JP2002373999A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JP2002373999A JP2002373999A JP2001179925A JP2001179925A JP2002373999A JP 2002373999 A JP2002373999 A JP 2002373999A JP 2001179925 A JP2001179925 A JP 2001179925A JP 2001179925 A JP2001179925 A JP 2001179925A JP 2002373999 A JP2002373999 A JP 2002373999A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 暗電流が小さく、高いＳ／Ｎを有する半導体
素子を提供する。 【解決手段】 格子定数の異なる第１，第２層の間に
形成され、組成傾斜により2つの層間の歪緩和を図った
歪緩和バッファーにおいて、このバッファーの形成に際
しては成長の初期では格子定数変化を大きくし、成長終
了付近では格子定数変化を小さくするようにした。
素子を提供する。 【解決手段】 格子定数の異なる第１，第２層の間に
形成され、組成傾斜により2つの層間の歪緩和を図った
歪緩和バッファーにおいて、このバッファーの形成に際
しては成長の初期では格子定数変化を大きくし、成長終
了付近では格子定数変化を小さくするようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III-Ｖ族化合物半
導体を用いた半導体素子に関し、暗電流を減少させ高い
Ｓ／Ｎの実現を図った半導体素子に関する。
導体を用いた半導体素子に関し、暗電流を減少させ高い
Ｓ／Ｎの実現を図った半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長約0.8μｍから2.5μｍの近赤外波長
領域の受光素子は、光通信ファイバ−通信、分光分析な
どに使用されている。この波長領域おける受光素子にIn
GaAsを光吸収層の材料に用いたInGaAsフォトダイオ−ド
がある。
領域の受光素子は、光通信ファイバ−通信、分光分析な
どに使用されている。この波長領域おける受光素子にIn
GaAsを光吸収層の材料に用いたInGaAsフォトダイオ−ド
がある。
【０００３】InP基板上に格子定数が一致するように成
長したInGaAsを光吸収層に用いるInGaAsフォトダイオ−
ドではInGaAs層内の結晶欠陥密度が非常に低くできる。
従って、結晶欠陥に起因するノイズとなる暗電流は実用
上ほとんど問題にならない程度に小さい。
長したInGaAsを光吸収層に用いるInGaAsフォトダイオ−
ドではInGaAs層内の結晶欠陥密度が非常に低くできる。
従って、結晶欠陥に起因するノイズとなる暗電流は実用
上ほとんど問題にならない程度に小さい。
【０００４】このときのフォトダイオ−ドの長波長側の
感度のカットオフは室温で約1.65μｍである。InGaAsの
In組成を0.53以上に大きくしてInGaAsのバンドギャップ
を狭くし、感度の長波長側カットオフ波長を拡大するフ
ォトダイオ−ドが報告されている。
感度のカットオフは室温で約1.65μｍである。InGaAsの
In組成を0.53以上に大きくしてInGaAsのバンドギャップ
を狭くし、感度の長波長側カットオフ波長を拡大するフ
ォトダイオ−ドが報告されている。
【０００５】その場合、InP基板とInGaAsとの間には大
きな格子定数差が発生するが、この格子不整合による歪
を緩和するためにバッファ−層が挿入された構造となっ
ている。
きな格子定数差が発生するが、この格子不整合による歪
を緩和するためにバッファ−層が挿入された構造となっ
ている。
【０００６】このようなフォトダイオ−ドは例えば、ハ
イドライド気相成長法あるいは有機金属気相成長法など
の結晶成長法で製作されている。格子不整合による歪を
緩和するための歪緩和バッファ−層は格子不整合による
歪を緩和すると同時に、このバッファ−層上に形成され
るInGaAs光吸収層の結晶欠陥密度を低減する機能が要求
される。
イドライド気相成長法あるいは有機金属気相成長法など
の結晶成長法で製作されている。格子不整合による歪を
緩和するための歪緩和バッファ−層は格子不整合による
歪を緩和すると同時に、このバッファ−層上に形成され
るInGaAs光吸収層の結晶欠陥密度を低減する機能が要求
される。
【０００７】InGaAs層ではpn接合が形成されており、フ
ォトダイオ−ドの暗電流は、一般に以下の3つの主要成
分からなるものとされている。 暗電流＝拡散電流（Diffusion Current）+生成再結合
電流（Generation-recombination Current）+トンネル
電流（Tunneling Current）
