JP2003142721A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の波長帯域を一つの受光素子で検出し、
個別に出力し、高機能、高効率で光フィルタまたは分光
器を用いずに高機能受光システムを構成できる多波長域
受光素子の構造および受光システムに関するものであ
る。 【解決手段】 基板１に長波長光を吸収するため
のｎ型半導体層３、アンドープ半導体層４、ｐ型半導体
層５を積層し、その上部に短波長光を吸収するためのｎ
型半導体層６、アンドープ半導体層７を積層する。オー
ミック電極９、１０、１１を夫々層３、層５、層７に形
成し、ショットキ電極８を層７に形成する。ｐ型層５と
ｎ型層６とがｐｎ構造の素子分離層となる。光が表面か
ら入射すると短波長の光が層７で吸収され電子および正
孔が夫々電極１１、電極８から取り出される。残りの光
は更に浸入し層４で吸収され、生成した電子は層３に正
孔は層４に移動し夫々電極９、電極１０から取り出され
る。
個別に出力し、高機能、高効率で光フィルタまたは分光
器を用いずに高機能受光システムを構成できる多波長域
受光素子の構造および受光システムに関するものであ
る。 【解決手段】 基板１に長波長光を吸収するため
のｎ型半導体層３、アンドープ半導体層４、ｐ型半導体
層５を積層し、その上部に短波長光を吸収するためのｎ
型半導体層６、アンドープ半導体層７を積層する。オー
ミック電極９、１０、１１を夫々層３、層５、層７に形
成し、ショットキ電極８を層７に形成する。ｐ型層５と
ｎ型層６とがｐｎ構造の素子分離層となる。光が表面か
ら入射すると短波長の光が層７で吸収され電子および正
孔が夫々電極１１、電極８から取り出される。残りの光
は更に浸入し層４で吸収され、生成した電子は層３に正
孔は層４に移動し夫々電極９、電極１０から取り出され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電気変換素子、
所謂、受光素子に関し、特に光エネルギーを弁別して取
り出す受光素子に関するものである。
所謂、受光素子に関し、特に光エネルギーを弁別して取
り出す受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来技術】図３は例えば、IEEE. Electron Device Le
tters Vol.EDL-2, No.5 p.p.112~114に示された従来のM
SM型フォトダイオードを示す断面図であり、図におい
て、１は半絶縁性ｐ−型のSi基板、２はｎ−のSi層、１
２は相対する櫛型ショットキ電極である。１５は入射光
である。
tters Vol.EDL-2, No.5 p.p.112~114に示された従来のM
SM型フォトダイオードを示す断面図であり、図におい
て、１は半絶縁性ｐ−型のSi基板、２はｎ−のSi層、１
２は相対する櫛型ショットキ電極である。１５は入射光
である。
【０００３】次に動作について説明する。まず、相対す
る電極１２にバイアス電圧を印加する。このときショッ
トキ電極の一方は逆バイアス、他方のショットキ電極は
順方向バイアスとなる。この状態で光１５が入射される
と光吸収層２で吸収され、同時に生成した電子、正孔は
印加電界によって分離され夫々の電極に捕集され、光電
流として外部に取り出される。この構造では装置全体が
空乏層となっており電気容量が小さく、且つ、電極間距
離を小さくとれる櫛型電極とすることにより、高速応答
に優れ、光ファイバ情報通信の受光端末装置として採用
されている。
る電極１２にバイアス電圧を印加する。このときショッ
トキ電極の一方は逆バイアス、他方のショットキ電極は
順方向バイアスとなる。この状態で光１５が入射される
と光吸収層２で吸収され、同時に生成した電子、正孔は
印加電界によって分離され夫々の電極に捕集され、光電
流として外部に取り出される。この構造では装置全体が
空乏層となっており電気容量が小さく、且つ、電極間距
離を小さくとれる櫛型電極とすることにより、高速応答
に優れ、光ファイバ情報通信の受光端末装置として採用
されている。
【０００４】次に、所謂、PIN型受光素子を図４にしめ
す。図４に於いて、１はｎ型半導体基板、４はI型半導
体でキャリア濃度が殆どない半導体、５は高濃度のｐ型
半導体である。９および１０は夫々ｎ型およびｐ型のオ
ーミック電極である。
