JP2011520258A - ナノワイヤベースのフォトダイオード - Google Patents

ナノワイヤベースのフォトダイオード Download PDF

Info

Publication number
JP2011520258A
JP2011520258A JP2011507396A JP2011507396A JP2011520258A JP 2011520258 A JP2011520258 A JP 2011520258A JP 2011507396 A JP2011507396 A JP 2011507396A JP 2011507396 A JP2011507396 A JP 2011507396A JP 2011520258 A JP2011520258 A JP 2011520258A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
nanowire
fingers
photodiode
sidewall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011507396A
Other languages
English (en)
Inventor
ワン・シー−ユアン
タン・マイケル・アール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hewlett Packard Development Co LP
Original Assignee
Hewlett Packard Development Co LP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Development Co LP filed Critical Hewlett Packard Development Co LP
Publication of JP2011520258A publication Critical patent/JP2011520258A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

【課題】ナノワイヤベースのフォトダイオードを提供する。
【解決手段】ナノワイヤベースのフォトダイオード100及びくし形p−i−nフォトダイオード200は、フォトダイオード100、200のi領域にi型半導体ナノワイヤ140、240を使用する。ナノワイヤベースのフォトダイオード100、200は、p型ドーパントがドープされた第1の半導体の第1の側壁110、212、210と、n型ドーパントがドープされた第1の半導体の第2の側壁120、222、220と、第1の側壁と第2の側壁との間でトレンチ130、230にかかる真性半導体ナノワイヤ140、240とを備える。トレンチは、基板150、160、250に隣接する底部より頂部の方が幅が広い。第1の側壁及び第2の側壁の一方又は両方の第1の半導体は単結晶であり、第1の側壁、ナノワイヤ及び第2の側壁は合わせてフォトダイオードのp−i−n半導体接合部を形成する。
【選択図】図1

Description

1.技術分野
本発明は光検出器に関する。
特に、本発明は、ナノ構造を用いて製造されるダイオード光検出器に関する。
[関連出願の相互参照]
該当なし
[連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載]
該当なし
2.関連技術の説明
フォトダイオードは、フォトニック相互接続又は通信ネットワーク(たとえば光ファイバ伝送線)において、さまざまな光信号を受信し処理するために採用されている。
フォトダイオードの活性領域は、フォトニック通信ネットワークの光信号の光子を吸収する。
吸収により、フォトダイオードのキャリアが分離され、その結果、光子は、実質的に、「光電流」と呼ばれることが多い電流又は電気信号に変化される。
そして、光電流は、フォトダイオードの出力としての役割を果たす。
通常、何らかの形態の光学機器を採用して、入力源(たとえば光ファイバケーブル)から光信号が収集され、光信号がフォトダイオードに集束される。
フォトダイオードの面積が広いほど(又は同等にフォトダイオードの活性領域の表面積又は受光面積が広いほど)、集束に関して光学機器に対する要件が低くなる。
したがって、多くのフォトニック応用において大面積フォトダイオードが望ましい。
不都合なことに、フォトニック相互接続における光信号のデータレートが上昇するに従い、採用されるフォトダイオードの面積は概して小さくならなければならず、それにより光学機器、組立及び試験のコストが高くなる。
特に、限定されないが接合容量及び伝送時間を含むフォトダイオードの特性は、フォトダイオードの応答時間又は帯域幅に関連することが多く、かつそれらを制限する傾向がある。
たとえば、フォトニック相互接続に使用される、データレートが10Gb/秒を上回る従来のフォトダイオードは、直径が、接合容量及び伝送時間の組合せにより約25ミクロン(μm)〜30μmに制限される可能性がある。
一方、光学の観点からは魅力的ではあるが、直径がおよそ100μm〜150μm以上である大面積の従来のフォトダイオードは、10Gb/秒以上のデータレートに対して十分な帯域幅を提供することができない。
したがって、10Gb/秒以上の光データレートに対応するのに十分低い接合容量及び短い伝送時間の組合せを示す、比較的大面積のフォトダイオード(たとえば、直径又は辺の寸法がおよそ100μm〜150μm以上であるフォトダイオード)を具現化する手段を提供することにかなりの関心が持たれている。
こうした手段を提供することにより、長年にわたる必要性が満足されるであろう。
本発明のいくつかの実施の形態では、ナノワイヤベースのフォトダイオードを提供する。
ナノワイヤベースのフォトダイオードは第1の側壁を備える。
第1の側壁は、p型ドーパントでドープされた第1の半導体を含む。
ナノワイヤベースのフォトダイオードは、n型ドーパントでドープされた第1の半導体を含む第2の側壁をさらに備える。
第2の側壁は、基板上で第1の側壁から水平方向に間隔を空けて配置されることによりトレンチを形成する。
トレンチの最上部は、基板に隣接するトレンチの底部より幅が広い。
第1の側壁及び第2の側壁の一方又は両方の第1の半導体は単結晶である。
ナノワイヤベースのフォトダイオードは、第1の側壁から第2の側壁までトレンチに水平にかかるナノワイヤをさらに備える。
ナノワイヤは、真性半導体である第2の半導体を含む。
第1の側壁、ナノワイヤ及び第2の側壁は、合わせてp−i−nフォトダイオードを形成する。
本発明の他の実施の形態では、くし形(interdigital)p−i−nフォトダイオードを提供する。
くし形p−i−nフォトダイオードは、p型半導体を含む複数の第1のフィンガーを備える。
くし形p−i−nフォトダイオードは、n型半導体を含む複数の第2のフィンガーをさらに備える。
