JP2002373999A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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.
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
す断面構成図である。
図である。
で調べた測定結果を示す図である。
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。
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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- 2001-06-14 JP JP2001179925A patent/JP2002373999A/ja not_active Withdrawn
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