JP2011040585A - 電子装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱電変換素子と、光電変換素子とトランジスタまたはダイオードとの少なくとも一方と、をモノリシックに集積化すること、または、ｐ型熱電変換部とｎ型熱電変換部とが干渉を抑制すること。
【解決手段】本発明は、熱電変換を行なう半導体層３８を含む熱電変換素子１００と、前記半導体層３８の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子１０２と、前記半導体層３８の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタ１０４またはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備する電子装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子装置および熱変換装置に関し、特に、熱電変換素子を有する電子装置および熱変換装置に関する。
熱電変換素子はゼーベック効果を用い熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。特許文献１には、半導体のゼーベック効果を用いた熱電変換装置が記載されている。
特開２０００−２４４０２３号公報
熱電変換素子と、光電変換素子とトランジスタまたはダイオードとの少なくとも一方と、を集積化した電子装置が求められている。しかしながら、熱電変換素子と、光電変換素子とトランジスタまたはダイオードとの少なくとも一方と、をモノリシックに集積化することは難しく、これまではハイブリッドに集積化していた。
または、熱電変換装置がｐ型半導体層が熱電変換するｐ型熱電変換部とｎ型半導体層が熱電変換するｎ型熱電変換部とを有する場合、ｐ型熱電変換部とｎ型熱電変換部とが干渉する場合がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱電変換素子と、光電変換素子とトランジスタまたはダイオードとの少なくとも一方と、をモノリシックに集積化すること、または、ｐ型熱電変換部とｎ型熱電変換部とが干渉を抑制することを目的とする。
本発明は、熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備する電子装置である。本発明によれば、熱電変換素子と、光電変換素子とトランジスタまたはダイオードとの少なくとも一方と、をモノリシックに集積化することができる。
上記構成において、前記半導体層は、紫外線に対応するバンドギャップエネルギを有し、前記熱電変換素子は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部を有し、前記光電変換素子の前記半導体層の少なくとも一部の層は、紫外線を光電変換する構成とすることができる。この構成によれば、紫外線を検出する光電変換素子と、赤外線を検出する熱電変換素子とをモノリシックに集積化することができる。
上記構成において、前記半導体層は、赤外線に対応するバンドギャップエネルギを有し、前記熱電変換素子は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部を有し、前記光電変換素子の前記半導体層の少なくとも一部の層は、赤外線を光電変換する構成とすることができる。この構成によれば、広帯域の赤外線を検出する熱電変換素子と半導体層のバンドギャップエネルギに対応する赤外線を検出する光電変換素子とをモノリシックに集積化することができる。
上記構成において、前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、前記熱電変換素子は、前記ｐ半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含む構成とすることができる。この構成によれば、高感度に熱電変換を行なうことができる。
上記構成において、前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、前記熱電変換素子は、前記ｐ半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含み、前記光電変換素子は、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とを用いたフォトダイオードである構成とすることができる。この構成によれば、熱電変換素子と光電変換素子とのモノリシックな集積化が一層可能となる。
上記構成において、ｐ型熱電変換部とｎ型熱電変換部と間に、前記ｐ型半導体層および前記ｎ型半導体層を電気的に分離する分離部を具備する構成とすることができる。この構成によれば、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との干渉を抑制することができる。
上記構成において、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とのうち上層の半導体層上に形成されたオーミック電極はノンアロイオーミック電極であり、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とのうち下層の半導体層上に形成されたオーミック電極はアロイオーミック電極である構成とすることができる。この構成によれば、上層の半導体層上に形成されたオーミック電極が下層の半導体層と電気的に接続することを抑制することができる。
上記構成において、前記半導体層は、変調ドープ構造を含む構成とすることができる。この構成によれば、熱電変換素子の感度と検出能との両立が可能となる。
上記構成において、複数の前記熱電変換素子と複数の前記光電変換素子とがマトリックス状に配置され、前記複数の熱電変換素子および前記複数の光電変換素子の少なくとも１つを選択し、前記トランジスタを含む選択部を具備する構成とすることができる。
本発明は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが積層された半導体層と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なう第１ｎ型熱電変換部と、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なう第１ｐ型熱電変換部と、を含む第１熱電変換素子と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なう第２ｎ型熱電変換部と、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なう第２ｐ型熱電変換部と、を含む第２熱電変換素子と、前記第１ｎ型熱電変換部と前記第２ｐ型熱電変換部とを含む第１梁と、前記第１ｐ型熱電変換部と前記第２ｎ型熱電変換部とを含む第２梁と、前記第１梁と、前記第２梁と、が接続され、前記第１熱電変換素子と前記第２熱電変換素子との間の前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との少なくとも一方の層を電気的に分離する第１分離部を含む中央部と、を具備し、前記第１熱電変換素子と前記第２熱電変換素子とは、前記第１ｎ型熱電変換部と前記第２ｐ型熱電変換部とが接続するように、直列に接続されている熱電変換装置である。本発明によれば、第１熱電変換素子と第２熱電変換素子とが電気的に干渉を抑制することができる。