第2のフィンガーは、基板上で第1のフィンガーから水平方向に間隔を空けて配置されると共に、それらの間に散在することにより、それぞれの第1のフィンガーと第2のフィンガーとの間に複数のトレンチを形成する。
トレンチの最上部は、基板に隣接するトレンチの底部より幅が広い。
くし形p−i−nフォトダイオードは、第1のフィンガーのそれぞれの側壁から第2のフィンガーのそれぞれの側壁までトレンチに水平にかかる複数のナノワイヤをさらに備える。
ナノワイヤは、i型半導体を含む。
第1のフィンガー、ナノワイヤ及び第2のフィンガーは、合わせて複数のくし形p−i−n半導体接合部を形成する。
本発明の他の実施の形態では、ナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法を提供する。
作製する方法は、絶縁基板を有する基板を提供することを含む。
作製する方法は、絶縁基板上に、p型半導体を含む第1のスラブとn型半導体を含む第2のスラブとを形成することをさらに含む。
第2のスラブは、絶縁基板に隣接する底部より絶縁基板から離れる最上部の方が幅の広いトレンチによって、第1のスラブから間隔を空けて配置される。
作製する方法は、第1のスラブの側壁から第2のスラブの対向する側壁までトレンチを横切ってナノワイヤを接続することをさらに含む。
ナノワイヤはi型半導体を含み、接続されたナノワイヤはp−i−n半導体接合部を形成する。
p型半導体及びn型半導体のうちの一方又は両方は単結晶である。
本発明のいくつかの実施形態は、上述した特徴に加わるかつ/又はそれら特徴の代りとなる他の特徴を有する。
本発明のこれらの特徴及び他の特徴について、添付図面を参照して以下に説明する。
本発明の実施形態のさまざまな特徴は、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照してより容易に理解され得る。
図面において、同様の参照数字は同様の構造的要素を示している。
本発明の一実施形態によるナノワイヤベースのフォトダイオードの断面図である。 本発明の一実施形態によるくし形p−i−nフォトダイオードの断面図である。 本発明の一実施形態による、図2Aに示すくし形p−i−nフォトダイオードの斜視図である。 本発明の別の実施形態によるくし形p−i−nフォトダイオードの断面図である。 本発明の一実施形態による、ナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法のフローチャートである。
本発明の実施形態は、p−i−nフォトダイオードの真性(「i型」)すなわちドープされていない半導体ナノワイヤを採用する、ナノワイヤベースのフォトダイオードを提供する。
特に、本発明により、i型半導体ナノワイヤは、p型ドープ半導体とn型ドープ半導体との間を架橋することによりp−i−nフォトダイオードを形成する。
架橋ナノワイヤは、空気又は別の低誘電率材料によって包囲される。
したがって、p−i−nフォトダイオードの真性領域すなわちi領域の実効誘電率は、i型半導体自体の誘電率より低いか又は大幅に低い。
実効誘電率が低いことにより、従来のp−i−nフォトダイオード構造に比較して静電容量の低いさまざまな実施形態のp−i−nフォトダイオードを具現化することが容易になる。
さらに、本発明のさまざまな実施形態のp−i−nフォトダイオードのi領域の比較的短い走行時間を、実効誘電率が比較的低いことにより静電容量を著しく増大させることなくナノワイヤの長さを短いままにすることにより、具現化することができる。
比較的低い静電容量を提供すること、及び同時に短い走行時間を容易にすることの組合せにより、本発明のさまざまな実施形態のナノワイヤベースのフォトダイオードは、高帯域幅(たとえば、高速な又は非常に高速な応答時間)を提供することができる。
たとえば、本発明のいくつかの実施形態によるp−i−nフォトダイオードを、帯域幅が10Gb/秒を上回るフォトニック相互接続で使用することができる。
いくつかの実施形態では、本発明のナノワイヤベースのフォトダイオードを使用して、大面積p−i−nフォトダイオードが提供される。
たとえば、大面積p−i−nフォトダイオードは、(たとえば円形の)直径又は(たとえば矩形の)辺が約100ミクロン(μm)〜150μmであり得る。
大面積p−i−nフォトダイオードにより、たとえば、p−i−nフォトダイオード上に信号を集束させるために用いられる光学機器の厳密な集束に対する要件を低減することができる。
しかしながら、本発明のいくつかの実施形態のナノワイヤベースのフォトダイオードの誘電率が比較的低くなる結果、こうした大面積p−i−nフォトダイオードの高帯域幅動作をサポートする、短い走行時間及び低い静電容量の組合せを具現化することができる。
たとえば、本発明のいくつかの実施形態により、走行時間が10ピコ秒(ps)〜40psであり静電容量がわずかに数100フェムトファラッド(fF)である、直径又は辺が100μm〜150μmのp−i−nフォトダイオードを具現化することができる。
さまざまな実施形態によれば、本発明のナノワイヤベースのフォトダイオードは、p型ドープ半導体領域とn型ドープ半導体領域との間のトレンチにわたって架橋する1つ又は複数のナノワイヤによりi型領域が提供される、p−i−nフォトダイオード構造を備える。
p型半導体領域及びn型半導体領域は、従来の堆積方法を用いて形成された単結晶半導体であり得る。
さまざまな実施形態において、トレンチの側壁は、その中心から勾配が付けられすなわち傾斜している。
側壁の傾斜により、入射光信号が、光子が吸収されるp−i−nフォトダイオードの活性領域(たとえばナノワイヤ(複数可)によって提供されるi領域)に結合するのが容易になる。
たとえば、側壁の傾斜は、光子が吸収され得るナノワイヤ内に光を反射する傾向がある。
また、本発明のさまざまな実施形態により、側壁の傾きによってp−i−nフォトダイオードの非活性領域に対し活性領域の面積を増大させることができる。
たとえば、くし形p−i−nフォトダイオードでは、p型ドープ半導体及びn型ドープ半導体の交互の指部又はフィンガーのサイズを、間隔を空けて配置された交互の指部によって形成されたトレンチの側壁を傾斜させることにより、ナノワイヤベースのフォトダイオードの受光面において最小限にすることができる。
勾配が付けられすなわち傾斜した側壁により、フリンジ容量も低減させることができ、それによりp−i−nフォトダイオード容量をさらに低減させることができる。
本明細書で採用する「ナノワイヤ」という用語を、個別の準一次元のナノスケールの、多くの場合単結晶構造体として定義し、それは通常、第3の空間次元又は方向よりはるかに小さい2つの空間次元又は方向を有することを特徴とする。
ナノワイヤに第3のより大きい次元があることにより、その次元に沿った電子伝達が容易となり、一方で、他の2つの空間次元では伝導が制限される。
さらに、本明細書で定義するナノワイヤは、概して、(主空間次元又は第3の空間次元としての)軸方向寸法又は長さ、両端部及び中実コアを有している。