す。図４に於いて、１はｎ型半導体基板、４はI型半導
体でキャリア濃度が殆どない半導体、５は高濃度のｐ型
半導体である。９および１０は夫々ｎ型およびｐ型のオ
ーミック電極である。
【０００５】 次に、PIN型受光素子について、動作を
説明する。まず、ｐ極側を負電圧に、ｎ極側を正電圧に
印加して、逆バイアスとする。光１５は薄いｐ層を通過
し、I層に達すると吸収され伝導帯に電子を、価電子帯
に正孔を発生する。電子は電界によりｎ型層に移動し、
正孔はｐ型層に移動し、電極を通じて光電流として取り
出される。逆バイアス電圧を大きくすることにより、ア
バランシェ効果を起こさせ、電流増幅型素子として用い
られることもある。
説明する。まず、ｐ極側を負電圧に、ｎ極側を正電圧に
印加して、逆バイアスとする。光１５は薄いｐ層を通過
し、I層に達すると吸収され伝導帯に電子を、価電子帯
に正孔を発生する。電子は電界によりｎ型層に移動し、
正孔はｐ型層に移動し、電極を通じて光電流として取り
出される。逆バイアス電圧を大きくすることにより、ア
バランシェ効果を起こさせ、電流増幅型素子として用い
られることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光を検出するにあたっ
て、光の波長またはエネルギを弁別して、取り出したい
という応用は沢山ある。例えば、高温発熱体の温度を黒
体輻射として測定する場合、少なくとも２波長の強度比
が必要とされる。物質の発光波長の分布を計測する場合
には分光器により光をスペクトルに分解し、多数の受光
素子のアレイにより発光特性を計測する。太陽紫外線は
人体の皮膚に有害な作用を及ぼす。例えば、波長400nm
から320nmの所謂、UVA紫外線は皮膚の深くまで浸透し、
メラニン色素細胞を活発化させる。波長320nmから290nm
の所謂、UVB紫外線は大量に浴びると赤い火ぶくれを起
こす。波長290nm以下の所謂、UVC紫外線は皮膚ガンを起
こす作用が指摘されている。このように、紫外線のエネ
ルギによって人体に及ぼす効果が異なり、その波長を弁
別して計測するニーズがある。このような、測定器は工
業用または医学計測用としては、分光器と高感度受光器
または高価な干渉フィルタもしくは分光器を施した複数
の高感度光検出器が用いられていた。しかし、これら産
業用または医療用機器は非常に高価であり、一般計測器
としては使えなかった。例えば家庭用ボイラーの火炎検
出や人体保護用の太陽紫外線検出器等にはもっと安価な
多波長域弁別受光素子およびそのシステムが求められて
いた。
て、光の波長またはエネルギを弁別して、取り出したい
という応用は沢山ある。例えば、高温発熱体の温度を黒
体輻射として測定する場合、少なくとも２波長の強度比
が必要とされる。物質の発光波長の分布を計測する場合
には分光器により光をスペクトルに分解し、多数の受光
素子のアレイにより発光特性を計測する。太陽紫外線は
人体の皮膚に有害な作用を及ぼす。例えば、波長400nm
から320nmの所謂、UVA紫外線は皮膚の深くまで浸透し、
メラニン色素細胞を活発化させる。波長320nmから290nm
の所謂、UVB紫外線は大量に浴びると赤い火ぶくれを起
こす。波長290nm以下の所謂、UVC紫外線は皮膚ガンを起
こす作用が指摘されている。このように、紫外線のエネ
ルギによって人体に及ぼす効果が異なり、その波長を弁
別して計測するニーズがある。このような、測定器は工
業用または医学計測用としては、分光器と高感度受光器
または高価な干渉フィルタもしくは分光器を施した複数
の高感度光検出器が用いられていた。しかし、これら産
業用または医療用機器は非常に高価であり、一般計測器
としては使えなかった。例えば家庭用ボイラーの火炎検
出や人体保護用の太陽紫外線検出器等にはもっと安価な
多波長域弁別受光素子およびそのシステムが求められて
いた。
【０００７】 従って、この発明の目的は、外部に特
殊なフィルタもしくは分光器を用いず、更に一つの光受
光素子の中にそれ自身で光のエネルギ帯域を弁別して取
り出すこのとのできる安価な素子を提供することにあ
る。
殊なフィルタもしくは分光器を用いず、更に一つの光受
光素子の中にそれ自身で光のエネルギ帯域を弁別して取
り出すこのとのできる安価な素子を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。以
下にその概要を説明する.