ォトダイオ−ドの暗電流は、一般に以下の3つの主要成
分からなるものとされている。 暗電流＝拡散電流（Diffusion Current）+生成再結合
電流（Generation-recombination Current）+トンネル
電流（Tunneling Current）
【０００８】InGaAs光吸収層内の結晶欠陥密度が高くな
ると、バンドギャップ内に形成される結晶欠陥に起因す
る欠陥準位密度が高くなって生成再結合電流が増加し
て、暗電流の主成分となる。歪緩和バッファ−は、例え
ばInAsP材料を用いる場合はAs組成をInP基板側から徐々
に増加させて、格子定数をInPから光吸収層のInGaAsま
で大きくさせて、最終As組成をInGaAsと格子定数が同じ
になるように構成している。
ると、バンドギャップ内に形成される結晶欠陥に起因す
る欠陥準位密度が高くなって生成再結合電流が増加し
て、暗電流の主成分となる。歪緩和バッファ−は、例え
ばInAsP材料を用いる場合はAs組成をInP基板側から徐々
に増加させて、格子定数をInPから光吸収層のInGaAsま
で大きくさせて、最終As組成をInGaAsと格子定数が同じ
になるように構成している。
【０００９】そのため、従来のInGaAsフィトダイオ−ド
では、基板のInPから光吸収層のInGaAsまで直線的な組
成傾斜(ステップまたは連続的に組成を変える)構造が採
用されていた。直線的な組成傾斜構造については下記の
文献報告がなされている。
では、基板のInPから光吸収層のInGaAsまで直線的な組
成傾斜(ステップまたは連続的に組成を変える)構造が採
用されていた。直線的な組成傾斜構造については下記の
文献報告がなされている。
【００１０】1) A. M. Josi, G. H. Olsen, S. Mason,
M. J. Lange and V. S. Ban: SPIEVol. 1715 Optical M
ethods in Atmospheric Chemistry (1992) 585. 2) T. Murakami, H. Takahasi, M. Nakayama, Y. Miur
a, K. Takemoto and D. Hara: Proc. 17th Int. Conf.
Indium Phosphide and Related Materials (1995)p.52
8. 3) K. R. Linga, G. H. Olsen, V. S. Ban, A. M. Josh
i and W. F. Kosonocky:J. Lightweve Technol. 10 (19
92) 1050. 4) M. D'Hondt, I. Moerman and P. Demeester: J. Cry
stal Growth 170 (1997)616. 5) P. Kae-Nune, M. A. di Forte-Poisson and C. Bryl
inski: Proc. 5th Int.Conf. Indium Phosphide and Re
lated Materials (1993) p. 135. 6) M. D'Hondt, I. Moerman and P. Demmester: Proc.
8th Int. Conf. IndiumPhosphide and Related Materia
ls (1996) p. 494.
M. J. Lange and V. S. Ban: SPIEVol. 1715 Optical M
ethods in Atmospheric Chemistry (1992) 585. 2) T. Murakami, H. Takahasi, M. Nakayama, Y. Miur
a, K. Takemoto and D. Hara: Proc. 17th Int. Conf.
Indium Phosphide and Related Materials (1995)p.52
8. 3) K. R. Linga, G. H. Olsen, V. S. Ban, A. M. Josh
i and W. F. Kosonocky:J. Lightweve Technol. 10 (19
92) 1050. 4) M. D'Hondt, I. Moerman and P. Demeester: J. Cry
stal Growth 170 (1997)616. 5) P. Kae-Nune, M. A. di Forte-Poisson and C. Bryl
inski: Proc. 5th Int.Conf. Indium Phosphide and Re
lated Materials (1993) p. 135. 6) M. D'Hondt, I. Moerman and P. Demmester: Proc.
8th Int. Conf. IndiumPhosphide and Related Materia
ls (1996) p. 494.