たとえば、ナノワイヤの軸方向長さは、通常、ナノワイヤの直径又は等価に幅の何倍もの大きさである。
ナノワイヤを、ナノウィスカ、ナノロッド又はナノニードルと呼ぶ場合もある。
「半導体ナノワイヤ」は、半導体を含むナノワイヤである。
たとえば、ナノワイヤは、直径がおよそ10nm〜100nmであり得る。
さらに、例示的なナノワイヤは、直径がナノワイヤの長さに沿って変化してもよい(たとえば可変であるか又は非一様である)。
概して、本明細書で採用する「ナノスケール」という用語は、約10nm未満から数100ナノメートルまでの範囲の寸法を指す。
ナノワイヤを、種々の方法に従って形成することができる。
たとえば、ナノワイヤを、ナノスケールの穴を有する型にナノワイヤの材料を充填することによって形成してもよい。
特に、穴を有する型又はマスクを、表面上に形成する。
そして、穴を、ナノワイヤになる材料で充填する。
場合によっては、型を除去して、自立型ナノワイヤを残す。
他の例では、型(たとえばSiO)は残る場合もある。
穴を充填する材料の組成を、ヘテロ構造を形成するようにナノワイヤの長さに沿って変化させてもよく、かつ/又はドーパント材料を、半導体接合部(たとえばp−i−n接合部)を形成するように長さに沿って変化させてもよい。
別の例では、ナノワイヤは、型なしに自己組織化によって成長する。
ナノワイヤを、種々の技法を用いて成長させることができる。
たとえば、触媒成長には、限定されないが、たとえば、気体・液体・固体(VLS)技法及び気体・固体(VS)技法のうちの1つ又は複数を用いる金属触媒成長がある。
ナノワイヤが成長する表面に、ナノ粒子触媒を形成する。
成長を、たとえば、化学気相成長(CVD)チャンバで、前駆体ナノワイヤ材料を含む混合ガスとナノ粒子触媒の補助とを用いて行うことができる。
特に、ナノ粒子触媒は、混合ガスにおける前駆体ナノワイヤ材料の分解を加速する。
特定のナノワイヤ材料含有ガスの分解からもたらされる原子は、ナノ粒子触媒内に又はその周囲に拡散し、その下にある基板の上に沈殿する。
ナノワイヤ材料の原子は、ナノ粒子触媒と表面との間に沈殿して、ナノワイヤ成長を開始する。
さらに、ナノワイヤの触媒成長は、ナノ粒子・ナノワイヤ界面における継続する沈殿により続く。
こうした継続する沈殿により、ナノ粒子が成長中のナノワイヤの自由端の先端部に残る。
ナノワイヤ成長は、目標のナノワイヤ長に達するまで続く。
成長中のナノワイヤを形成する材料を供給するために、たとえばレーザアブレーション等の他の技法を使用してもよい。
ナノワイヤを形成する材料の組成を、上述したように、軸方向ヘテロ構造を形成するようにナノワイヤの長さに沿って変化させてもよく、又は放射状すなわち「コア・シェル」ヘテロ構造を形成するように半径方向に変化させてもよい。
また、上述したように、ドーパント濃度を、電気的接合部(たとえばp−i−n接合部)を形成するように大きさ又はタイプを変化させてもよい。
触媒成長中、ナノワイヤは、ナノ粒子触媒の位置から主に垂直方向に、適切に配向された基板表面の面まで成長することができる。
最も一般的な成長条件下では、ナノワイヤは、結晶格子に対して<111>方向に成長し、したがって、主に(結晶格子の)(111)面に対して垂直に成長する。
(111)配向の水平面の場合、ナノワイヤは、水平面に対して主に垂直に成長する。
(111)配向垂直面では、ナノワイヤは、垂直面に対して主に横方向に(すなわち水平に)成長する。
本明細書において「111」及び「110」等の数字とともに括弧「[]」を使用する場合、それは、結晶格子の方向又は配向に関し、本明細書では簡単のために、その範囲内に方向「<>」を含むように意図されている。
本明細書において「111」及び「110」等の数に関連して小括弧「()」を使用する場合、それは、結晶格子の面すなわち平面に関し、本明細書では簡単のために、その範囲内に面「{}」を含むように意図されている。
こうした使用は、本技術分野において既知である一般的な結晶学の命名法に従うように意図されている。
本明細書で使用する「半導体」及び「半導体材料」という用語は、個別に、限定されないが、元素の周期表からのIV族元素及び化合物半導体、III−V族化合物半導体及びII−VI族化合物半導体、又は任意の結晶方位を形成する別の半導体材料を含む。
たとえば、限定する目的ではなく、半導体基板は、実施形態に応じて、(111)配向又は(110)配向のシリコン層(すなわち最上層)を有するシリコン・オン・インシュレータ(SOI)ウェハ、又は(111)シリコンの単一の自立型ウェハであってもよい。
本明細書におけるいくつかの実施形態による、導電性にされる半導体材料は、基板の一部であってもナノワイヤの一部であっても、用途に応じて目標の導電率(及び可能性として他の特性)を与えるようにドーパント材料がドープされる。
本発明のさまざまな実施形態に対して有用な絶縁体又は絶縁体材料は、限定されないが上述したグループからの半導体材料、別の半導体材料及び実質的に絶縁性の材料を含む、絶縁性にすることができる任意の材料である。
さらに、絶縁体材料は、材料の絶縁特性が促進されるように、上述した半導体材料の任意のものの酸化物、炭化物、窒化物、又は酸窒化物であり得る。
たとえば、絶縁体は酸化ケイ素(SiO)であってもよい。
代替的に、絶縁体は、金属の酸化物、炭化物、窒化物又は酸窒化物(たとえば酸化アルミニウム)、若しくはさらには単一絶縁材料を形成する複数の異なる材料の組合せを含むことができ、又は絶縁体を、絶縁材料の複数の層から形成してもよい。
半導体又は半導体材料は、実質的にドープされない場合もあればドープされる場合もある。
ドープされていないか又は意図せずドープされた(たとえば浮遊汚染物質によって低濃度ドープされた)半導体を、本明細書では、「真性」半導体、「真性ドープされた」半導体又は「i型」半導体と呼ぶ。
半導体内のドープされた半導体又はドープされた領域は、概して、アクセプタ材料(すなわちp型ドーパント)又はドナー材料(すなわちn型ドーパント)のいずれかを半導体に加えて外因性半導体を生成することによって形成される。
ドーパントを加えるプロセスはドーピングとして知られている。
p型ドーパントでドープされた半導体を、本明細書では「p型半導体」と呼び、これは、半導体デバイス又は層内にp領域を形成又は提供することができる。
同様に、n型ドーパントでドープされた半導体を、本明細書では「n型半導体」と呼び、これは、半導体デバイス又は層内にn領域を形成又は提供することができる。
本明細書で使用する「半導体接合部」とは、半導体材料内のその2つの異なるようにドープされた領域の間に形成された接合部を指す。
半導体材料のpドープ領域とnドープ領域との間の接合部を、p−n半導体接合部又は単にp−n接合部と呼ぶ。
p−n接合部には、限定されないがp−n接合部等、非対称にドープされた半導体接合部が含まれる。
ここで、「p」は、n型ドーパント又は不純物に比較してp型ドーパント又は不純物の濃度が比較的高いことを示す。
