JP2001320077A - 半導体受光器 - Google Patents
半導体受光器Info
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- JP2001320077A JP2001320077A JP2000136942A JP2000136942A JP2001320077A JP 2001320077 A JP2001320077 A JP 2001320077A JP 2000136942 A JP2000136942 A JP 2000136942A JP 2000136942 A JP2000136942 A JP 2000136942A JP 2001320077 A JP2001320077 A JP 2001320077A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 紫外域受光器に必要な逆バイアス電圧を低減
する。 【解決手段】 複数種のウルツ鉱型半導体を用いて形成
したｐ型半導体層-真性半導体層-ｎ型半導体層（ｐ-ｉ-
ｎ）構造を含む半導体受光器において、真性半導体層
（ｉ層）における格子不整に基づくピエゾ電場と自然分
極に基づく電場を重畳した電場がｎ型半導体層（ｎ層）
からｐ型半導体層（ｐ層）に向かう方向となるような材
料構成を用いるものである。または、前記真性半導体層
（ｉ層）は、ｎ型の不純物を１０16以下にドーピングし
た層、ｐ型の不純物を１０16以下にドーピングした層、
ｎ型の不純物を１０ 16以下にドーピングした層とｐ型の
不純物を１０16以下にドーピングした層とを組み合せた
層のいずれかからなるものでもよい。
する。 【解決手段】 複数種のウルツ鉱型半導体を用いて形成
したｐ型半導体層-真性半導体層-ｎ型半導体層（ｐ-ｉ-
ｎ）構造を含む半導体受光器において、真性半導体層
（ｉ層）における格子不整に基づくピエゾ電場と自然分
極に基づく電場を重畳した電場がｎ型半導体層（ｎ層）
からｐ型半導体層（ｐ層）に向かう方向となるような材
料構成を用いるものである。または、前記真性半導体層
（ｉ層）は、ｎ型の不純物を１０16以下にドーピングし
た層、ｐ型の不純物を１０16以下にドーピングした層、
ｎ型の不純物を１０ 16以下にドーピングした層とｐ型の
不純物を１０16以下にドーピングした層とを組み合せた
層のいずれかからなるものでもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小さな動作バイア
ス電圧で動作させることのできる半導体受光器に関する
ものである。
ス電圧で動作させることのできる半導体受光器に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ウルツ鉱型半導体を用いて形成し
たｐ型半導体層-真性半導体層-ｎ型半導体層（ｐ-ｉ-
ｎ）構造の受光器においては、光吸収領域に必要な逆バ
イアスは外部電圧によって与えられており、その値は数
ボルト（ｖ）から数十ボルト（ｖ）以上と非常に高く、
集積化の障害となっている。
たｐ型半導体層-真性半導体層-ｎ型半導体層（ｐ-ｉ-
ｎ）構造の受光器においては、光吸収領域に必要な逆バ
イアスは外部電圧によって与えられており、その値は数
ボルト（ｖ）から数十ボルト（ｖ）以上と非常に高く、
集積化の障害となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記高い逆バイアス電
圧を外部から供給せねばならないという制限は、デバイ
スの実用上、また、集積化において大きな障害となる。
圧を外部から供給せねばならないという制限は、デバイ
スの実用上、また、集積化において大きな障害となる。
【０００４】本発明の目的は、イオン性の大きなウルツ
鉱型半導体に特徴的な自然分極に基づく電場及びピエゾ
電気効果に基づく電場を利用して、紫外域受光器に必要
な逆バイアス電圧を低減することにある。
鉱型半導体に特徴的な自然分極に基づく電場及びピエゾ
電気効果に基づく電場を利用して、紫外域受光器に必要
な逆バイアス電圧を低減することにある。
【０００５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明の概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明は、複数種のウルツ鉱型半導体を用いて形成した
ｐ型半導体層-真性半導体層-ｎ型半導体層（ｐ-ｉ-ｎ）
構造を含む半導体受光器において、真性半導体層（ｉ
層）における格子不整に基づくピエゾ電場と自然分極に
基づく電場を重畳した電場がｎ型半導体層（ｎ層）から
ｐ型半導体層（ｐ層）に向かう方向となるような材料構