有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。以
下にその概要を説明する.
【０００９】 検出すべき複数の波長帯域の各々に光
吸収をもつ複数の半導体層が、入射光側から吸収エネル
ギの大なる順に配置され、その間を電気的に分離するた
めの半絶縁性半導体層またはpn型半導体層が積層され、
各々の光吸収層で発生した電子正孔による電流または起
電力を光吸収層に取り付けられた電極から外部に取り出
すようにしたもので、入射光は１００％波長弁別されて
吸収層に吸収される構成となり、また干渉フィルタや光
吸収フィルタもしくは分光器による波長弁別機構が不要
となり、装置の小型化、高効率化および簡単化を図った
ものである。
吸収をもつ複数の半導体層が、入射光側から吸収エネル
ギの大なる順に配置され、その間を電気的に分離するた
めの半絶縁性半導体層またはpn型半導体層が積層され、
各々の光吸収層で発生した電子正孔による電流または起
電力を光吸収層に取り付けられた電極から外部に取り出
すようにしたもので、入射光は１００％波長弁別されて
吸収層に吸収される構成となり、また干渉フィルタや光
吸収フィルタもしくは分光器による波長弁別機構が不要
となり、装置の小型化、高効率化および簡単化を図った
ものである。
【００１０】検出すべき複数の波長帯域の各々に光吸収
をもつ複数の半導体層が、入射光側から吸収エネルギの
大なる順に配置され、その間を電気的に分離するための
半絶縁性半導体層またはpn型半導体層が積層され、各々
の光吸収層で発生した電子正孔による電流または起電力
を光吸収層に取り付けられた電極から外部に取り出すよ
うにしたもので、入射光は１００％波長弁別されて吸収
層に吸収される構成となり、また干渉フィルタや光吸収
フィルタもしくは分光器による波長弁別機構が不要とな
るので、装置の小型化、高効率化および簡単化が図ら
れ、応用範囲の拡大と製造コストが格段に低減される効
果が得られる。
をもつ複数の半導体層が、入射光側から吸収エネルギの
大なる順に配置され、その間を電気的に分離するための
半絶縁性半導体層またはpn型半導体層が積層され、各々
の光吸収層で発生した電子正孔による電流または起電力
を光吸収層に取り付けられた電極から外部に取り出すよ
うにしたもので、入射光は１００％波長弁別されて吸収
層に吸収される構成となり、また干渉フィルタや光吸収
フィルタもしくは分光器による波長弁別機構が不要とな
るので、装置の小型化、高効率化および簡単化が図ら
れ、応用範囲の拡大と製造コストが格段に低減される効
果が得られる。
【００１１】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。
図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】 図１は本発明の一実施例による多波長域
受光素子の断面図であり、図において、１は（０００
１）面サファイア基板、２はアンドープGaNバッファ層
で約１mm、３はｎ型GaNで約１mm、４はアンドープGaInN
でIn組成は約１２％で厚みは約0.8 mmである。５はｐ型
AlGaNでAl組成は約１６％で厚みは約0.8 mm、６はｎ型A
lGaNでAl組成と厚みは５と同じである。７はアンドープ
のAlGaNでAl組成と厚みは５と同じである。尚、p型層に
はMgが約1020cm-3、ｎ型層にはSiが5x1018 cm-3添加さ
れている。８は厚みが10nm程度のNi透明ショットキ電
極、９および１1は厚み0.5 mmのTi/Alオーミック電極、
１0は厚み約0.5 mmのNi/Auのｐ型オーミック電極、１２
はショットキ電極の一部の上部に積層された厚み約0.5
mmのAuパッド電極である。
受光素子の断面図であり、図において、１は（０００
１）面サファイア基板、２はアンドープGaNバッファ層
で約１mm、３はｎ型GaNで約１mm、４はアンドープGaInN
でIn組成は約１２％で厚みは約0.8 mmである。５はｐ型
AlGaNでAl組成は約１６％で厚みは約0.8 mm、６はｎ型A
lGaNでAl組成と厚みは５と同じである。７はアンドープ
のAlGaNでAl組成と厚みは５と同じである。尚、p型層に
はMgが約1020cm-3、ｎ型層にはSiが5x1018 cm-3添加さ
れている。８は厚みが10nm程度のNi透明ショットキ電
極、９および１1は厚み0.5 mmのTi/Alオーミック電極、
１0は厚み約0.5 mmのNi/Auのｐ型オーミック電極、１２
はショットキ電極の一部の上部に積層された厚み約0.5
mmのAuパッド電極である。
【００１３】 窒化物半導体は公知の有機金属気相成長
法（MOCVD）により作製した。図には示していないがサ