上記構成において、前記第１梁は、前記第１ｎ型熱電変換部と前記第２ｐ型熱電変換部とを電気的に分離する第２分離部を含み、前記第２梁は、前記第１ｐ型熱電変換部と前記第２ｎ型熱電変換部とを電気的に分離する第３分離部を含む構成とすることができる。この構成によれば、第１熱電変換素子と第２熱電変換素子との電気的干渉を一層抑制することができる。
本発明によれば、熱電変換素子と、光電変換素子とトランジスタまたはダイオードとの少なくとも一方と、をモノリシックに集積化することができる。
図１は、実施例１に係る電子装置の断面図である。 図２（ａ）から図２（ｄ）は、熱電変換素子１００の製造工程を示す断面図である。 図３は、各種半導体の格子定数とバンドギャプエネルギーの関係を示す図である。 図４は、実施例１の別の例の断面図である。 図５は、実施例２の熱電変換装置の断面図である。 図６は、熱電変換装置の上面図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例２の変形例の上面図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は実施例２の別の変形例の上面図である。 図９（ａ）は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮを用いた熱電変換装置のＬおよびＷを変えたときの感度Ｒを示す図であり、図９（ｂ）は、ＬおよびＷを変えたときの検出能Ｄおよび応答時間τを示す図である。 図１０（ａ）は、ＭｇＺｎＯ／ＺｎＯを用いた熱電変換装置のＬおよびＷを変えたときの感度Ｒを示す図であり、図１０（ｂ）は、ＬおよびＷを変えたときの検出能Ｄおよび応答時間τを示す図である。 図１１（ａ）は、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓを用いた熱電変換装置のＬおよびＷを変えたときの感度Ｒを示す図であり、図１１（ｂ）は、ＬおよびＷを変えたときの検出能Ｄおよび応答時間τを示す図である。 図１２は実施例４のブロック図である。
以下、本発明の実施例を図面を参照に説明する。
図１は、実施例１に係る電子装置の断面図である。基板１０上に熱電変換素子１００、光電変換素子１０２およびトランジシタ１０４が形成されている。Ｓｉからなる基板１０上に、エッチングストップ層１４、ｎ型半導体層２０、電気分離層２８およびｐ型半導体層３０が順に積層されている。半導体層３８は、ｎ型半導体層２０、電気分離層２８およびｐ型半導体層３０を含む。熱電変換素子１００はｐ型熱電変換部９２とｎ型熱電変換部９０を備えている。熱電変換素子１００、光電変換素子１０２およびトランジシタ１０４間の半導体層３８は、エッチングストップ層１４に達する分離部４２により素子分離されている。ｐ型熱電変換部９２とｎ型熱電変換部９０との間はエッチングストップ層１４に達する分離部４２により素子分離させている。
ｐ型熱電変換部９２では、ｐ型半導体層３０上の両側にｐ型オーミック電極４６が形成されている。ｐ型オーミック電極４６間のｐ型半導体層３０上にはパッシベーション膜４０が形成されている。ｎ型熱電変換部９０では、ｐ型半導体層３０および電気分離層２８が除去され、ｎ型半導体層２０上の両側にｎ型オーミック電極４４が形成されている。ｎ型オーミック電極４４間のｎ型半導体層２０上にはパッシベーション膜４０が形成されている。ｐ型熱電変換部９２とｎ型熱電変換部９０とが接する側のｐ型オーミック電極４６およびｎ型オーミック電極４４上には吸収部４８が設けられている。他方のｐ型オーミック電極４６およびｎ型オーミック電極４４上には各々コールドパッド５０が設けられている。ｐ型熱電変換部９２およびｎ型熱電変換部９０下の基板１０には空隙１２が設けられている。
光電変換素子１０２では、ｐ型半導体層３０上にｐ型オーミック電極５２が形成されている。ｐ型オーミック電極５２が形成されていないｐ型半導体層３０上にはパッシベーション膜４０が形成されている。パッシベーション膜４０は、光電変換素子１０２が光電変換する波長の光を透過させる材料からなることが好ましい。
トランジスタ１０４では、ｐ型半導体層３０および電気分離層２８が除去され、ｎ型半導体層２０上にｎ型オーミック電極５４（例えばソース電極およびドレイン電極）およびゲート電極５６が設けられている。ｎ型オーミック電極５４とゲート電極５６との間のｎ型半導体層２０上にはパッシベーション膜４０が設けられている。
エッチングストップ層１４からｐ型半導体層３０までの層は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用い形成することができる。エッチングストップ層１４としては、例えば膜厚が２００ｎｍのアンドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（例えばｘ＝０．６）を用いることができる。ｎ型半導体層２０は、アンドープの高純度層２２、ｎ型ドープされ高純度層２２よりバンドギャップの大きい電子供給層２４およびオーミックコンタクト層２６を含んでいる。高純度層２２としては、例えば膜厚が１０ｎｍのアンドープＧａＮ層を用いることができる。電子供給層２４としては、例えば膜厚が１００ｎｍのＳｉを１×１０１８ｃｍ−３ドープしたＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（例えばｘ＝０．２５）を用いることができる。オーミックコンタクト層２６としては、例えば膜厚が３０ｎｍのＳｉを４×１０１８ｃｍ−３ドープしたＧａＮ層を用いることができる。高純度層２２と電子供給層２４とは変調ドープ構造を形成し、高純度層２２内に移動度の高い２次元電子ガスが形成される。
電気分離層２８としては、例えば膜厚が１００ｎｍのアンドープＧａＮ層を用いることができる。ｐ型半導体層３０は、アンドープの高純度層３２と、ｐ型ドープされ高純度層３２よりバンドギャップの大きいホール供給層３４と、を含んでいる。高純度層３２としては、例えば膜厚が１０ｎｍのアンドープＧａＮ層を用いることができる。ホール供給層３４としては、例えば膜厚が１００ｎｍのＭｇを１×１０１９ｃｍ−３ドープしたＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（例えばｘ＝０．２５）を用いることができる。高純度層３２とホール供給層３４とは変調ドープ構造を形成し、高純度層３２内に移動度の高い２次元ホールガスが形成される。
分離部４２は、例えば以下の方法で形成することができる。ｐ型半導体層３０からエッチングストップ層１４までをエッチングで除去し、エッチングストップ層１４に達する溝を形成する。例えば膜厚が５００ｎｍのＳｉＮまたはＳｉＯＮ等の絶縁物をＣＶＤ法で形成し、溝を埋め込む。これにより、分離部４２が形成される。また、分離部４２は、例えば半導体層３８にイオンを注入し形成することもできる。このイオン注入は、例えばボロンまたは酸素を用い、注入エネルギーが８０ｋｅＶ、ドーズ量が５×１０１５ｃｍ−３の条件で行なうことができる。吸収部４８は蒸着法で形成したポーラス状のＡｕを用いることができる。コールドパッド５０は、例えば蒸着法で形成したＣｒＡｕを用いることができる。パッシベーション膜４０は、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いることができる。