真性ドープ領域(i領域)がpドープ領域(すなわち「p領域」)とnドープ領域(すなわち「n領域」)との間にありかつそれらを分離する半導体接合部を、本明細書では、概して「p−i−n」半導体接合部又は単にp−i−n接合部と呼ぶ。
本明細書で使用する「半導体接合部」という用語はまた、異なる半導体材料(たとえばGaAs及びGaAlAs)の層、ドーピング濃度の異なる層(たとえばp、p、p、p++、n、n、n、n++、i等)の層、並びに層内及び層を横切るドーピング濃度勾配のうちの1つ又は複数を含むことができる複雑な接合部も指す。
さらに本明細書において、「真性」ドープ半導体、又は領域、層及び半導体の関連する「真性の」ものを、実質的にドープされていない(たとえば意図的にドープされていない)か、半導体接合部の他の層又は領域(たとえばpドープ領域又はnドープ領域)に存在するドーピング濃度に比較して比較的に低濃度でドープされるドーピング濃度を有する半導体又は半導体領域として定義する。
本明細書で使用する半導体接合部の「活性領域」を、半導体接合部の意図された動作に能動的に関係する接合部の部分として定義する。
たとえば、フォトダイオードの半導体接合部の活性領域は、フォトダイオードにおいて光電流をもたらす光子の大部分を吸収する接合部の部分である。
いくつかの実施形態では、「活性領域」を、空乏領域の厚さに、半導体接合部から又はその周囲から包囲している中性領域までの少数キャリア拡散長の数倍に等しい距離を足した合計を含むものとして定義する。
p−i−nフォトダイオード接合部では、活性領域を、たとえばダイオード接合部の真性領域(すなわちi領域)に実質的に限定してもよい。
異なる半導体材料を接合する半導体接合部を、本明細書では、「ヘテロ構造接合部」又は単に「ヘテロ接合」として定義すると共に、そのように呼ぶ。
たとえば、第2の半導体材料の2つの隣接する層の間に挟装された第1の半導体材料の層を、ヘテロ接合部と呼ぶ。
こうしたヘテロ接合部では、第1の半導体材料は第1のバンドギャップを有し、第2の半導体材料は第2のバンドギャップを有し、第1のバンドギャップは第2のバンドギャップより低く、本明細書ではこのようなヘテロ接合部を、量子ウェル又はヘテロ接合量子ウェルと定義する。
(同じ材料か又は異なる材料の)n型半導体及びp型半導体間の半導体接合部もまた、真性層がn型ドープ半導体とp型ドープ半導体とを分離してもしなくても、「ダイオード接合部」と呼ぶことが多い。
ドープ半導体の間に真性ナノワイヤがあるこうしたダイオード接合部は、本明細書で説明するさまざまなナノワイヤベースのフォトダイオードデバイスの実施形態の基礎である。
概して、半導体ベースデバイス(たとえばp−nダイオード又はp−i−nダイオード)で使用される半導体は、単結晶(すなわちモノ結晶)、多結晶、微結晶又はアモルファス(すなわち非結晶)のうちの1つであり得る。
本明細書では、「単結晶」である半導体又は半導体材料は、マイクロメートル規模で実質的に連続する結晶格子を有するか又はそれを特徴とする。
したがって、単結晶半導体には、概して、長距離(たとえば100μmを上回る)原子秩序がある。
チョクラルスキープロセスを用いて種結晶から成長するブール(boule)からスライスされる半導体ウェハは、たとえば概して単結晶とみなされる。
同様に、半導体オンインシュレータ(SOI)基板を形成するために絶縁体層上に成長した半導体材料のエピタキシャル層は、エピタキシャル層内では実質的に単結晶であり得る。
対照的に、多結晶又は微結晶半導体は、複数のランダムに配向される格子を備え、長距離原子秩序がない。
相互接続としてかつ多くの太陽電池上の最上層として使用されるポリシリコンは、多結晶半導体の一例である。
本明細書では簡単のために、適切に理解されるために必要でない限り、基板又はスラブと基板又はスラブ上の任意の層又は構造との間に区別はない。
さらに、本明細書で使用する冠詞「1つの(a)」は、特許分野におけるその通常の意味、すなわち「1つ又は複数」を有するように意図されている。
たとえば、「層(a layer)」は、概して「1つ又は複数の層」を意味し、したがって、「層(the layer)」は、本明細書では「層(複数可)(the layer(s))」を意味する。
また、本明細書における「最上部」、「底部」、「上方の」、「下方の」、「上方へ」、「下方へ」、「左」、「右」、「垂直の」又は「水平の」に対するいかなる言及も、本明細書では、説明の目的のために使用するものであり、限定であるように意図されていない。
さらに、本明細書の例は、単に例示するものとして意図されており、限定するためでなく説明の目的で提示するものである。
図1は、本発明の一実施形態によるナノワイヤベースのフォトダイオード100の断面図を示す。
図示するように、ナノワイヤベースのフォトダイオード100はp−i−nフォトダイオードである。
ナノワイヤベースのフォトダイオード100は、活性領域(たとえばi領域)において入射光信号(たとえば入射光子)を吸収し、光電流を発生する。
光電流は、ナノワイヤベースのフォトダイオード100のp領域及びn領域に接続された電気接点(図示せず)によって外部回路に伝達される。
図示するように、ナノワイヤベースのフォトダイオード100は、第1の側壁110を備えている。
第1の側壁110は第1の半導体を含む。
いくつかの実施形態では、第1の側壁110の第1の半導体は、実質的に単結晶である。
他の実施形態では、第1の側壁110の第1の半導体は、多結晶、微結晶及びアモルファスのうちの1つ又は複数である。
第1の側壁110の第1の半導体は、p型ドーパントがドープされて、p型半導体になる。
第1の側壁110のp型半導体として、第1の半導体は、たとえばホウ素(B)又はアルミニウム(Al)等のアクセプタ材料でドープされた単結晶シリコン(Si)を含むことができる。
ナノワイヤベースのフォトダイオード100は、第2の側壁120をさらに備えている。
第2の側壁120は、n型ドーパントでドープされることによりn型半導体となる第1の半導体を含む。
いくつかの実施形態では、第2の側壁120の第1の半導体は、実質的に単結晶である。
他の実施形態では、第2の側壁120の第1の半導体は、多結晶、微結晶及びアモルファスのうちの1つ又は複数である。
たとえば、第2の側壁120のn型半導体としての第1の半導体は、リン(P)、ヒ素(As)又はアンチモン(Sb)のうちの1つ又は複数等のドナー材料でドープされた単結晶シリコン(Si)を含むことができる。
第2の側壁120は、第1の側壁110から水平方向に間隔を空けて配置されている。
間隔は、第1の側壁110と第2の側壁120との間にトレンチ130を形成する。
トレンチ130は、概して垂直方向に延在している。
特に、第1の側壁110及び第2の側壁120はトレンチ130の側壁である。
ナノワイヤベースのフォトダイオード100は、ナノワイヤ140をさらに備えている。
ナノワイヤ140は、第1の側壁110から第2の側壁120までトレンチ130に水平にかかっている。