ファイア基板とGaNバッファ層との間には約３０nm厚み
の低温成長GaNまたはAlNバッファ層が存在している。
法（MOCVD）により作製した。図には示していないがサ
ファイア基板とGaNバッファ層との間には約３０nm厚み
の低温成長GaNまたはAlNバッファ層が存在している。
【００１４】 使用原料はGa原料としてTMG(トリメチル
ガリウム)、Al原料としてTMA(トリメチルアルミニウ
ム)、In原料としてTMIｎ（トリメチルインジウム）、ｐ
型不純物のMg原料としてCp2Mg(シクロペンタジエニルM
g)、ｎ型不純物のSi原料としてSiH4（シラン）を用い
た。窒素原料として、アンモニア（NH3）を用いた。キ
ャリアガスとして、窒素ガスおよび水素ガスを使用し、
成長温度は1080℃で行った。
ガリウム)、Al原料としてTMA(トリメチルアルミニウ
ム)、In原料としてTMIｎ（トリメチルインジウム）、ｐ
型不純物のMg原料としてCp2Mg(シクロペンタジエニルM
g)、ｎ型不純物のSi原料としてSiH4（シラン）を用い
た。窒素原料として、アンモニア（NH3）を用いた。キ
ャリアガスとして、窒素ガスおよび水素ガスを使用し、
成長温度は1080℃で行った。
【００１５】 金属電極形成は公知のフォトリソグラフ
ィ法と抵抗加熱真空蒸着およびリフトオフ法によって形
成した。透明ショットキ電極８は受光面積比率の向上お
よび拡がり抵抗の低減化のために形成した。また、基板
としてはサファイア基板を用いたが、ZnO、リチウムガ
レートなどの酸化物、炭化珪素（SiC）、シリコン（S
i）、ZrB2などの金属ホウ化物、またはGaAs基板などのI
II-V半導体を用いることができる。
ィ法と抵抗加熱真空蒸着およびリフトオフ法によって形
成した。透明ショットキ電極８は受光面積比率の向上お
よび拡がり抵抗の低減化のために形成した。また、基板
としてはサファイア基板を用いたが、ZnO、リチウムガ
レートなどの酸化物、炭化珪素（SiC）、シリコン（S
i）、ZrB2などの金属ホウ化物、またはGaAs基板などのI
II-V半導体を用いることができる。
【００１６】 次に、動作について説明する。本実施例
は、素子の表面側から光を受光し、波長320nmより短いU
VBおよびUVC紫外線と、波長４００nmから320nmのUVA紫
外線との、２波長帯域弁別受光素子である。本素子をバ
ンド図として図2に示す。図2上部の横軸の数値は層の番
号である。なお、図2の下図はこれを半導体素子の記号
で、等価回路的に表示したものである。上下の図の, 横
のスケールは概略一致させてある。バンド図にはバイア
スを印加させてはいない。実際の使用にあたっては、図
７で説明するが、逆バイアスとすることが望ましい。
は、素子の表面側から光を受光し、波長320nmより短いU
VBおよびUVC紫外線と、波長４００nmから320nmのUVA紫
外線との、２波長帯域弁別受光素子である。本素子をバ
ンド図として図2に示す。図2上部の横軸の数値は層の番
号である。なお、図2の下図はこれを半導体素子の記号
で、等価回路的に表示したものである。上下の図の, 横
のスケールは概略一致させてある。バンド図にはバイア
スを印加させてはいない。実際の使用にあたっては、図
７で説明するが、逆バイアスとすることが望ましい。
【００１７】 紫外光を含む太陽光が表面から入射され
る。光は透明電極８を透過し、AlGaN層７に浸入する。
すると、この層のバンドギャップ値3.88eV、即ち320nm
より短い紫外線UVBとUVCとは層７で吸収され、電子が伝
導帯に、正孔は価電子帯に生成される。層７はショット
キ接合とｎ型層６とに挟まれ図のように内部電界が生じ
ており、電子は層６に移動した後オーミック電極１１を
経由して電流となる。正孔は電極８に収集され、外部電
流として取り出される。層７の光吸収係数は５ｘ104cm
程度であるので、98％光吸収するためには0.8mm程度の
厚みが必要である。層６と層7とを通過する間にUVBとUV
C紫外線は消失し、残りのUVAと可視光線が層５を通過す
る。
る。光は透明電極８を透過し、AlGaN層７に浸入する。
すると、この層のバンドギャップ値3.88eV、即ち320nm
より短い紫外線UVBとUVCとは層７で吸収され、電子が伝
導帯に、正孔は価電子帯に生成される。層７はショット
キ接合とｎ型層６とに挟まれ図のように内部電界が生じ
ており、電子は層６に移動した後オーミック電極１１を
経由して電流となる。正孔は電極８に収集され、外部電
流として取り出される。層７の光吸収係数は５ｘ104cm
程度であるので、98％光吸収するためには0.8mm程度の
厚みが必要である。層６と層7とを通過する間にUVBとUV
C紫外線は消失し、残りのUVAと可視光線が層５を通過す
る。
【００１８】 層４は波長400nmより短波長を吸収する