ｐ型オーミック電極４６および５２は、例えばｐ型半導体層３０上のＮｉ層、Ｎｉ層上のＡｌ層を蒸着法で形成したノンアロイオーミックとすることができる。ｎ型オーミック電極４４および５４は、例えばｎ型半導体層２０上のＴｉ層、Ｔｉ層上のＡｌ層を蒸着法で形成した後、熱処理したアロイオーミックとすることができる。ゲート電極５６は例えば蒸着法を用いて形成したＰｔ層とすることができる。
図２（ａ）から図２（ｄ）は、熱電変換素子１００の製造工程を示す断面図である。図２（ａ）のように、基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用い、エッチングストッパ層１４からｐ型半導体層３０を成膜する。分離部４２を形成する。ｎ型熱電変換部９０を形成すべき領域のｐ型半導体層３０および電気分離層２８を除去する。このとき、トランジスタを形成すべき領域においてもｐ型半導体層３０および電気分離層２８を除去する。ｐ型半導体層３０および電気分離層２８を覆うようにパッシベーション膜４０を形成する。
図２（ｂ）のように、パッシベーション膜４０の一部を除去し、ｐ型オーミック電極４６を形成する。このとき光電変換素子１０２のｐ型オーミック電極５２も形成する。パッシベーション膜４０の一部を除去し、ｎ型オーミック電極４６を形成する。このときトランジスタ１０４のｎ型オーミック電極５４を形成する。
図２（ｃ）のように、ｐ型オーミック電極４６およびｎ型オーミック電極４４に各々接する様にコールドパッド５０を形成する。ｐ型オーミック電極４６およびｎ型オーミック電極４４に接する様に吸収部４８を形成する。図２（ｄ）のように、エッチング法を用い基板１０に空隙１２を形成する。このとき、エッチングストッパ層１４により、ｎ型半導体層２０がエッチングされることを抑制することができる。
図２（ａ）のように、分離部４２の形成とパッシベーション膜４０の成膜を行なった後、図２（ｄ）の空隙１２の形成を行なうことにより、空隙１２の形成による半導体層３８へのダメージを抑制することができる。特に、空隙１２の形成を図２（ａ）から図２（ｃ）の工程の後に行なうことにより、図２（ａ）から図２（ｃ）の工程を安定に行なうことができる。
図２（ｂ）のように、ｐ型オーミック電極４６とｎ型オーミック電極４４とのいずれか一方をノンアロイ法（熱処理しない方法）を用い形成し、他方をアロイ法（合金化のために熱処理する方法）を用い形成することが好ましい。ｐ型オーミック電極４６とｎ型オーミック電極４６とをいずれもアロイ法を用い形成すると、片方のオーミック電極のアロイ（合金化のための熱処理）により他方のオーミック電極のアロイ領域が壊れてしまうためである。特に、ｎ型半導体層２０とｐ型半導体層３０とを積層した場合、ｎ型半導体層２０とｐ型半導体層３０とのうち上層の半導体層とオーミック接触するオーミック電極はノンアロイオーミック電極であり、下層の半導体層とオーミック接触するオーミック電極はアロイオーミック電極であることが好ましい。上層の半導体層上に形成するオーミック電極をアロイ法を用い形成すると、アロイ領域が下の半導体層まで達してしまうためである。よって、実施例１のように、上層の半導体層がｐ型半導体層３０の場合は、ｐ型オーミック電極４６をノンアロイ法を用い形成し、ｎ型オーミック電極４４をアロイ法を用い形成することが好ましい。また、ｐ型半導体層上にｎ型半導体層が積層されている場合は、ｎ型オーミック電極をノンアロイ法を用い形成し、ｐ型オーミック電極をアロイ法を用い形成することが好ましい。これにより、上層の半導体層上に形成されたオーミック電極が下層の半導体層と電気的に接続することを抑制することができる。
図１を参照に、熱電変換素子１００について説明する。吸収部４８が赤外線等を吸収すると吸収部４８の温度が上昇する。吸収部４８とコールドパッド５０との間の温度差により、ｐ型熱電変換部９２およびｎ型熱電変換部９０の半導体層においてゼーベック効果による熱電変換が行なわれる。これにより、ｐ型熱電変換部９２ではｐ型オーミック電極４６間、ｎ型熱電変換部９０ではｎ型オーミック電極４４間に起電力が生じる。熱電変換素子１００の感度Ｒ（Ｖ／Ｗ）、検出能Ｄ（ｃｍ（Ｈｚ）１／２／Ｗ）および応答時間τ（秒）はそれぞれ以下の数式１、数式２および数式３で表される。
Ｒ＝α・Ｎ・Ｓ・Ｒｔｈ （数式１）
Ｄ＝Ｒ（Ａ・Δｆ／（４・ｋＢ・Ｔ・Ｒｅｌ）１／２ （数式２）
τ＝Ｒｔｈ・Ｃ （数式３）
ここで、αは熱吸収係数、Ｎはｐ型熱電変換部９２およびｎ型熱電変換部９０を一対に直列接続した場合の対数（詳細は後述する）、Ｓはゼーベック係数、Ｒｔｈは半導体層の熱抵抗、Ａは吸収部４８の面積、Δｆは帯域幅、ｋＢボルツマン係数、Ｔは絶対温度、Ｒｅｌは半導体層の電気抵抗、Ｃは熱電変換部の熱容量を示している。
数式１より、感度Ｒを向上させるためには、半導体層の熱抵抗Ｒｔｈを高めることが求められる。そこで、ｐ型熱電変換部９２およびｎ型熱電変換部９０の半導体層を薄くしかつ梁状とし、基板１０に空隙１２を設けることにより、半導体層の熱抵抗Ｒｔｈを高めることができる。しかし、ｐ型熱電変換部９２およびｎ型熱電変換部９０を薄くし梁状とすると半導体層の電気抵抗Ｒｅｌが高くなってしまう。これにより、検出能Ｄが低下してしまう。そこで、ｎ型半導体層２０およびｐ型半導体層３０が変調ドープ構造を含むことにより、移動度の高い２次元電子および２次元ホールが形成される。よって、ｎ型半導体層２０およびｐ型半導体層３０の電気抵抗Ｒｅｌを低くすることができる。これにより、感度Ｒと検出能Ｄとの両立が可能となる。
次に、図１を参照に、光電変換素子１０２について説明する。光電変換素子１０２はｐ型半導体層３０、電気分離層２８およびｎ型半導体層２０からなるＰＩＮ構造を有している。ＰＩＮ構造により、照射された光を光電変換することができる。
次に、図１を参照に、トランジスタ１０４について説明する。トランジスタ１０４は、ｎ型半導体層２０の変調ドープ構造に形成された２次元電子ガスをチャネルとしたＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）構造である。このように、半導体層３８の一部であるｎ型半導体層２０を動作層として用いることができる。トランジスタ１０４は、ｐ型半導体層３０を動作層として用いることもできる。さらに、トランジスタ１０４において、ゲート電極５６をアノード、オーミック電極５４をカソードと機能させることにより、トランジスタ１０４をダイオードとして機能させることもできる。
実施例１によれば、熱電変換素子１００は熱電変換を行なう半導体層３８を含んでいる。光電変換素子１０２においては、半導体層３８の少なくとも一部の層が光電変換を行なう。このように、光電変換素子１０２が熱電変換を行なう半導体層３８の少なくとも一部を用い光電変換を行なうことにより、熱電変換素子１００と光電変換素子１０２とをモノリシックに集積化することができる。熱電変換素子１００は遠赤外線から近赤外線までの広帯域な光の検知が可能である。一方、光電変換素子１０２は半導体層のバンドギャップに対応した狭帯域な光の検知を行なう。よって、広帯域検出器と狭帯域検出器とをモノリシックに集積化するこができる。
また、トランジスタ１０４において、半導体層３８の少なくとも一部の層を動作層に用いている。これにより、熱電変換素子１００とトランジスタ１０４とをモノリシックに集積化することができる。なお、トランジスタの代わりに例えばダイオードでもよい。