図1は、例として第1の側壁110と第2の側壁120との間の1つのナノワイヤ140のみを示している。
いくつかの実施形態では、複数のナノワイヤ140が、第1の側壁110から第2の側壁120までトレンチ130にかかっていてもよい。
特に、ナノワイヤ140は、いくつかの実施形態では、第1の端部において第1の側壁110に接続し、第2の端部において第2の側壁120に接続している。
第1の端部及び第2の端部におけるそれぞれの接続は、半導体接合部を形成する密接な接続である。
ナノワイヤ140は、実施形態に応じて第1の半導体と同じであっても異なっていてもよい第2の半導体を含む。
いくつかの実施形態では、第2の半導体は単結晶である。
いくつかの実施形態によれば、第2の半導体は、真性すなわちi型半導体を含む。
こうした実施形態では、ナノワイヤ140はi型半導体を含む。
第1の側壁110(p型)、ナノワイヤ(複数可)140(i型)及び第2の半導体120(n型)が合わせてp−i−nフォトダイオードを形成する。
図1に示すように、ナノワイヤ140は、トレンチ130を第2の半導体で充填していない。
代りに、トレンチ130内には、第2の半導体によって充填もされず、他の方法で占有もされない隙間空間がある。
いくつかの実施形態では、かなりの隙間空間がある。
たとえば、隙間空間を、ナノワイヤベースのダイオード100が浸漬されている雰囲気(たとえば空気、真空等)で充填してもよい。
他の実施形態では、隙間空間は、誘電材料(たとえば絶縁性酸化物)等の別の材料で充填される。
いくつかの実施形態では、隙間空間を充填する材料は、誘電率が第2の半導体より低い。
こうした実施形態では、第1の側壁110と第2の側壁120との間の領域の実効誘電率は、第2の半導体の誘電率より低い。
いくつかの実施形態では、第2の半導体は、実質的に第1の半導体と同様である。
他の実施形態では、第1の半導体及び第2の半導体は異なる。
いくつかの実施形態では、第1の半導体及び第2の半導体は異なるバンドギャップを有する。
たとえば、第2の半導体のバンドギャップは、第1の半導体のバンドギャップより小さくてもよい。
別の実施形態では、第2の半導体のバンドギャップは第1の半導体のバンドギャップより大きい(たとえば量子ウェル)。
いくつかの実施形態では、第1の半導体及び第2の半導体の一方又は両方は化合物半導体である。
いくつかの実施形態では、化合物半導体は、III−V化合物半導体及びII−VI化合物半導体のうちの一方又は両方を含んでもよい。
たとえば、第2の半導体の化合物半導体は、限定されないが燐化インジウム(InP)、ガリウムヒ素(GaAs)及びアルミニウムガリウムヒ素(GaAlAs)等のIII−V化合物半導体であってもよく、一方で第1の半導体は、限定されないがシリコン(Si)又はゲルマニウム(Ge)等のVI族元素半導体である。
別の例では、第1の半導体は、GaAs等のIII−V化合物半導体であり、第2の半導体は、GaAlAs等の異なるIII−V化合物半導体である。
いくつかの実施形態では、第1の半導体は、第2の半導体の化合物半導体とは異なり、それよりバンドギャップが小さいか又は大きい化合物半導体を含んでいてもよい。
いくつかの実施形態では、トレンチ130の最上部は底部より広い。
特に、図1に示すように、第1の側壁110及び第2の側壁120の一方又は両方は、垂直軸132に対して傾斜角θでトレンチ130の中心から傾斜している。
いくつかの実施形態では、傾斜角θは、約5度を上回るが約45度を下回る。
いくつかの実施形態では、傾斜角θは約10度〜約30度である。
いくつかの実施形態では、トレンチ130の平均幅は、第2の半導体の約1少数キャリア拡散長より大きい。
たとえば、第2の半導体がInPである場合のトレンチの平均幅は約1μm〜4μmの範囲内であり得る。
いくつかの実施形態では、第1の半導体が実質的に単結晶である場合、単結晶の第1の半導体は、垂直に配向しかつトレンチ130の長さの少なくとも一部と同一の広がりを持つ(111)結晶格子面を有する。
こうした実施形態では、結晶格子の<111>方向は、実質的にトレンチを横切るように向けられる。
たとえば、第1の側壁110の第1の半導体は単結晶であって、上述した垂直に配向し同一の広がりを持つ(111)結晶格子面を有していてもよい。
例示的な第1の側壁110はトレンチ側壁を形成し、結晶格子の<111>方向は、トレンチ130を横切って第2の側壁120に向いている。
ナノワイヤは、<111>方向に選択的に成長することが知られているため、この例では、第1の側壁110から成長したナノワイヤ140は、第2の側壁120に向かって選択的に成長することになる。
さらに、ナノワイヤ140は、(たとえば図1に示すように)第1の側壁110がトレンチ130の中心から傾斜している場合であっても、トレンチ130を横切って水平に成長する傾向がある。
いくつかの実施形態では、ナノワイヤベースのフォトダイオード100は、基板160の絶縁表面層150をさらに備えている。
いくつかの実施形態では、基板160全体が絶縁性であってもよく(たとえばサファイア基板、半絶縁性InP基板又は半絶縁性GaAs基板)、その場合、基板160は実質的に絶縁表面層150を含む。
他の実施形態では、絶縁表面層150は、基板160の表面の上に堆積されるか又は他の方法で形成された(すなわち図1に示すように)絶縁材料の層である。
たとえば、基板160は、二酸化ケイ素(SiO)の絶縁表面層150を有するシリコン(Si)基板であり得る。
さらに他の実施形態では、絶縁表面層150の代りに、第1の側壁110のp型半導体と第2の側壁120のn型半導体との間に電気的絶縁を提供する別の層(図示せず)が用いられる。
いくつかの実施形態では、絶縁層150は、ナノワイヤ140が絶縁層150の上に形成される(たとえばその上で成長する)か又はそこに接続されないようにする。
図2Aは、本発明の一実施形態による、くし形p−i−nフォトダイオード200の断面図を示す。
図2Bは、本発明の一実施形態による、図2Aに示すくし形p−i−nフォトダイオード200の斜視図を示す。
図3は、本発明の別の実施形態による、くし形p−i−nフォトダイオード200の断面図を示す。
くし形p−i−nフォトダイオード200は、複数の第1の「指部」又は「フィンガー」210を備えている。
各第1のフィンガー210はp型半導体を含む。
いくつかの実施形態では、p型半導体は実質的に単結晶である。
こうした実施形態では、第1のフィンガー210は、実質的に、単結晶p型半導体のストリップである。
各第1のフィンガー210は側壁212を有している。
いくつかの実施形態では、複数の第1のフィンガー210の側壁212は、ナノワイヤベースのフォトダイオード100に関して上述した第1の側壁110と実質的に同様である。
くし形p−i−nフォトダイオード200は、複数の第2の「指部」又は「フィンガー」220をさらに備えている。
各第2のフィンガー220はn型半導体を含む。