のでUVA紫外線のみを吸収し、電子と正孔とを生じ、電
子は層４を経由して電極９から取り出される。正孔によ
る電流は電極１０より取り出される。層5は、正孔の移
動担体であると同時に層６との間でキャリア分離障壁層
の役割を担っていることがわかる。可視光およびそれよ
り波長の長い光は層３と４とを透過し、素子の外部に抜
けてしまう。すなわち、この素子の動作は可視光の存在
に全く影響されない。
のでUVA紫外線のみを吸収し、電子と正孔とを生じ、電
子は層４を経由して電極９から取り出される。正孔によ
る電流は電極１０より取り出される。層5は、正孔の移
動担体であると同時に層６との間でキャリア分離障壁層
の役割を担っていることがわかる。可視光およびそれよ
り波長の長い光は層３と４とを透過し、素子の外部に抜
けてしまう。すなわち、この素子の動作は可視光の存在
に全く影響されない。
【００１９】 本素子は目的の波長選択性をもった２つ
の受光素子が上下に積層されたものと等価である。層５
と層6との間に逆バイアスが印加されるがツェナー型ブ
レークダウンが生じる電圧以下で2つの機能部間の絶縁
性が確保される。
の受光素子が上下に積層されたものと等価である。層５
と層6との間に逆バイアスが印加されるがツェナー型ブ
レークダウンが生じる電圧以下で2つの機能部間の絶縁
性が確保される。
【００２０】 さて、本実施例ではUVBとUVC紫外線を再
表面の層７で同時に吸収させていたが、UVBとUVCとを分
離して３波長帯域受光素子を構成することができる。す
なわち、５，６，７層と同じドーピング型の組み合わせ
でAlGaNのAl組成としてバンドギャップ値として4.28eV
としたもの、即ちAl0.31Ga0.69Nを7層の上に積層し、相
当する層に相当する電極を形成すればよいことを示すこ
とが出来る。
表面の層７で同時に吸収させていたが、UVBとUVCとを分
離して３波長帯域受光素子を構成することができる。す
なわち、５，６，７層と同じドーピング型の組み合わせ
でAlGaNのAl組成としてバンドギャップ値として4.28eV
としたもの、即ちAl0.31Ga0.69Nを7層の上に積層し、相
当する層に相当する電極を形成すればよいことを示すこ
とが出来る。
【００２１】 次に、本実施例ではキャリア分離層５を
ｐ型半導体で構成したが、これはバンドギャップの大き
いアンドープ型のAlGaN、例えば、Al0.4Ga0.6Nで構成す
ることができる。これを図５にしめす。この場合電極１
０は層４の上に形成することになる。その等価回路図を
同図下に示す。キャリア分離障壁層は高抵抗トンネル障
壁層と見なせる。
ｐ型半導体で構成したが、これはバンドギャップの大き
いアンドープ型のAlGaN、例えば、Al0.4Ga0.6Nで構成す
ることができる。これを図５にしめす。この場合電極１
０は層４の上に形成することになる。その等価回路図を
同図下に示す。キャリア分離障壁層は高抵抗トンネル障
壁層と見なせる。
【００２２】 次に、本実施例では、半導体層としてAl
GaNまたはGaInN層およびGaN層で構成されているが、こ
の組成系は格子歪を内在しているので、結晶成長におい
て格子欠陥やクラックなどを発生することがある。従っ
て、できれば格子一致系で積層されることが望ましい。
たとえば、GaN格子定数に一致する系として、（Al0.83I
n0.17）xGa(1-x)Nが知られている。このAlGaInN系を用
いることによりUVBおよびUVC紫外線吸収層およびキャリ
アの分離障壁層を無歪系で構成することができる。
GaNまたはGaInN層およびGaN層で構成されているが、こ
の組成系は格子歪を内在しているので、結晶成長におい
て格子欠陥やクラックなどを発生することがある。従っ
て、できれば格子一致系で積層されることが望ましい。
たとえば、GaN格子定数に一致する系として、（Al0.83I
n0.17）xGa(1-x)Nが知られている。このAlGaInN系を用
いることによりUVBおよびUVC紫外線吸収層およびキャリ
アの分離障壁層を無歪系で構成することができる。
【００２３】 次に、本実施例は太陽紫外線の検出素子
の構成であったが、例えば、可視光線や赤外光の多波長
域受光素子を形成する場合、AlxGayIn(1-x-y)AszPwN
(1-z-w)、(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦z≦１, ０≦w
≦１)を材料系として用いれば可能となる。V族の混晶に
よりバンドギャップの大きな低下が生じ、赤外域までの
素子作製が可能である。
の構成であったが、例えば、可視光線や赤外光の多波長
域受光素子を形成する場合、AlxGayIn(1-x-y)AszPwN