このように、熱電変換素子１００と、光電変換素子１０２およびトランジシタの少なくとも一方と、をモノリシックに集積化させることができる。なお、トランジスタの代わりに例えばダイオードでもよい。
さらに、半導体層３８が紫外線に対応するバンドギャップエネルギを有する層（実施例１の例では、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層）を含み、光電変換素子１０２の半導体層３８の少なくとも一部の層は、紫外線を光電変換する。このように、光電変換素子１０２は紫外線を検出する検出器とすることができる。また、熱電変換素子１００の吸収部４８は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部とする。このように、熱電変換素子１００は赤外線を検出する検出器とすることができる。これにより、紫外線検出器と赤外線検出器をモノリシックに集積化することができる。
図３は、各種半導体の格子定数とバンドギャプエネルギーの関係を示す図である。紫外線に対応するバンドギャップを有する半導体層としては、実施例１で例示したように、半導体層３８としてＧａＮ、ＡｌＮとＧａＮとの混晶を用いることができる。さらに、ＺｎＯを含む半導体層を用いることができる。例えば、ＺｎＯ、ＺｎＯとＭｇＯとの混晶を半導体層に用いることができる。さらに、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＭｇＳまたはＭｇＳｅを用いることもできる。
半導体層３８は、積層されたｐ型半導体層３０とｎ型半導体層２０とを含んでいる。熱電変換素子１００は、ｐ型半導体層３０が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部９２と、ｎ型半導体層２０が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部９０と、を含む構成である。これにより、高感度に熱電変換を行なうことができる。
さらに、光電変換素子１０２は、ｐ型半導体層３０とｎ型半導体層２０とを用いたフォトダイオードである。これにより、熱電変換素子１００と光電変換素子１０２とのモノリシックな集積化が一層可能となる。
さらに、ｐ型熱電変換部９２とｎ型熱電変換部９０と間に、ｐ型半導体層３０およびｎ型半導体層２０を電気的に分離する分離部４２が設けられている。これにより、ｐ型半導体層３０とｎ型半導体層２０との干渉を抑制することができる。
図４は、実施例１の別の例の断面図である。図４のように、空隙１２ａを光電変換素子１０２下の基板１０に設けることができる。光電変換素子１０２下の基板１０にも空隙１２ａを設けることにより、Ｓｉ等の基板１０中で光が光電効果で吸収されたことに起因する雑音を抑制することができる。
実施例２は、熱電変換装置の例である。図５は、実施例２の熱電変換装置の断面図である。図５のように、熱電変換装置は、実施例１で説明した第１熱電変換素子１００ａおよび第２熱電変換素子１００ｂが直列に接続されている。第１熱電変換素子１００ａの第１ｎ型熱電変換部９０ａ、第１ｐ型熱電変換部９２ａ、第２熱電変換素子１００ｂの第２ｎ型熱電変換部９０ｂおよび第２ｐ型熱電変換部９２ｂが直列に接続されている。
図６は、実施例２の熱電変換装置の上面図である。熱電変換装置は、中央部７２、第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂを備えている。第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂは図５のように空隙１２により基板１０から分離している。第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂの各々の一端は中央部７２に機械的に接続されている。第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂの各々の他端は外側の基体７４に機械的に接続している。第１梁７０ａには、第１熱電変換素子１００ａの第１ｎ型熱電変換部９０ａと第２熱電変換素子１００ｂの第２ｐ型熱電変換部９２ｂとが設けられている。第１ｎ型熱電変換部９０ａと第２ｐ型熱電変換部９２ｂとの間の半導体層は、第２分離部４２ａにより電気的に分離されている。第２梁７０ｂには、第２熱電変換素子１００ｂの第２ｎ型熱電変換部９０ｂと第１熱電変換素子１００ａの第１ｐ型熱電変換部９２ａとが設けられている。第２ｎ型熱電変換部９０ｂと第１ｐ型熱電変換部９２ａとの間の半導体層は、第３分離部４２ｂにより電気的に分離されている。
中央部７２の中央には、吸収部４８が設けられている。中央部７２の周辺には、第１ｎ型熱電変換部９０ａのｎ型オーミック電極４４と第１ｐ型熱電変換部９２ａのｐ型オーミック電極４６とを接続する第１配線４５ａが設けられている。第２ｎ型熱電変換部９０ｂのｎ型オーミック電極４４と第２ｐ型熱電変換部９２ｂのｐ型オーミック電極４６とを接続する第２配線４５ｂが設けられている。また、中央部７２の第１分離部４２ｃは、吸収部４８と第１配線４５ａとの間、および吸収部４８と第２配線４５ｂとの間に設けられ、第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとを電気的に分離している。なお、ｐ型オーミック電極４６は第１分離部４２ｃの上方を越え吸収部４８の下で吸収部４８と熱的に接続されている。ｐ型オーミック電極４６下の第１分離部４２ｃを破線で示した。また、吸収部４８下のｐ型オーミック電極４６を破線で示した。第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂの各々の他端にはコールドパッド５０が設けられている。第２分離部４２ａおよび第３分離部４２ｂおよび第１分離部４２ｃは、実施例１の分離部４２と同様に半導体層３８をエッチングストップ層１４に達するまで電気的に分離している。第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂの幅は、例えば各々６μｍであり、長さは各々１５２μｍである。中央部７２の一辺は、例えば５２μｍである。
実施例２によれば、第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂに熱電変換部を設けることにより、熱抵抗を大きくし、感度を大きくすることができる。さらに、第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとを第１ｐ型熱電変換部９２ａと第２ｎ型熱電変換部９０ｂとが図６の左下の基体７４において接続するように、直列に接続する。第１ｎ型熱電変換部９０ａと第２ｐ型熱電変換部９２ｂを第１梁７０ａに設ける。第２ｎ型熱電変換部９０ｂと第１ｐ型熱電変換部９２ａを第２梁７０ｂに設ける。これにより、数式１の対数Ｎを２とすることができ、感度を大きくすることができる。