いくつかの実施形態では、n型半導体は実質的に単結晶である。
こうした実施形態では、第2のフィンガー220は、実質的に単結晶n型半導体のストリップである。
各第2のフィンガー220は側壁222を有している。
いくつかの実施形態では、複数の第2のフィンガー220の側壁222は、ナノワイヤベースのフォトダイオード100に関して上述した第2の側壁120と実質的に同様である。
個々の第2のフィンガー220は、個々の第1のフィンガー210から水平方向に間隔を空けて配置されかつそれらの間に散在している。
間隔が空けられ散在した複数の第1のフィンガー210及び第2のフィンガー220は、それぞれの複数の第1のフィンガー210及び第2のフィンガー220のうちのそれぞれの第1のフィンガー210と第2のフィンガー220と間に複数のトレンチ230を形成している。
各トレンチ230の最上部は該トレンチ230の底部より広い。
いくつかの実施形態では、トレンチ230は、ナノワイヤベースのフォトダイオード100に関して上述したトレンチ130と実質的に同様である。
くし形p−i−nフォトダイオード200は、複数のトレンチの個々のトレンチ230に水平にかかっている複数のナノワイヤ240をさらに備えている。
特に、ナノワイヤ240は、第1のフィンガー210のそれぞれの側壁212から第2のフィンガー220のそれぞれの側壁222までかかっている。
ナノワイヤ240は、i型半導体を含む。
いくつかの実施形態では、複数のナノワイヤのうちのナノワイヤ240は、ナノワイヤベースのフォトダイオード100に関して上述したナノワイヤ140と実質的に同様である。
特に、いくつかの実施形態では、i型半導体は、第1のフィンガー210のp型半導体及び第2のフィンガー220のn型半導体の一方又は両方のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する化合物半導体を含む。
くし形p−i−nフォトダイオード200のトレンチ230は、トレンチ130に関して上述したように、トレンチ230を充填する環境によって決定される誘電率を有している。
いくつかの実施形態では、トレンチ230の実効誘電率は、複数のナノワイヤ240のi型半導体の誘電率より低い。
いくつかの実施形態では、くし形p−i−nフォトダイオード200は絶縁基板250をさらに備えている。
絶縁基板250は、複数の第1のフィンガー210及び複数の第2のフィンガー220を支持する。
たとえば、絶縁基板250は、インシュレータオン半導体基板を含むことができる。
いくつかの実施形態では、絶縁基板250は、ナノワイヤベースのフォトダイオード100に関して上述した絶縁表面150及び基板160と実質的に同様である。
いくつかの実施形態では、くし形p−i−nフォトダイオード200は、複数の第1のフィンガー210及び複数の第2のフィンガー220とそれぞれ電気的に接触している第1の導電層及び第2の導電層をさらに備えている。
図2Bは、例として、複数の第1のフィンガー210の相互接続するアームの上の第1の導電層260と、複数の第2のフィンガー220の相互接続するアームの上の第2の導電層280とを示す。
いくつかの実施形態では、第1の導電層260は、複数の第1のフィンガー210のうちの第1のフィンガー210の各々の最上面の上に設けられる。
第1の導電層260は、複数の第1のフィンガー210を電気的に相互接続しそれらの集合的な直列抵抗を低減する。
いくつかの実施形態では、第2の導電層280は、複数の第2のフィンガー220のうちの第2のフィンガー220の各々の最上面の上に設けられる。
第2の導電層280は、複数の第2のフィンガー220を電気的に相互接続しそれらの集合的な直列抵抗を低減する。
たとえば、第1の導電層260及び第2の導電層280は、それぞれのフィンガー210、220の最上面の上のかつそれに沿った蒸着又はスパッタリングによって堆積された金属を含むことができる。
別の例では、第1の導電層260及び第2の導電層280はポリシリコン相互接続(たとえば高濃度ドープされたポリシリコン層)を含む。
いくつかの実施形態では、複数の第1のフィンガー210及び複数の第2のフィンガー220の一方又は両方の個々のフィンガーは、三角形及び台形のうちの一方の断面形状を有している。
たとえば、図2Aは、台形の断面形状を有するそれぞれの複数の第1のフィンガー210及び第2のフィンガー220のうちの第1のフィンガー210及び第2のフィンガー220を示す。
図3は、三角形の断面形状を有するそれぞれの複数の第1のフィンガー210及び第2のフィンガー220のうちの第1のフィンガー210及び第2のフィンガー220を示す。
それぞれのフィンガー210、220の三角形断面形状及び台形断面形状は、垂直軸(図示せず)に対してそれぞれの側壁212、222角度を有している。
ここでは、側壁角度は、図1において側壁角度θに関して例示したように、トレンチ230の中心から離れる方向に測定されかつ定義される。
いくつかの実施形態では、側壁角度は約5度を上回る。
いくつかの実施形態では、側壁角度は45度以下である。
図4は、本発明の一実施形態によるナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法300のフローチャートを示す。
ナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法300は、絶縁基板を提供すること(310)を含む。
たとえば、絶縁基板は、絶縁層を有する基板(たとえばSOI基板)であり得る。
ナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法300は、絶縁基板の上にp型半導体を含む第1のスラブとn型半導体を含む第2のスラブとを形成すること320をさらに含む。
形成するとき(320)、第2のスラブはトレンチによって第1のスラブから間隔を空けて配置される。
さらに、トレンチは、絶縁基板から離れているトレンチの最上部の方が、絶縁基板に隣接しているトレンチの底部より幅が広い。
たとえば、トレンチによって間隔が空けられる第1のスラブ及び第2のスラブは、図2A、図2B及び図3のうちの1つ又は複数に示すように、かつ、くし形p−i−nフォトダイオード200に関して上述したように、トレンチ230によって間隔が空けられる第1のフィンガー210及び第2のフィンガー220と実質的に同様であり得る。
ナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法300は、トレンチを横切ってナノワイヤを接続すること(330)をさらに含む。
特に、ナノワイヤを、半導体接合部が形成されるように、第1のスラブの側壁から第2のスラブの対向する側壁まで接続する(330)。
ナノワイヤは、i型半導体を含む。
ナノワイヤを接続すること(330)により、p−i−nフォトダイオードが提供される。
いくつかの実施形態では、p型半導体及びn型半導体の一方又は両方は単結晶である。