成を用いるものである。
発明の概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明は、複数種のウルツ鉱型半導体を用いて形成した
ｐ型半導体層-真性半導体層-ｎ型半導体層（ｐ-ｉ-ｎ）
構造を含む半導体受光器において、真性半導体層（ｉ
層）における格子不整に基づくピエゾ電場と自然分極に
基づく電場を重畳した電場がｎ型半導体層（ｎ層）から
ｐ型半導体層（ｐ層）に向かう方向となるような材料構
成を用いるものである。
【０００７】または、前記真性半導体層（ｉ層）は、ｎ
型の不純物を１０16以下にドーピングした層、ｐ型の不
純物を１０16以下にドーピングした層、ｎ型の不純物を
１０ 16以下にドーピングした層とｐ型の不純物を１０16
以下にドーピングした層とを組み合せた層のいずれかか
らなるものでもよい。
型の不純物を１０16以下にドーピングした層、ｐ型の不
純物を１０16以下にドーピングした層、ｎ型の不純物を
１０ 16以下にドーピングした層とｐ型の不純物を１０16
以下にドーピングした層とを組み合せた層のいずれかか
らなるものでもよい。
【０００８】このように、イオン性の大きなウルツ鉱型
半導体に特徴的な自然分極に基づく電場及びピエゾ電気
効果に基づく電場を利用することにより、紫外域受光器
に必要な逆バイアス電圧を低減することができる。
半導体に特徴的な自然分極に基づく電場及びピエゾ電気
効果に基づく電場を利用することにより、紫外域受光器
に必要な逆バイアス電圧を低減することができる。
【０００９】すなわち、本発明のポイントは、ｐ層及び
ｎ層に挟まれた中間層の全体またはその一部（ｉ層また
は低濃度ドーピング層）におけるピエゾ電場と自然分極
による電場との重畳電場がｎ層からｐ層に向かう方向と
なるように構成された異種接合を用いることである。こ
の構造のもたらす作用について以下に述べる。
ｎ層に挟まれた中間層の全体またはその一部（ｉ層また
は低濃度ドーピング層）におけるピエゾ電場と自然分極
による電場との重畳電場がｎ層からｐ層に向かう方向と
なるように構成された異種接合を用いることである。こ
の構造のもたらす作用について以下に述べる。
【００１０】図１に、ＧａＮ基板上に［０００１］方向
にｐ-ＧａＮ／ｉ-ＡｌＧａＮ／ｎ-ＧａＮの順にエピタ
キシャル成長した構造のバンドの様子を示す。
にｐ-ＧａＮ／ｉ-ＡｌＧａＮ／ｎ-ＧａＮの順にエピタ
キシャル成長した構造のバンドの様子を示す。
【００１１】図１の（ａ）は、自発分極に基づく電場及
びピエゾ電場を無視した仮想的なバンドを示す模式図、
図１の（ｂ）は、これらの電場を考慮した実際のバンド
を示す模式図である。
びピエゾ電場を無視した仮想的なバンドを示す模式図、
図１の（ｂ）は、これらの電場を考慮した実際のバンド
を示す模式図である。
【００１２】自発分極に基づく電場は結晶固有の特性に
基づき、一定の方向に発生する。ピエゾ電場も、結晶固
有の特性で方向が決定するが、結晶に延長応力がかかっ
ているか、圧縮応力がかかっているかによってその方向
は反転する。図１に示す構成では、自発分極に基づく電
場は結晶成長の方向と逆向きに生じる。ＡｌＧａＮはＧ
ａＮよりも小さな格子定数をもつため、格子不整により
ＡｌＧａＮ層には延張応力が発生する。
基づき、一定の方向に発生する。ピエゾ電場も、結晶固
有の特性で方向が決定するが、結晶に延長応力がかかっ
ているか、圧縮応力がかかっているかによってその方向
は反転する。図１に示す構成では、自発分極に基づく電
場は結晶成長の方向と逆向きに生じる。ＡｌＧａＮはＧ
ａＮよりも小さな格子定数をもつため、格子不整により
ＡｌＧａＮ層には延張応力が発生する。
【００１３】ＡｌＧａＮ層のピエゾ電場はこの延張応力
によりやはり成長方向と逆向きに発生する。その結果、
この構成においては、２つの起源による電場が共にｎ層
からｐ層に向かう方向に加えられて、外部から大きな逆
バイアスをかけた場合と同様なバンド構造となる。これ
により受光器の動作に必要な外部逆バイアスは大幅に低
減される。
によりやはり成長方向と逆向きに発生する。その結果、
この構成においては、２つの起源による電場が共にｎ層
からｐ層に向かう方向に加えられて、外部から大きな逆
バイアスをかけた場合と同様なバンド構造となる。これ
により受光器の動作に必要な外部逆バイアスは大幅に低
減される。
【００１４】図２は、ＧａＮ基板上に［０００１］方向
にｐ-ＧａＮ／ｉ-ＩｎＧａＮ／ｎ-ＧａＮの順にエピタ
キシャル成長した構造のバンドの様子を示す模式図であ
り、図２（ａ）は、自発分極に基づく電場及びピエゾ電
場を無視した仮想的なバンドを示す模式図、図２（ｂ）
は、これらの電場を考慮した実際のバンドを示す模式図
である。
