電変換素子。 - 【請求項９】 増倍層は組成比が一定の結晶質シリコン
より成ることを特徴とする請求項７に記載の半導体光電
変換素子。 - 【請求項１０】 増倍層は第１の光電変換層側から第２
の光電変換層側に向かって組成比が変化する部位と組成
比が一定の部位とを交互に有する結晶質シリコンゲルマ
ニウムより成ることを特徴とする請求項７に記載の半導
体光電変換素子。 - 【請求項１１】 増倍層は第１の光電変換層側から第２
の光電変換層側に向かって組成比が変化する部位と組成
比が一定の部位とを交互に有する結晶質シリコンより成
ることを特徴とする請求項７に記載の半導体光電変換素
子。 - 【請求項１２】 第１の光電変換層と第２の光電変換層
との間に、第１の光電変換層と第２の光電変換層のエネ
ルギーバンドの不連続を緩和する緩和層を備えることを
特徴とする請求項５に記載の半導体光電変換素子。 - 【請求項１３】 緩和層は第１の光電変換層側から第２
の光電変換層側に向かってゲルマニウムの含有量が次第
に減少する結晶質シリコンゲルマニウムより成ることを
特徴とする請求項１２に記載の半導体光電変換素子。 - 【請求項１４】 第２の光電変換層側から光を入射させ
ることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれ
か１項に記載の半導体光電変換素子の使用方法。 - 【請求項１５】 所定の導電型の結晶質シリコン基板の
上に、同じ導電型の結晶質シリコンゲルマニウム層を形
成する第１の工程と、 結晶質シリコンゲルマニウム層の上に、第１の波長領域
の光に対して感度を有する第１の光電変換層を形成する
第２の工程と、 第２の工程よりも低い温度で、第１の光電変換層の上
に、第２の波長領域の光に対して感度を有する第２の光
電変換層を形成する第３の工程とを含むことを特徴とす
る半導体光電変換素子の製造方法。 - 【請求項１６】 所定の導電型の結晶質シリコン基板の
上に、同じ導電型の結晶質シリコンゲルマニウム層を形
成する第１の工程と、 結晶質シリコンゲルマニウム層の上に、キャリアを増倍
する増倍層を形成する第２の工程と、 増倍層の上に、第１の波長領域の光に対して感度を有す
る第１の光電変換層を形成する第３の工程と、 第３の工程よりも低い温度で、第１の光電変換層の上
に、第２の波長領域の光に対して感度を有する第２の光
電変換層を形成する第４の工程とを含むことを特徴とす
る半導体光電変換素子の製造方法。 - 【請求項１７】 第１の光電変換層をシリコンゲルマニ
ウムで結晶質層として形成し、第２の光電変換層をシリ
コンハイドライドで非晶質層として形成することを特徴
とする請求項１５または請求項１６に記載の光電変換素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000095253A JP2001284630A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 半導体光電変換素子ならびにその使用方法および製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000095253A JP2001284630A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 半導体光電変換素子ならびにその使用方法および製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284630A true JP2001284630A (ja) | 2001-10-12 |
Family
ID=18610179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000095253A Pending JP2001284630A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 半導体光電変換素子ならびにその使用方法および製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001284630A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US10074677B2 (en) | 2014-11-13 | 2018-09-11 | Artilux Inc. | Light absorption apparatus |
-
2000
- 2000-03-29 JP JP2000095253A patent/JP2001284630A/ja active Pending
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| US10861884B2 (en) | 2014-11-13 | 2020-12-08 | Artilux, Inc. | Light absorption apparatus |
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