いくつかの実施形態では、第1のスラブ及び第2のスラブを形成すること(320)は、絶縁基板上に単結晶半導体を堆積させることを含む。
第1のスラブ及び第2のスラブを形成すること(320)は、単結晶半導体をエッチングすることにより、トレンチによって分離された第1のスラブ及び第2のスラブを画定することをさらに含む。
いくつかの実施形態では、エッチングにより、垂直軸に対して傾斜角θを有する、第1のスラブ及び第2のスラブの一方又は両方の側壁がもたらされる。
傾斜角θは、概してトレンチの中心からである。
いくつかの実施形態では、傾斜角θは約5度を上回るが45度以下である。
いくつかの実施形態では、傾斜角θは約30度を下回る。
いくつかの実施形態では、傾斜角θは約10度を上回る。
たとえば、InP又はGaAs等の半絶縁性単結晶基板を、第1のくし形フィンガーのセットに対応する開口部を有する誘電体マスクを用いてマスクしてもよい(たとえば、GaAs基板で開始した場合はp型AlGaAs)。
マスキングは、たとえば標準フォトリソグラフィプロセスによって画定される開口部を有することができる。
ドライエッチング又はウェットエッチングのいずれかを採用して開口部を作成することができる。
誘電体マスクは、たとえば窒化ケイ素又は二酸化ケイ素であり得る。
そして、マスクされた基板を、有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)反応器に配置して、マスクの開口部においてp型AlGaAsフィンガーを選択的に成長させる。
基板上に第1のくし形フィンガー(すなわち、p型AlGaAsフィンガー)が成長すると、新たな、ずれた位置でプロセスを繰り返すことにより、n型AlGaAs成長によりOMVPE反応器を用いてn型AlGaAsくし形フィンガーを形成する。
ナノワイヤは、たとえばフィンガーのバンドギャップより小さいバンドギャップを有するGaAs、InGaAs、InPであり得る。
フィンガーは、入射光に対して透過的である必要はない。
場合によっては、透過的なフィンガーを使用しないことにより、フィンガー内で発生したキャリアが強磁場領域、すなわちナノワイヤのi型半導体内に拡散することに起因する低速な応答を最小限にすることができる。
いくつかの実施形態では、ナノワイヤを、トレンチを横切って第1のスラブ及び第2のスラブに接続すること(330)は、ナノワイヤ成長に関して上述した方法のうちの任意のものを用いてナノワイヤをin situで成長させることを含む。
いくつかの実施形態では、ナノワイヤは、フォトダイオード100、200に関して上述したナノワイヤ140、240の実施形態のうちの任意のものと同様である。
いくつかの実施形態では、ナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法300は、第1のスラブに電気接点を形成し第2のスラブに電気接点を形成することをさらに含む。
電気接点は、半導体接合部で生成された光電流がナノワイヤベースのフォトダイオードから出るための経路を提供する。
電気接点を、第1のスラブ及び第2のスラブのそれぞれの最上面に、たとえば、金属のスパッタリング若しくは蒸着、又は高濃度ドープポリシリコンの堆積により形成することができる。
いくつかの実施形態では、電気接点は、くし形フォトダイオード200に関して上述した、第1の導電層260及び第2の導電層280を含む第1の導電層及び第2の導電層と同様である。
このように、ナノワイヤベースのフォトダイオード、くし形p−i−nフォトダイオード、及びフォトダイオードのi領域にi型半導体ナノワイヤを使用してナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法の実施形態について説明した。
上述した実施形態は、本発明の原理を表す多くの特定の実施形態のうちのいくつかを単に例示するものであることが理解されるべきである。
明らかに、当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、他の多数の構成を容易に考案することができる。

Claims (15)

  1. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    p型ドーパントでドープされた第1の半導体を含む第1の側壁(110、212)と、
    n型ドーパントでドープされた前記第1の半導体を含む第2の側壁(120、222)であって、基板(150、160、250)上に前記第1の側壁(110、212)から水平方向に間隔を空けて配置されることによりトレンチ(130、230)を形成し、前記トレンチ(130、230)の最上部は、前記基板(150、160、250)に隣接する前記トレンチ(130、230)の底部より幅が広く、前記第1の側壁(110、212)及び前記第2の側壁(120、222)の一方又は両方の前記第1の半導体は単結晶である、第2の側壁(120、222)と、
    前記第1の側壁(110、212)から前記第2の側壁(120、222)まで前記トレンチ(130、230)に水平にかかるナノワイヤ(140、240)であって、真性i型半導体である第2の半導体を含む、ナノワイヤ(140、240)と
    を具備し、
    前記第1の側壁(110、212)、前記ナノワイヤ(140、240)及び前記第2の側壁(120、222)は合わせてp−i−nフォトダイオードを形成する
    ナノワイヤベースのフォトダイオード。
  2. 前記ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、くし形p−i−nフォトダイオード(200)で使用され、該くし形p−i−nフォトダイオード(200)は、
    複数の第1のフィンガー(210)であって、該第1のフィンガー(210)は、前記p型ドーパントでドープされた前記第1の半導体を含み、該第1のフィンガー(210)のうちの1つ又は複数の側壁(212)は前記第1の側壁(110、212)であり、該第1のフィンガー(210)は、互いに相互接続される、複数の第1のフィンガー(210)と、
    複数の第2のフィンガー(220)であって、該第2のフィンガー(220)は、前記n型ドーパントでドープされた前記第1の半導体を含み、該第2のフィンガー(220)のうちの1つ又は複数の側壁(222)は前記第2の側壁(120、222)であり、該第2のフィンガー(220)は互いに相互接続され、さらに、該第2のフィンガー(220)の間に、前記複数のトレンチ(130、230)が前記第1のフィンガー(210)及び前記第2のフィンガー(220)のうちの隣接するものの間隔を空けるように、前記第1のフィンガー(210)が散在する、複数の第2のフィンガー(220)と、
    前記トレンチ(130、230)に水平にかかることにより、対応する複数のp−i−n接合部を形成する複数の前記ナノワイヤ(140、240)と