さらに、第１梁７０ａと第２梁７０ｂとが接続する中央部７２において、第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとの間のｐ型半導体層３０とｎ型半導体層２０との少なくとも一方の層を電気的に分離する第１分離部４２ｃをさらに設ける。中央部７２が、ｐ型半導体層３０とｎ型半導体層２０との少なくとも一方の層を含んでいる場合、中央部７２において、半導体層を介し第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとが電気的に干渉してしまう。そこで、第１分離部４２ｃが、ｐ型半導体層３０とｎ型半導体層２０との少なくとも一方の層を電気的に分離する。これにより、第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとが電気的に干渉を抑制することができる。特に、ｐ型オーミック電極４６とｎ型オーミック電極４４との少なくとも一方がアロイ法を用い形成されている場合、アロイ法を用い形成されたオーミック電極に対応する導電型の半導体層を介し、第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとが電気的に干渉しやすい。よって、中央部７２において、第１分離部４２ｃは、アロイ法を用い形成されたオーミック電極に対応する導電型の半導体層を電気的に分離することが好ましい。
さらに、第１梁７０ａは、第１ｎ型熱電変換部９０ａと第２ｐ型熱電変換部９２ｂとを電気的に分離する第２分離部４２ａを含み、第２梁７０ｂは、第１ｐ型熱電変換部９２ａと第２ｎ型熱電変換部９０ｂとを電気的に分離する第３分離部４２ｂを含むことが好ましい。これにより、第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂにおける第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとの電気的干渉を一層抑制することができる。
図７（ａ）および図７（ｂ）は実施例２の変形例の上面図である。図７（ａ）のように、中央部７２に光電変換素子１０２を設けてもよい。また、図７（ｂ）のように、中央部７２に光電変換素子１０２と吸収部４８の両方を設けてもよい。
図８（ａ）から図８（ｃ）は実施例２の別の変形例の上面図である。図８（ａ）のように、中央部７２の第１分離部４２ｃは、吸収部４８を横切るように設けられてもよい。吸収部４８下の第１分離部４２ｃは破線で示した。図８（ｂ）のように、第１分離部４２ｃは吸収部４８と配線４５ｂとの間に設けられ、吸収部４８と配線４５ａとの間には設けられなくてもよい。図８（ｃ）のように、第１分離部４２ｃは吸収部４８と配線４５ａとの間に設けられ、吸収部４８と配線４５ｂとの間には設けられなくてもよい。このように、第１分離部４２ｃは第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとを電気的に分離していればよい。特に、第１分離部４２ｃは、第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとの間に隙間がないように設けられ、第１熱電変換素子１００ａと第２熱電変換素子１００ｂとを完全に電気的に分離することが好ましい。
ＧａＮおよびＡｌＧａＮを用いた熱電変換装置の感度Ｒおよび検出能Ｄを計算した。まず、数式１を用い感度Ｒを計算する。熱吸収係数α＝１、対数Ｎ＝２、ゼーベック係数ＳとしてＧａＮのゼーベック係数Ｓ＝１５００μＶ／Ｋと仮定した。第１梁７０ａおよび第２梁７０ｂの各々の長さＬ、ｐ型およびｎ型熱電変換部９２および９０の各々の幅Ｗ、ｐ型およびｎ型熱電変換部９２および９０の半導体層の各々の厚さｔｐ、ｔｎから熱抵抗Ｒｔｈを計算した。例えば、Ｌ＝１３７μｍ、Ｗ＝１．５μｍ、ｔｐ＝０．５５μｍおよびｔｎ＝０．３４μｍとしたとき、Ｒｔｈ＝１．７×１０５Ｋ／Ｗである。このとき、感度Ｒ＝２０００Ｖ／Ｗとなる。
図９（ａ）は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮを用いた熱電変換装置のＬおよびＷを変えたときの感度Ｒを示す図である。図９（ａ）のように、Ｌが大きくなると感度Ｒは大きくなり、Ｗが小さくなると感度Ｒが大きくなる。
数式２を用い検出能Ｄを計算する。帯域幅Δｆ＝１、絶対温度Ｔ＝３００Ｋと仮定した。吸収部４８の面積Ａは、図９（ａ）のように、Ｌに対し比例すると仮定している。Ｌ、Ｗから電気抵抗Ｒｅｌを計算した。例えば、面積Ａ＝５２×５２μｍ２、Ｌ＝１３７μｍ、Ｗ＝１．５μｍのとき、Ｒｅｌ＝３２０ｋΩである。このとき、検出能Ｄ＝７×１０８ｃｍ（Ｈｚ）１／２／Ｗとなる。また、熱容量Ｃ＝４×１０−９Ｊ／Ｋと仮定すると、応答時間τ＝１．３ｍｓとなる。
図９（ｂ）は、ＬおよびＷを変えたときの検出能Ｄおよび応答時間τを示す図である。図９（ｂ）のように、Ｌが大きくなると検出能Ｄは大きくなり、Ｗが小さくなると検出能Ｄが大きくなる。
次に、図９（ａ）および図９（ｂ）と同様に、ＺｎＯおよびＺｎＭｇＯを用いた熱電変換装置の感度Ｒおよび検出能Ｄを計算した。まず、数式１を用い感度Ｒを計算する。熱吸収係数α＝１、対数Ｎ＝２、ゼーベック係数ＳとしてＺｎＯのゼーベック係数Ｓ＝１１４０μＶ／Ｋを仮定した。図９（ａ）と同様に、Ｌ、Ｗ、ｔｐおよびｔｎから熱抵抗Ｒｔｈを計算した。例えば、例えば、Ｌ＝１３７μｍ、Ｗ＝１．５μｍ、ｔｐ＝０．５５μｍおよびｔｎ＝０．３４μｍとしたとき、Ｒｔｈ＝１．７５×１０６Ｋ／Ｗである。このとき、感度Ｒ＝８０００Ｖ／Ｗとなる。
図１０（ａ）は、ＬおよびＷを変えたときの感度Ｒを示す図である。図１０（ａ）のように、Ｌが大きくなると感度Ｒは大きくなり、Ｗが小さくなると感度Ｒが大きくなる。
数式２を用い検出能Ｄを計算する。帯域幅Δｆ＝１、絶対温度Ｔ＝３００Ｋと仮定した。吸収部４８の面積Ａは、図１０（ａ）のように、Ｌに対し比例すると仮定している。Ｌ、Ｗから電気抵抗Ｒｅｌを計算した。例えば、面積Ａ＝５２×５２μｍ２、Ｌ＝１３７μｍ、Ｗ＝１．５μｍのとき、Ｒｅｌ＝３１０ｋΩである。このとき、検出能Ｄ＝８×１０８ｃｍ（Ｈｚ）１／２／Ｗとなる。また、熱容量Ｃ＝５．３×１０−９Ｊ／Ｋと仮定すると、応答時間τ＝９．２ｍｓとなる。
図１０（ｂ）は、ＬおよびＷを変えたときの検出能Ｄおよび応答時間τを示す図である。図１０（ｂ）のように、Ｌが大きくなると検出能Ｄは大きくなり、Ｗが小さくなると検出能Ｄが大きくなる。
図９（ａ）から図１０（ｂ）より、梁長さＬは１００μｍ以上が好ましい。特に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ変調ドープ構造またはＺｎＯ／ＭｇＺｎＯ変調ドープ構造では、梁長さＬは１００μｍ以上が好ましい。
実施例２の熱電変換装置と、実施例１の光電変換素子およびトランジスタの少なくとも一方をモノリシックに集積化することもできる。
実施例３は、光電変換素子が赤外線を検出する例である。実施例１の図１において、エッチングストップ層１４としては、例えば膜厚が２００ｎｍのアンドープＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（例えばｘ＝０．６）を用いることができる。高純度層２２としては、例えば膜厚が１０ｎｍのアンドープＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層（例えばｘ＝０．２５）を用いることができる。電子供給層２４としては、例えば膜厚が１００ｎｍのＳｉを１×１０１８ｃｍ−３ドープしたＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（例えばｘ＝０．２５）を用いることができる。オーミックコンタクト層２６としては、例えば膜厚が３０ｎｍのＳｉを４×１０１８ｃｍ−３ドープしたＧａＡｓ層を用いることができる。