(1-z-w)、(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦z≦１, ０≦w
≦１)を材料系として用いれば可能となる。V族の混晶に
よりバンドギャップの大きな低下が生じ、赤外域までの
素子作製が可能である。
【００２４】 次に、本実施例では、結晶成長の基板と
してサファイア基板を用いた。この実施例のように、検
出波長域で透明な基板を用いると、基板側からの光入射
を行うことができる。例えば、図６は基板側光入射多波
長域太陽紫外線センサの構成例である。図６で、２は紫
外線UVCを透過するバッファ層、例えばAl0 .35Ga0.65N
で、厚みは１mmである。８１はｐ型Al0.35Ga0.65Nで厚
みは約１mm、層７から層３までは図１と同じであるが、
基板側から図1とは逆順に積層されている。電極12はNi/
Au（0.5mm）のｐ型オーミック電極である。
してサファイア基板を用いた。この実施例のように、検
出波長域で透明な基板を用いると、基板側からの光入射
を行うことができる。例えば、図６は基板側光入射多波
長域太陽紫外線センサの構成例である。図６で、２は紫
外線UVCを透過するバッファ層、例えばAl0 .35Ga0.65N
で、厚みは１mmである。８１はｐ型Al0.35Ga0.65Nで厚
みは約１mm、層７から層３までは図１と同じであるが、
基板側から図1とは逆順に積層されている。電極12はNi/
Au（0.5mm）のｐ型オーミック電極である。
【００２５】 次に、本実施例の多波長域受光素子の窒
化物半導体層の結晶成長には有機金属気相成長法（MOCV
D）を用いたが、公知の分子線エピタキシ法（MBE）やハ
イドライド法（HVPE）を用いることができる。
化物半導体層の結晶成長には有機金属気相成長法（MOCV
D）を用いたが、公知の分子線エピタキシ法（MBE）やハ
イドライド法（HVPE）を用いることができる。
【００２６】 次に、本実施例の受光素子のバイアス印
加方法の一実施例を図７に示す。図７で、電極番号は図
1と共通である。Aは電流計である。逆バイアス印加であ
り、光吸収がないときは電流は発生しない。本実施例の
バイアス条件とは別に０バイアスで動作させることもで
きる。また、０バイアスの条件では、光起電力を測定す
ることもできる。この場合、Aに相当するものはDC電圧
計が用いられる。
加方法の一実施例を図７に示す。図７で、電極番号は図
1と共通である。Aは電流計である。逆バイアス印加であ
り、光吸収がないときは電流は発生しない。本実施例の
バイアス条件とは別に０バイアスで動作させることもで
きる。また、０バイアスの条件では、光起電力を測定す
ることもできる。この場合、Aに相当するものはDC電圧
計が用いられる。
【００２７】 次に、本多波長域受光素子を用いた受光
システムの一実施例を図８に示す。本受光素子からの複
数の光信号を増幅し、サンプルホールド回路に蓄積す
る。次に、この複数の信号を純次AD変換部に供給し、デ
ィジタル変換し、情報処理部により必要な演算、例え
ば、基準値と比較したり、又は、相対値を生成したりし
て、表示部に表示する。更に、入力部とデータ送信部を
備えることにより、応用展開が可能となる。
システムの一実施例を図８に示す。本受光素子からの複
数の光信号を増幅し、サンプルホールド回路に蓄積す
る。次に、この複数の信号を純次AD変換部に供給し、デ
ィジタル変換し、情報処理部により必要な演算、例え
ば、基準値と比較したり、又は、相対値を生成したりし
て、表示部に表示する。更に、入力部とデータ送信部を
備えることにより、応用展開が可能となる。
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係わる
多波長域受光素子は、検出すべき複数の波長帯域の各々
に光吸収をもつ複数の半導体層が、入射光側から吸収エ
ネルギの大なる順に配置され、その間を電気的に分離す
るための半絶縁性半導体層またはpn型半導体層が積層さ
れ、各々の光吸収層で発生した電子正孔による電流また
は起電力を光吸収層に取り付けられた電極から外部に取
り出すようにしたもので、入射光は１００％波長弁別さ
れて吸収層に吸収される構成となり、また干渉フィルタ
や光吸収フィルタもしくは分光器による波長弁別機構が
不要となるので、装置の小型化、高効率化および簡単化
が図られ、製造コストが低減化される高価がある。
多波長域受光素子は、検出すべき複数の波長帯域の各々
に光吸収をもつ複数の半導体層が、入射光側から吸収エ
ネルギの大なる順に配置され、その間を電気的に分離す
るための半絶縁性半導体層またはpn型半導体層が積層さ
れ、各々の光吸収層で発生した電子正孔による電流また
は起電力を光吸収層に取り付けられた電極から外部に取
り出すようにしたもので、入射光は１００％波長弁別さ
れて吸収層に吸収される構成となり、また干渉フィルタ