にｐ-ＧａＮ／ｉ-ＩｎＧａＮ／ｎ-ＧａＮの順にエピタ
キシャル成長した構造のバンドの様子を示す模式図であ
り、図２（ａ）は、自発分極に基づく電場及びピエゾ電
場を無視した仮想的なバンドを示す模式図、図２（ｂ）
は、これらの電場を考慮した実際のバンドを示す模式図
である。
【００１５】ＩｎＧａＮはＧａＮより大きな格子定数を
もつため、この層には図１の場合とは逆に圧縮応力が発
生する。従って、この構成では、図１の場合と自発分極
に基づく電場の方向は同じとなるが、ピエゾ電場の方向
は逆となる。結局、ＩｎＧａＮ層に生じる電場は、この
２つの電場の差となり、図１の場合より小さな値とな
る。但し、この場合もこの２つの電場の重畳電場が逆バ
イアスとなる方向、すなわち、ｎ層からｐ層に向かう方
向となれば、やはり受光器の動作に必要な外部逆バイア
スを低減する効果がある。
もつため、この層には図１の場合とは逆に圧縮応力が発
生する。従って、この構成では、図１の場合と自発分極
に基づく電場の方向は同じとなるが、ピエゾ電場の方向
は逆となる。結局、ＩｎＧａＮ層に生じる電場は、この
２つの電場の差となり、図１の場合より小さな値とな
る。但し、この場合もこの２つの電場の重畳電場が逆バ
イアスとなる方向、すなわち、ｎ層からｐ層に向かう方
向となれば、やはり受光器の動作に必要な外部逆バイア
スを低減する効果がある。
【００１６】以下に、本発明について、本発明による実
施形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明す
る。
施形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明す
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】（実施例１）図３は、本発明によ
る実施例１の半導体受光器の概略構成を示す断面図であ
る。
る実施例１の半導体受光器の概略構成を示す断面図であ
る。
【００１８】本実施形態１の半導体受光器は、図３に示
すように、ｐ-ＧａＮ基板１１上に順にｐ-ＧａＮ層１
２、ｉ-ＡｌＧａＮ層１３、ｎ-ＧａＮ層１４を成長して
形成した積層構造体が、前記ｐ-ＧａＮ基板１１に接続
されたｐ-電極１５と前記ｎ-ＧａＮ層１４に接続された
ｎ-電極１６との間に挟まれた構成からなっている。
すように、ｐ-ＧａＮ基板１１上に順にｐ-ＧａＮ層１
２、ｉ-ＡｌＧａＮ層１３、ｎ-ＧａＮ層１４を成長して
形成した積層構造体が、前記ｐ-ＧａＮ基板１１に接続
されたｐ-電極１５と前記ｎ-ＧａＮ層１４に接続された
ｎ-電極１６との間に挟まれた構成からなっている。
【００１９】前記積層構造体の成長方向はｉ-ＡｌＧａ
Ｎ層１３に発生する自発分極に基づく電場とピエゾ電場
を重畳した電場がｎ層からｐ層に向かうように選ぶ。こ
の材料構成において、例えば、［０００１］方向に成長
すれば、この条件は満足される。図３においては、ｐ-
電極１５には、Ｎｉ、Ａｕ及びそれらの組み合わせが適
当であり、ｎ-電極１６としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、
及びそれらの組み合わせが適当である。自発分極に基づ
く電場は結晶成長の方向と逆向きに生じる。ＡｌＧａＮ
はＧａＮよりも小さな格子定数をもつため、格子不整に
よりＡｌＧａＮ層には延張応力が発生する。
Ｎ層１３に発生する自発分極に基づく電場とピエゾ電場
を重畳した電場がｎ層からｐ層に向かうように選ぶ。こ
の材料構成において、例えば、［０００１］方向に成長
すれば、この条件は満足される。図３においては、ｐ-
電極１５には、Ｎｉ、Ａｕ及びそれらの組み合わせが適
当であり、ｎ-電極１６としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、
及びそれらの組み合わせが適当である。自発分極に基づ
く電場は結晶成長の方向と逆向きに生じる。ＡｌＧａＮ
はＧａＮよりも小さな格子定数をもつため、格子不整に
よりＡｌＧａＮ層には延張応力が発生する。
【００２０】この構成で作製した半導体受光器において
は、ｉ-ＡｌＧａＮ層１３のピエゾ電場は、この延張応
力によりやはり成長方向と逆向きに発生する。その結
果、この構成においては、２つの起源による電場が共に
ｎ層からｐ層に向かう方向に加えられて、外部から大き
な逆バイアスをかけた場合と同様なバンド構造となる。
これにより、半導体受光器の動作に必要な外部逆バイア
スは大幅に低減される。
は、ｉ-ＡｌＧａＮ層１３のピエゾ電場は、この延張応
力によりやはり成長方向と逆向きに発生する。その結
果、この構成においては、２つの起源による電場が共に
ｎ層からｐ層に向かう方向に加えられて、外部から大き
な逆バイアスをかけた場合と同様なバンド構造となる。