電気分離層２８としては、例えば膜厚が１００ｎｍのアンドープＧａＡｓ層を用いることができる。高純度層３２としては、例えば膜厚が１０ｎｍのアンドープＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層（例えばｘ＝０．２５）を用いることができる。ホール供給層３４としては、例えば膜厚が１００ｎｍのＺｎを１×１０１９ｃｍ−３ドープしたＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（例えばｘ＝０．２５）を用いることができる。
ｐ型オーミック電極４６および５２は、例えばｐ型半導体層３０上のＴｉ層、Ｔｉ層上のＡｕ層を蒸着法で形成したノンアロイオーミックとすることができる。ｎ型オーミック電極４４および５４は、例えばｎ型半導体層２０上のＡｕＧｅ層、ＡｕＧｅ層上のＮｉ層を蒸着法で形成した後、熱処理したアロイオーミックとすることができる。
実施例２と同様の熱電変換装置の感度Ｒおよび検出能Ｄを計算した。まず、数式１を用い感度Ｒを計算する。熱吸収係数α＝１、対数Ｎ＝２、ゼーベック係数ＳとしてＧａＮのゼーベック係数Ｓ＝１２５０μＶ／Ｋと仮定した。例えば、Ｌ＝１３７μｍ、Ｗ＝１．５μｍ、ｔｐ＝０．５５μｍおよびｔｎ＝０．３４μｍとしたとき、Ｒｔｈ＝３．６×１０６Ｋ／Ｗである。このとき、感度Ｒ＝１８０００Ｖ／Ｗとなる。
図１１（ａ）は、ＬおよびＷを変えたときの感度Ｒを示す図である。図１１（ａ）のように、Ｌが大きくなると感度Ｒは大きくなり、Ｗが小さくなると感度Ｒが大きくなる。
数式２を用い検出能Ｄを計算する。帯域幅Δｆ＝１、絶対温度Ｔ＝３００Ｋと仮定した。吸収部４８の面積Ａは、図１１（ａ）のように、Ｌに対し比例すると仮定している。Ｌ、Ｗから電気抵抗Ｒｅｌを計算した。例えば、面積Ａ＝５２×５２μｍ２、Ｌ＝１３７μｍ、Ｗ＝１．５μｍのとき、Ｒｅｌ＝４２０ｋΩである。このとき、検出能Ｄ＝２．２７×１０９ｃｍ（Ｈｚ）１／２／Ｗとなる。また、熱容量Ｃ＝３．５×１０−９Ｊ／Ｋと仮定すると、応答時間τ＝１３ｍｓとなる。
図１１（ｂ）は、ＬおよびＷを変えたときの検出能Ｄおよび応答時間τを示す図である。図１１（ｂ）のように、Ｌが大きくなると検出能Ｄは大きくなり、Ｗが小さくなると検出能Ｄが大きくなる。
図９（ａ）から図１１（ｂ）の比較により、実施例２のようにＧａＮを含む半導体層を用い熱電変換素子を形成した場合、感度Ｒおよび検出能Ｄは、実施例３のようなＧａＡｓを含む熱電変換素子に比べ低いものの、応答時間τを早くすることができる。一方、実施例３のようにＧａＡｓを含む熱電変換素子は、感度Ｒおよび検出能Ｄを高くすることができる。
実施例３によれば、半導体層３８は、赤外線に対応するバンドギャップエネルギを有する層（例えばＩｎＧａＡｓ）を含む。光電変換素子１０２において、半導体層の少なくとも一部の層は、赤外線を電気信号に変換する。これにより、熱電変換素子１００は、遠赤外線から近赤外線までの広帯域の赤外線を検出することができる。一方、光電変換素子１０２は、半導体層のバンドギャップに対応した赤外線を検出することができる。これにより、広帯域赤外線検出器（主に波長が１０μｍ帯の遠赤外線検出器）と狭帯域赤外線検出器（主に波長が１μｍ帯の近赤外線検出器）をモノリシックに集積化することができる。実施例３は、例えば、広帯域な赤外線と狭帯域な赤外線の両方を検出するイメージセンサ等に用いることができる。
実施例４は、熱電変換素子１００と光電変換素子１０２とを集積化したイメージセンサの例である。図１２は実施例４のブロック図である。熱電変換素子１００と光電変換素子１０２とがマトリックス状に配置されている。熱電変換素子１００および光電変換素子１０２としては、実施例１から実施例３で例示した熱電変換素子１００および光電変換素子１０２を用いることができる。熱電変換素子１００および光電変換素子１０２はそれぞれ選択トランジスタ６４のソースとグランドとの間に設けられている。選択トランジスタ６４のゲートは行選択線６８に接続され、ドレインは列選択線６６に接続されている。行選択部６２および列選択部６０が行選択線６８および列選択線６６を選択することにより、所定の熱電変換素子１００および光電変換素子１０２から信号を出力させることができる。
実施例４によれば、図１２のように、複数の熱電変換素子１００と複数の光電変換素子１０２とがマトリックス状に配置されている。選択部（例えば、選択トランジスタ６４、行選択部６２および列選択部６０）は、複数の熱電変換素子１００および複数の光電変換素子１０２の少なくとも１つを選択する。これにより、選択された複数の熱電変換素子１００および複数の光電変換素子１０２の信号を出力することがでできる。
さらに、実施例４において、選択トランジスタ６４、行選択部６２および列選択部６０としてトランジスタ１０４を用いる。つまり、選択部がトランジスタ１０４を含む。これにより、熱電変換素子１００と光電変換素子１０２とのイメージセンサをモノリシックの集積化することができる。例えば、赤外線検出器と紫外線検出器とを集積化したイメージセンサを実現することができる。また、遠赤外線検出器と近赤外線検出器とを集積化したイメージセンサを実現することができる。
実施例１から実施例３の半導体層３８としては、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＭｇＺｎＯ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ以外にも、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＣｄＯ、ＣｄＯ、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＭｇＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、Ｓｉ／ＳｉＧｅおよびこれらの組み合わせをもちいることができる。
ｎ型半導体層２０およびｐ型半導体層３０における変調ドープ構造としては、例えば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＭｇＺｎＯ／ＺｎＯおよびＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ以外にも、例えばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａｓ／ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＳｉＣ、ＧａＮ／ＳｉＣ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＺｎＭｇＯ／ＺｎＣｄＯ、ＺｎＣｄＯ／ＣｄＯ、ＭｇＯ／ＺｎＣｄＯ、ＭｇＯ／ＺｎＯ、ＺｎＯ／ＣｄＯ、ＣｄＭｇＯ／ＣｄＯ、ＺｎＭｇＳ／ＺｎＳ、ＺｎＳ／ＺｎＳｅ、ＭｇＳ／ＭｇＳｅ、ＭｇＳｅ／ＺｎＳｅ、ＭｇＳ／ＺｎＳ、Ｓｉ／ＳｉＧｅを用いることができる。
基板１０としては、半導体層３８に応じ、Ｓｉ基板以外に、例えば、Ｓｉ基板上にＢドープＳｉエピタキシャル層を形成した基板、シリコン基板にＢをイオン注した基板、シリコン基板上に酸化シリコンまたは窒化シリコン等の絶縁膜を形成した基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、サファイア基板、サファイア基板上に酸化シリコン、窒化シリコンまたは窒化アルミニウム等の絶縁膜を形成した基板、またはガラス基板を用いることができる。