や光吸収フィルタもしくは分光器による波長弁別機構が
不要となるので、装置の小型化、高効率化および簡単化
が図られ、製造コストが低減化される高価がある。
【図１】本発明の一実施例による多波長域受光素子の断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の一実施例による多波長域受光素子のバ
ンド図および等価回路図である。
ンド図および等価回路図である。
【図３】従来のMSM型受光素子の断面図である。
【図４】従来のPIN型受光素子の断面図である。
【図５】本発明の実施例の内のキャリア分離障壁層をバ
ンドギャップの大きいアンドープトンネル障壁層素子の
バンド図と等価回路図である。
ンドギャップの大きいアンドープトンネル障壁層素子の
バンド図と等価回路図である。
【図６】本発明の実施例の内の基板側光入射対応多波長
域受光素子の断面図である。
域受光素子の断面図である。
【図７】本発明の一実施例による多波長域受光素子のバ
イアス回路および信号検出法の一実施例である。
イアス回路および信号検出法の一実施例である。
【図８】本発明の一実施例による多波長域受光素子を用
いたシステム構成の一実施例である。
いたシステム構成の一実施例である。
１は基板、２はバッファ層、３はｎ型半導体層、４はア
ンドープ半導体層, ５ｐ型ワイドギャップ半導体層、
６はｎ型ワイドギャップ半導体層、７はアンドープのワ
イドギャップ半導体層、８は透明ショットキ電極、８１
はｐ型のワイドギャップ半導体層、９はｎ型オーミック
電極、１０はｐ型オーミック電極、１１はｎ型オーミッ
ク電極、１２はAuパッド電極またはｐ型オーミック電
極、１５は入射光である。
ンドープ半導体層, ５ｐ型ワイドギャップ半導体層、
６はｎ型ワイドギャップ半導体層、７はアンドープのワ
イドギャップ半導体層、８は透明ショットキ電極、８１
はｐ型のワイドギャップ半導体層、９はｎ型オーミック
電極、１０はｐ型オーミック電極、１１はｎ型オーミッ
ク電極、１２はAuパッド電極またはｐ型オーミック電
極、１５は入射光である。
Claims (10)
- 【請求項１】 波長帯域を弁別して受光する積層
型半導体受光素子であって、異なるバンドギャップ値を
持つ、２つ以上の半導体光吸収層と、キャリア分離障壁
層がその間に積層されて成り、各々の光吸収層を貫く光
束により発生したキャリア又は、キャリアによる起電力
を各々の光吸収層の一端に形成された電極により分離し
て取り出す構造を具備する多波長域受光素子 - 【請求項２】 キャリア分離障壁層が次段の光吸
収層のバンドギャップ値より大きなバンドギャップ値を
もつ半導体層から成ることを特徴とする請求項１記載の
多波長域受光素子。 - 【請求項３】 キャリア分離障壁層がｐｎ接合半
導体層から成ることを特徴とする請求項１記載の多波長
域受光素子。 - 【請求項４】 光吸収層がAlxGayIn(1-x-y)N、
(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１)の窒化物半導体から成ること
を特徴とする請求項２又は請求項３記載の多波長域受光
素子。 - 【請求項５】 光吸収層がAlxGayIn(1-x-y)AszPwN
(1-z-w)、(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦z≦１, ０≦w
≦１)の半導体から成ることを特徴とする請求項２又は
請求項３記載の多波長域受光素子。 - 【請求項６】 光入射側から第１の吸収層が波長約290n
mより短波長の、所謂UVC紫外線を吸収する半導体層より
なり、第２吸収層が波長約320nmより短波長の、所謂UVB
紫外線を吸収する半導体層より成り、第3吸収層が波長
約400nmより短波長の、所謂UVA紫外線を吸収する半導体
層より成ることを特徴とする請求項４および請求項５記
載の多波長域受光素子。 - 【請求項７】 光入射側から第１の吸収層が波長約320n
mより短波長の、所謂UVB紫外線を吸収する半導体層より
成り、第２吸収層が波長約400nmより短波長の、所謂UCA
紫外線を吸収する半導体層より成ることを特徴とする請
求項４および請求項５記載の多波長域受光素子。 - 【請求項８】 受光素子を構成する半導体層が吸収する
波長に対して透明な基板を用いたことを特徴とする請求
項４および請求項５記載の多波長受光素子。 - 【請求項９】 半導体層が有機金属気相成長法（MOCV
D）または分子線成長法（MBE）または水素化物法（HVP
E）の、少なくとも一つの成長法により作製されること
を特徴とする請求項４および請求項５記載の多波長域受
光素子。 - 【請求項１０】 請求項２または請求項３記載の多波長
域受光素子と、それから出力される複数のアナログ電気