これにより、半導体受光器の動作に必要な外部逆バイア
スは大幅に低減される。
【００２１】（実施例２）図４は、本発明による実施例
２の半導体受光器の概略構を示す断面図である。本実施
例２の半導体受光器は、図４に示すように、ｎ-ＧａＮ
基板２１上に順にｎ-ＧａＮ２２、低濃度ドーピングし
たｎ-ＩｎＧａＮ２３、低濃度ドーピングしたｐ-ＩｎＧ
ａＮ２４、ｐ-ＧａＮ２５を成長して形成した積層構造
体が、前記ｎ-ＧａＮ基板２１に接続されたｎ-電極２６
と前記ｐ-ＧａＮ層２５に接続されたｐ-電極２７との間
に挟まれた構成からなっている。この場合も成長方向
は、低濃度ドーピング層に発生する自発分極に基づく電
場とピエゾ電場を重畳した電場がｎ層からｐ層に向かう
ように選ぶ。
２の半導体受光器の概略構を示す断面図である。本実施
例２の半導体受光器は、図４に示すように、ｎ-ＧａＮ
基板２１上に順にｎ-ＧａＮ２２、低濃度ドーピングし
たｎ-ＩｎＧａＮ２３、低濃度ドーピングしたｐ-ＩｎＧ
ａＮ２４、ｐ-ＧａＮ２５を成長して形成した積層構造
体が、前記ｎ-ＧａＮ基板２１に接続されたｎ-電極２６
と前記ｐ-ＧａＮ層２５に接続されたｐ-電極２７との間
に挟まれた構成からなっている。この場合も成長方向
は、低濃度ドーピング層に発生する自発分極に基づく電
場とピエゾ電場を重畳した電場がｎ層からｐ層に向かう
ように選ぶ。
【００２２】図４の材料構成を用いた場合、例えば［０
００１］方向の成長を行うことによりこの条件は満足さ
れる。図４における電極の材料としては、前記実施例１
と同様である。この構成で作製した半導体受光器におい
ても素子の動作に必要となる外部逆バイアスは低減でき
る。
００１］方向の成長を行うことによりこの条件は満足さ
れる。図４における電極の材料としては、前記実施例１
と同様である。この構成で作製した半導体受光器におい
ても素子の動作に必要となる外部逆バイアスは低減でき
る。
【００２３】なお、前記の実施例１，２においては、ｎ
層及びｐ層として二元混合晶ＧａＮを用いたが、この部
分は受光特性の要求に対応してＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ
などの三元混合晶や、ＡｌＩｎＧａＮなどの四元混合晶
とすることも可能である。
層及びｐ層として二元混合晶ＧａＮを用いたが、この部
分は受光特性の要求に対応してＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ
などの三元混合晶や、ＡｌＩｎＧａＮなどの四元混合晶
とすることも可能である。
【００２４】これらの場合には、熊倉一英らによって特
許出願されているドーピングした超格子構造（平成１１
年特許願２１２１９５号）にすることによって良好な特
性のｎ層、及びｐ層を形成することが可能となる。
許出願されているドーピングした超格子構造（平成１１
年特許願２１２１９５号）にすることによって良好な特
性のｎ層、及びｐ層を形成することが可能となる。
【００２５】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン性の大きなウルツ鉱型半導体に特徴的な自然分極
に基づく電場及びピエゾ電気効果に基づく電場を利用す
ることにより、紫外域受光器に必要な逆バイアス電圧を
低減することができる。
イオン性の大きなウルツ鉱型半導体に特徴的な自然分極
に基づく電場及びピエゾ電気効果に基づく電場を利用す
ることにより、紫外域受光器に必要な逆バイアス電圧を
低減することができる。
【図１】本発明のＧａＮ基板上に［０００１］方向にｐ
-ＧａＮ／ｉ-ＡｌＧａＮ／ｎ-ＧａＮの順にエピタキシ
ャル成長した構造のバンドの様子を示す模式図である。
-ＧａＮ／ｉ-ＡｌＧａＮ／ｎ-ＧａＮの順にエピタキシ
ャル成長した構造のバンドの様子を示す模式図である。
【図２】本発明のＧａＮ基板上に［０００１］方向にｐ
-ＧａＮ／ｉ-ＩｎＧａＮ／ｎ-ＧａＮの順にエピタキシ
ャル成長した構造のバンドの様子を示す模式図である。
-ＧａＮ／ｉ-ＩｎＧａＮ／ｎ-ＧａＮの順にエピタキシ
ャル成長した構造のバンドの様子を示す模式図である。
【図３】本発明による実施例１の半導体受光器の概略構
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図４】本発明による実施例２の半導体受光器の概略構