実施例１から実施例３において、吸収部４８として、赤外線を吸収する例を説明したが、吸収部４８は、マイクロ波等他の電磁波を吸収してもよい。マイクロ波を吸収する吸収部は、例えばマイクロ波を受信するアンテナと、アンテナが受信したマイクロ波の電力を熱に変換する抵抗体またはダイオードと、を備えている。
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基板
１２ 空隙
２０ ｎ型半導体層
３０ ｐ型半導体層
４２ 分離部
４８ 吸収部
６０ 列選択部
６２ 行選択部
６４ 選択トランジスタ
７０ａ 第１梁
７０ｂ 第２梁
７２ 中央部
９０ ｎ型熱電変換部
９２ ｐ型熱電変換部
１００ 熱電変換素子
１０２ 光電変換素子
１０４ トランジスタ
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備する電子装置である。本発明によれば、熱電変換素子と、光電変換素子とトランジスタまたはダイオードとの少なくとも一方と、をモノリシックに集積化することができる。
実施例１から実施例３の半導体層３８としては、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＭｇＺｎＯ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ以外にも、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＣｄＯ、ＣｄＯ、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＭｇＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、Ｓｉ、ＳｉＧｅおよびこれらの組み合わせをもちいることができる。
本発明は、電子装置に関し、特に、熱電変換素子を有する電子装置に関する。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱電変換素子と、光電変換素子とトランジスタまたはダイオードとの少なくとも一方と、をモノリシックに集積化することを目的とする。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、を具備し、前記半導体層は、紫外線に対応するバンドギャップエネルギを有し、前記熱電変換素子は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部を有し、前記光電変換素子の前記半導体層の少なくとも一部の層は、紫外線を光電変換する電子装置である。この構成によれば、紫外線を検出する光電変換素子と、赤外線を検出する熱電変換素子とをモノリシックに集積化することができる。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、を具備し、前記半導体層は、赤外線に対応するバンドギャップエネルギを有し、前記熱電変換素子は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部を有し、前記光電変換素子の前記半導体層の少なくとも一部の層は、赤外線を光電変換する電子装置である。この構成によれば、広帯域の赤外線を検出する熱電変換素子と半導体層のバンドギャップエネルギに対応する赤外線を検出する光電変換素子とをモノリシックに集積化することができる。
上記構成において、前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、前記熱電変換素子は、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含む構成とすることができる。この構成によれば、高感度に熱電変換を行なうことができる。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、を具備し、前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、前記熱電変換素子は、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含み、前記光電変換素子は、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とを用いたフォトダイオードである電子装置である。この構成によれば、熱電変換素子と光電変換素子とのモノリシックな集積化が一層可能となる。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備し、前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、前記熱電変換素子は、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含み、ｐ型熱電変換部とｎ型熱電変換部と間に、前記ｐ型半導体層および前記ｎ型半導体層を電気的に分離する分離部を具備する電子装置である。この構成によれば、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との干渉を抑制することができる。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備し、前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、前記熱電変換素子は、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含み、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とのうち上層の半導体層上に形成されたオーミック電極はノンアロイオーミック電極であり、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とのうち下層の半導体層上に形成されたオーミック電極はアロイオーミック電極である電子装置である。この構成によれば、上層の半導体層上に形成されたオーミック電極が下層の半導体層と電気的に接続することを抑制することができる。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備し、前記半導体層は、変調ドープ構造を含む電子装置である。この構成によれば、熱電変換素子の感度と検出能との両立が可能となる。