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板の
InPから光吸収層のInGaAsまでの組成傾斜を直線的に変
化させる構造では暗電流の低減に限界があるという問題
があった。
InPから光吸収層のInGaAsまでの組成傾斜を直線的に変
化させる構造では暗電流の低減に限界があるという問題
があった。
【００１２】本発明の目的は、基板のInPから光吸収層
のInGaAsまでの組成傾斜を検討し従来より暗電流を低下
させた赤外受光素子を実現することにある。
のInGaAsまでの組成傾斜を検討し従来より暗電流を低下
させた赤外受光素子を実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、請求項１においては、格子定数の
異なる第1，第２層の間に形成され、組成傾斜により2つ
の層間の歪緩和を図った歪緩和バッファーにおいて、こ
のバッファーの形成に際しては成長の初期では格子定数
変化を大きくし、成長終了付近では格子定数変化を小さ
くするようにしたことを特徴とする半導体素子。
るために本発明では、請求項１においては、格子定数の
異なる第1，第２層の間に形成され、組成傾斜により2つ
の層間の歪緩和を図った歪緩和バッファーにおいて、こ
のバッファーの形成に際しては成長の初期では格子定数
変化を大きくし、成長終了付近では格子定数変化を小さ
くするようにしたことを特徴とする半導体素子。
【００１４】請求項２においては、請求項１記載の半導
体素子において、第1層，第２層及びバッファーは化合
物半導体であることを特徴とする。
体素子において、第1層，第２層及びバッファーは化合
物半導体であることを特徴とする。
【００１５】請求項３においては、請求項１記載の半導
体素子において、第1層はGaAs又はInP基板、第２層はIn
GaAsからなることを特徴とする。
体素子において、第1層はGaAs又はInP基板、第２層はIn
GaAsからなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の請求項１〜３に係る半導体赤
外線検出素子であり、光起電力形光検出素子の断面構成
図である。図において、１はInP基板、２は基板１上に
積層されたInAsPからなる歪緩和バッファー、３は歪緩
和バッファー上に積層されたInGaAs層で光吸収層として
機能する。４は光吸収層３上に積層されたInAsP層で窓
層として機能する。
説明する。図１は本発明の請求項１〜３に係る半導体赤
外線検出素子であり、光起電力形光検出素子の断面構成
図である。図において、１はInP基板、２は基板１上に
積層されたInAsPからなる歪緩和バッファー、３は歪緩
和バッファー上に積層されたInGaAs層で光吸収層として
機能する。４は光吸収層３上に積層されたInAsP層で窓
層として機能する。
【００１７】ここで、光吸収層３の組成はフォトダイオ
ードの長波長側の感度のカットオフ波長が室温で約２．
６μmとなるようなIn０．８０Ga０．２Asとされてい
る。この組成比と格子整合するバッファー層の組成はIn
As０．６３P０．３７程度である。
ードの長波長側の感度のカットオフ波長が室温で約２．
６μmとなるようなIn０．８０Ga０．２Asとされてい
る。この組成比と格子整合するバッファー層の組成はIn
As０．６３P０．３７程度である。
【００１８】図２はフォトダイオードのバッファー層の
エピタキシャルウェア構造における組成傾斜を示すもの
で、図中、の線分は基板に近い初期の段階では格子定
数変化を大きくし、光吸収層に近い成長終了付近では格
子定数変化を小さくした状態を示している。
エピタキシャルウェア構造における組成傾斜を示すもの
で、図中、の線分は基板に近い初期の段階では格子定
数変化を大きくし、光吸収層に近い成長終了付近では格
子定数変化を小さくした状態を示している。
【００１９】なお、歪緩和バッファーは１２〜１６のス
テップとし各ステップの厚さを０．１〜０．４μm程度
とし、傾斜組成を変化させながら広い範囲に渡って実験
を行なった。線分はそれらの平均をとったものであ
る。また、所定の組成InAs０．６３P０．３７となった
後はその組成のまま２〜３μm積層した。
テップとし各ステップの厚さを０．１〜０．４μm程度
とし、傾斜組成を変化させながら広い範囲に渡って実験
を行なった。線分はそれらの平均をとったものであ
る。また、所定の組成InAs０．６３P０．３７となった
後はその組成のまま２〜３μm積層した。
【００２０】線分は格子定数を直線的に変化させたも
ので、従来例を示している。線分は初期の段階では格
子定数変化を小さく、光吸収層に近い成長終了付近では
格子定数変化を大きくした場合の状態を示している。し
かしの線分のように変化させた場合は経験的に暗電流
の減少は望めないので実験はしていない。
ので、従来例を示している。線分は初期の段階では格
子定数変化を小さく、光吸収層に近い成長終了付近では
格子定数変化を大きくした場合の状態を示している。し
かしの線分のように変化させた場合は経験的に暗電流
の減少は望めないので実験はしていない。
【００２１】図３は歪緩和InAsPバッファ−層を有機金
属気相成長法で成長したときの組成変化を二次イオン質
量分析で調べた測定結果を示すもので、線分で示す実
線が本発明の組成変化である。比較のため、直線的に変
化させた歪緩和バッファ−の分析結果を点線で示してい
る。なお、As０．６２とP０．３８の組成比が図１と異
なるのは製造誤差や測定誤差によるものである。
属気相成長法で成長したときの組成変化を二次イオン質
量分析で調べた測定結果を示すもので、線分で示す実
線が本発明の組成変化である。比較のため、直線的に変
化させた歪緩和バッファ−の分析結果を点線で示してい
る。なお、As０．６２とP０．３８の組成比が図１と異
なるのは製造誤差や測定誤差によるものである。
【００２２】図４は受光面積φ1ｍｍの格子不整合InGaA