信号をディジタル変換する機能部分と、そのディジタル
信号を情報処理し表示する機能部分とを備えた光検出表
示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001342158A JP2003142721A (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001342158A JP2003142721A (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142721A true JP2003142721A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=19156062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001342158A Pending JP2003142721A (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003142721A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005102195A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-04-14 | Sae Magnetics (Hong Kong) Ltd | Ｍｓｍ光検出器アセンブリ |
| US9812602B2 (en) | 2012-12-20 | 2017-11-07 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Light detection device |
| KR101826951B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2018-02-07 | 서울바이오시스 주식회사 | 광 검출 소자 |
| KR20200137959A (ko) * | 2019-05-30 | 2020-12-09 | 한국과학기술원 | 다중 파장 광 검출기 및 그의 신호 취득 회로와 결합에 따른 제조 방법 |
| US11515350B2 (en) | 2019-05-30 | 2022-11-29 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Multicolor photodetector and method for fabricating the same by integrating with readout circuit |
-
2001
- 2001-11-07 JP JP2001342158A patent/JP2003142721A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005102195A (ja) * | 2003-09-05 | 2005-04-14 | Sae Magnetics (Hong Kong) Ltd | Ｍｓｍ光検出器アセンブリ |
| US9812602B2 (en) | 2012-12-20 | 2017-11-07 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Light detection device |
| KR101826951B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2018-02-07 | 서울바이오시스 주식회사 | 광 검출 소자 |
| KR20200137959A (ko) * | 2019-05-30 | 2020-12-09 | 한국과학기술원 | 다중 파장 광 검출기 및 그의 신호 취득 회로와 결합에 따른 제조 방법 |
| KR102368900B1 (ko) * | 2019-05-30 | 2022-03-02 | 한국과학기술원 | 다중 파장 광 검출기 및 그의 신호 취득 회로와 결합에 따른 제조 방법 |
| US11515350B2 (en) | 2019-05-30 | 2022-11-29 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Multicolor photodetector and method for fabricating the same by integrating with readout circuit |
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