上記構成において、前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、前記熱電変換素子は、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なう第１ｎ型熱電変換部と、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なう第１ｐ型熱電変換部と、を含む第１熱電変換素子と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なう第２ｎ型熱電変換部と、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なう第２ｐ型熱電変換部と、を含む第２熱電変換素子と、前記第１ｎ型熱電変換部と前記第２ｐ型熱電変換部とを含む第１梁と、前記第１ｐ型熱電変換部と前記第２ｎ型熱電変換部とを含む第２梁と、前記第１梁と、前記第２梁と、が接続され、前記第１熱電変換素子と前記第２熱電変換素子との間の前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との少なくとも一方の層を電気的に分離する第１分離部を含む中央部と、を含み、前記第１熱電変換素子と前記第２熱電変換素子とは、前記第１ｎ型熱電変換部と前記第２ｐ型熱電変換部とが接続するように、直列に接続されている構成とすることができる。この構成によれば、第１熱電変換素子と第２熱電変換素子とが電気的に干渉を抑制することができる。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備し、前記半導体層は、紫外線に対応するバンドギャップエネルギを有し、前記熱電変換素子は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部を有し、前記光電変換素子の前記半導体層の少なくとも一部の層は、紫外線を光電変換する電子装置である。この構成によれば、紫外線を検出する光電変換素子と、赤外線を検出する熱電変換素子とをモノリシックに集積化することができる。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備し、前記半導体層は、赤外線に対応するバンドギャップエネルギを有し、前記熱電変換素子は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部を有し、前記光電変換素子の前記半導体層の少なくとも一部の層は、赤外線を光電変換する電子装置である。この構成によれば、広帯域の赤外線を検出する熱電変換素子と半導体層のバンドギャップエネルギに対応する赤外線を検出する光電変換素子とをモノリシックに集積化することができる。
本発明は、ゼーベック効果を用いた熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、を具備し、前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、前記熱電変換素子は、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含み、前記光電変換素子は、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とを用いたフォトダイオードである電子装置である。この構成によれば、熱電変換素子と光電変換素子とのモノリシックな集積化が一層可能となる。

Claims (11)

  1. 熱電変換を行なう半導体層を含む熱電変換素子と、
    前記半導体層の少なくとも一部の層が光電変換を行なう光電変換素子と、前記半導体層の少なくとも一部の層を動作層とするトランジスタまたはダイオードと、の少なくとも一方と、
    を具備する電子装置。
  2. 前記半導体層は、紫外線に対応するバンドギャップエネルギを有し、
    前記熱電変換素子は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部を有し、
    前記光電変換素子の前記半導体層の少なくとも一部の層は、紫外線を光電変換する請求項１記載の電子装置。
  3. 前記半導体層は、赤外線に対応するバンドギャップエネルギを有し、
    前記熱電変換素子は、赤外線を吸収し熱に変換する赤外線吸収部を有し、
    前記光電変換素子の前記半導体層の少なくとも一部の層は、赤外線を光電変換する請求項１記載の電子装置。
  4. 前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、
    前記熱電変換素子は、前記ｐ半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含む請求項１から３のいずれか一項記載の電子装置。
  5. 前記半導体層は、積層されたｐ型半導体層とｎ型半導体層を含み、
    前記熱電変換素子は、前記ｐ半導体層が熱電変換を行なうｐ型熱電変換部と、前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なうｎ型熱電変換部と、を含み、
    前記光電変換素子は、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とを用いたフォトダイオードである請求項２または３記載の電子装置。
  6. ｐ型熱電変換部とｎ型熱電変換部と間に、前記ｐ型半導体層および前記ｎ型半導体層を電気的に分離する分離部を具備することを特徴とする請求項４または５記載の電子装置。
  7. 前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とのうち上層の半導体層上に形成されたオーミック電極はノンアロイオーミック電極であり、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層とのうち下層の半導体層上に形成されたオーミック電極はアロイオーミック電極である請求項４から６のいずれか一項記載の電子装置。
  8. 前記半導体層は、変調ドープ構造を含む請求項１から７のいずれか一項記載の電子装置。
  9. 複数の前記熱電変換素子と複数の前記光電変換素子とがマトリックス状に配置され、
    前記複数の熱電変換素子および前記複数の光電変換素子の少なくとも１つを選択し、前記トランジスタを含む選択部を具備する請求項１から８のいずれか一項記載の電子装置。
  10. ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが積層された半導体層と、
    前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なう第１ｎ型熱電変換部と、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なう第１ｐ型熱電変換部と、を含む第１熱電変換素子と、
    前記ｎ型半導体層が熱電変換を行なう第２ｎ型熱電変換部と、前記ｐ型半導体層が熱電変換を行なう第２ｐ型熱電変換部と、を含む第２熱電変換素子と、
    前記第１ｎ型熱電変換部と前記第２ｐ型熱電変換部とを含む第１梁と、
    前記第１ｐ型熱電変換部と前記第２ｎ型熱電変換部とを含む第２梁と、
    前記第１梁と、前記第２梁と、が接続され、前記第１熱電変換素子と前記第２熱電変換素子との間の前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との少なくとも一方の層を電気的に分離する第１分離部を含む中央部と、を具備し、
    前記第１熱電変換素子と前記第２熱電変換素子とは、前記第１ｎ型熱電変換部と前記第２ｐ型熱電変換部とが接続するように、直列に接続されている熱電変換装置。
  11. 前記第１梁は、前記第１ｎ型熱電変換部と前記第２ｐ型熱電変換部とを電気的に分離する第２分離部を含み、
    前記第２梁は、前記第１ｐ型熱電変換部と前記第２ｎ型熱電変換部とを電気的に分離する第３分離部を含む請求項１０記載の熱電変換装置。
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