sフォトダイオ−ドを本発明の歪緩和バッファ−(図2
のもの)と従来からの直線的に組成を変化させる歪緩
和バッファ−(図2 のもの)を用いて作製した場合の
室温暗電流測定結果を示すものである。ここで、−１０
ｍＶ（−０．０１Ｖ）における測定結果を見ると、本発
明の歪緩和バッファ−ではフォトダイオ−ド暗電流が約
１／３に減少できていることがわかる。
sフォトダイオ−ドを本発明の歪緩和バッファ−(図2
のもの)と従来からの直線的に組成を変化させる歪緩
和バッファ−(図2 のもの)を用いて作製した場合の
室温暗電流測定結果を示すものである。ここで、−１０
ｍＶ（−０．０１Ｖ）における測定結果を見ると、本発
明の歪緩和バッファ−ではフォトダイオ−ド暗電流が約
１／３に減少できていることがわかる。
【００２３】なお、本発明においてバッファーの形成に
際して、成長の初期では格子定数変化を大きくし、成長
終了付近では格子定数変化を小さくした場合に暗電流が
少なくなる理論的解明は行なっていない。
際して、成長の初期では格子定数変化を大きくし、成長
終了付近では格子定数変化を小さくした場合に暗電流が
少なくなる理論的解明は行なっていない。
【００２４】本発明の以上の説明は、説明および例示を
目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。し
たがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、
変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば、
本発明の実施例では歪緩和バッファ−にInAsPを用いて
いるが、InGaAs、InAlAs、SiGeなど他の材料系でもよ
い。また、本実施例では光検出素子として説明したが他
の用途（例えば発光ダイオードのバッファー構造）の半
導体素子であってもよい。特許請求の範囲の欄の記載に
より定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変
形を包含するものとする。
目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。し
たがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、
変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば、
本発明の実施例では歪緩和バッファ−にInAsPを用いて
いるが、InGaAs、InAlAs、SiGeなど他の材料系でもよ
い。また、本実施例では光検出素子として説明したが他
の用途（例えば発光ダイオードのバッファー構造）の半
導体素子であってもよい。特許請求の範囲の欄の記載に
より定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変
形を包含するものとする。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、化
合物半導体基板上に光吸収層を積層した半導体素子にお
いて、バッファーの形成に際し、成長の初期では格子定
数変化を大きくし、成長終了付近では格子定数変化を小
さくすることにより暗電流が小さく、高いＳ／Ｎを有す
る半導体素子実現することができる。
合物半導体基板上に光吸収層を積層した半導体素子にお
いて、バッファーの形成に際し、成長の初期では格子定
数変化を大きくし、成長終了付近では格子定数変化を小
さくすることにより暗電流が小さく、高いＳ／Ｎを有す
る半導体素子実現することができる。
【図１】本発明に係る半導体素子の実施形態の一例を示
す断面構成図である。
す断面構成図である。
【図２】本発明と従来例のバッファー層の組成比を示す
図である。
図である。
【図３】バッファ−層の組成変化を二次イオン質量分析
で調べた測定結果を示す図である。
で調べた測定結果を示す図である。
【図４】暗電流の測定結果を示す図である。
１ 基板 ２バッファー層 ３ 光吸収層 ４ 窓層
Claims (3)
- 【請求項１】格子定数の異なる第１，第２層の間に形成
され、組成傾斜により2つの層間の歪緩和を図った歪緩
和バッファーにおいて、このバッファーの形成に際して
は成長の初期では格子定数変化を大きくし、成長終了付
近では格子定数変化を小さくするようにしたことを特徴
とする半導体素子。 - 【請求項２】第1層，第２層及びバッファーは化合物半
導体であることを特徴とする請求項１記載の半導体素
子。 - 【請求項３】第1層はGaAs又はInP基板、第２層はInGaAs
からなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001179925A JP2002373999A (ja) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001179925A JP2002373999A (ja) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002373999A true JP2002373999A (ja) | 2002-12-26 |
Family
ID=19020414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001179925A Withdrawn JP2002373999A (ja) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002373999A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004093201A1 (ja) * | 2003-04-16 | 2004-10-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 化合物半導体ウエハおよびその製造方法 |