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１１…ｐ-ＧａＮ基板 １２…ｐ-ＧａＮ層 １３…ｉ-ＡｌＧａＮ層 １４…ｎ-ＧａＮ層 １５…ｐ-電極 １６…ｎ-電極 ２１…ｎ-ＧａＮ基板 ２２…ｎ-ＧａＮ層 ２３…ｎ-ＩｎＧａＮ層 ２４…ｐ-ＩｎＧａＮ層 ２５…ｐ-ＧａＮ層 ２６…ｎ-電極 ２７…ｐ-電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 弘明 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 小林 直樹 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AB14 AB17 AB18 AF04 AF13 BB16 CA13 DA52 DA59 DA69 5F049 MA04 MB07 NA13 NA20 SE05 SS04 UA11 WA05
Claims (2)
- 【請求項１】 複数種のウルツ鉱型半導体を用いて形成
したｐ型半導体層-真性半導体層-ｎ型半導体層（ｐ-ｉ-
ｎ）構造を含む受光器において、真性半導体層（ｉ層）
における格子不整に基づくピエゾ電場と自然分極に基づ
く電場を重畳した電場がｎ型半導体層（ｎ層）からｐ型
半導体層（ｐ層）に向かう方向となるような材料構成を
用いることを特徴とする半導体受光器。 - 【請求項２】 前記真性半導体層（ｉ層）は、ｎ型の不
純物を１０16以下にドーピングした層、ｐ型の不純物を
１０16以下にドーピングした層、ｎ型の不純物を１０16
以下にドーピングした層とｐ型の不純物を１０16以下に
ドーピングした層とを組み合せた層のいずれかからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体受光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136942A JP2001320077A (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 半導体受光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000136942A JP2001320077A (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 半導体受光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001320077A true JP2001320077A (ja) | 2001-11-16 |
Family
ID=18644809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000136942A Pending JP2001320077A (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 半導体受光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001320077A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007165478A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 光電面及び光検出器 |
| JP2011124471A (ja) * | 2009-12-14 | 2011-06-23 | Nichia Corp | 受光素子 |
| WO2012071219A1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-31 | Intel Corporation | Monolithic three terminal photodetector |
| WO2012105535A1 (ja) * | 2011-02-03 | 2012-08-09 | シャープ株式会社 | 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 |
| JP2013187384A (ja) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Osaka Univ | 光電池および光電池の作製方法 |
-
2000
- 2000-05-10 JP JP2000136942A patent/JP2001320077A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007165478A (ja) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 光電面及び光検出器 |
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