| US7575946B2 (en) | 2004-03-19 | 2009-08-18 | Sony Corporation | Method for making compound semiconductor and method for making semiconductor device |
| US7608825B2 (en) | 2006-12-14 | 2009-10-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Image pickup device, vision enhancement apparatus, night-vision apparatus, navigation support apparatus, and monitoring apparatus |
| WO2010073769A1 (ja) | 2008-12-22 | 2010-07-01 | 住友電気工業株式会社 | 生体成分検出装置 |
| WO2010073770A1 (ja) | 2008-12-25 | 2010-07-01 | 住友電気工業株式会社 | 気体モニタリング装置、燃焼状態モニタリング装置、経年変化モニタリング装置、および不純物濃度モニタリング装置 |
| WO2010087353A1 (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 赤外線検出素子 |
| JP2013115414A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-10 | Sharp Corp | 化合物半導体太陽電池セル |
| US8546758B2 (en) | 2008-09-22 | 2013-10-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Food quality examination device, food component examination device, foreign matter component examination device, taste examination device, and changed state examination device |
| JP2018147962A (ja) * | 2017-03-02 | 2018-09-20 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子 |
| WO2022118643A1 (ja) * | 2020-12-04 | 2022-06-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
-
2001
- 2001-06-14 JP JP2001179925A patent/JP2002373999A/ja not_active Withdrawn
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7307290B2 (en) | 2003-04-16 | 2007-12-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Compound semiconductor wafer and manufacturing method thereof |
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| KR101096331B1 (ko) * | 2004-03-19 | 2011-12-20 | 소니 주식회사 | 화합물 반도체의 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 |
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| WO2010073769A1 (ja) | 2008-12-22 | 2010-07-01 | 住友電気工業株式会社 | 生体成分検出装置 |
| WO2010073770A1 (ja) | 2008-12-25 | 2010-07-01 | 住友電気工業株式会社 | 気体モニタリング装置、燃焼状態モニタリング装置、経年変化モニタリング装置、および不純物濃度モニタリング装置 |
| US8624189B2 (en) | 2008-12-25 | 2014-01-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Gas monitoring device, combustion state monitoring device, secular change monitoring device, and impurity concentration monitoring device |
| JP2010177350A (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Hamamatsu Photonics Kk | 赤外線検出素子 |
| WO2010087353A1 (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 赤外線検出素子 |
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| WO2022118643A1 (ja) * | 2020-12-04 | 2022-06-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
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