    を備え、
    前記くし形p−i−nフォトダイオード(200)は高変調速度の光信号の受信を容易にする
    請求項1に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  3. くし形p−i−nフォトダイオード(100、200)であって、
    p型半導体を含む複数の第1のフィンガー(110、210)と、
    n型半導体を含む複数の第2のフィンガー(120、220)であって、基板(150、160、250)上で前記第1のフィンガー(110、210)から水平方向に間隔を空けて配置されかつそれらの間に散在することにより、それぞれの前記第1のフィンガー(110、210)と前記第2のフィンガー(120、220)との間に複数のトレンチ(130、230)を形成し、前記トレンチ(130、230)の最上部は前記基板(150、160、250)に隣接する前記トレンチ(130、230)の底部より幅が広い、複数の第2のフィンガー(120、220)と、
    前記第1のフィンガー(110、210)のそれぞれの側壁(110、212)から前記第2のフィンガー(120、220)のそれぞれの側壁(120、222)まで前記トレンチ(130、230)に水平にかかる複数のナノワイヤ(140、240)であって、i型半導体を含む、複数のナノワイヤ(140、240)と
    を具備し、
    前記第1のフィンガー(110、210)、前記ナノワイヤ(240)及び前記第2のフィンガー(120、220)は、合わせて複数のくし形p−i−n半導体接合部を形成する
    くし形p−i−nフォトダイオード。
  4. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)を作製する方法(300)であって、
    絶縁基板(150、160、250)を提供することと(310)、
    前記絶縁基板(150、160、250)上に、p型半導体を含む第1のスラブ(110、210)とn型半導体を含む第2のスラブ(120、220)とを形成すること(320)であって、該第2のスラブは、前記絶縁基板(150、160、250)に隣接する底部より該絶縁基板(150、160、250)から離れる最上部の方が幅の広いトレンチ(130、230)によって、前記第1のスラブから間隔を空けて配置される、形成することと(320)、
    前記第1のスラブ(110、210)の側壁(110、212)から前記第2のスラブ(120、222)の対向する側壁(120、222)まで前記トレンチ(130、230)を横切ってナノワイヤ(140、240)を接続すること(330)であって、該ナノワイヤ(140、240)は、p−i−n半導体接合部が形成されるようにi型半導体を含む、接続することとと(330)、
    を含み、
    前記p型半導体及び前記n型半導体のうちの一方又は両方は単結晶である
    ナノワイヤベースのフォトダイオードを作製する方法。
  5. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    前記トレンチ(130、230)の前記第1の側壁(110、212)と前記第2の側壁(120、222)との間の領域の実効誘電率は、前記第2の半導体の誘電率を下回る
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  6. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    前記第2の半導体のバンドギャップは、前記第1の半導体のバンドギャップより小さい
    請求項1〜5のいずれか1項に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  7. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    前記第2の半導体は化合物半導体を含み、前記第1の半導体は、前記第2の半導体の前記化合物半導体とは異なりかつそれより大きいバンドギャップを有する化合物半導体を含む
    請求項1〜6のいずれか1項に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  8. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    前記第1の側壁(110、212)及び前記第2の側壁(120、222)のうちの一方又は両方は、垂直軸(132)に対して傾斜角(θ)で前記トレンチ(130、230)の中心から傾斜し、該傾斜角(θ)は、約5度を上回るが約45度を下回る
    請求項1〜7のいずれか1項に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  9. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    前記第1の側壁(110、212)及び前記第2の側壁(120、222)のうちの一方又は両方は、垂直軸(132)に対して傾斜角(θ)で前記トレンチ(130、230)の中心から傾斜し、該傾斜角(θ)は、約10度〜約30度である
    請求項1〜8のいずれか1項に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  10. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    前記第1の側壁(110、212)及び前記第2の側壁(120、222)のうちの一方又は両方は、前記トレンチ(130、230)の中心から傾斜し、該トレンチ(130、230)の平均幅は、前記第2の半導体の約1少数キャリア拡散長を上回る
    請求項1〜9のいずれか1項に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  11. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    前記単結晶の第1の半導体は、垂直に配向しかつ前記トレンチ(130、230)の長さの少なくとも一部と同一の広がりを持つ(111)結晶格子面を備え、それにより前記結晶格子の<111>方向は実質的に前記トレンチ(130、230)を横切るように向けられる
    請求項1〜10のいずれか1項に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  12. ナノワイヤベースのフォトダイオード(100、200)であって、
    前記基板(150、160、250)は絶縁表面層(150)を備え、該絶縁表面層(150)は、前記第1の側壁(110、212)を前記第2の側壁(120、222)から電気的に絶縁する
    請求項1〜11のいずれか1項に記載のナノワイヤベースのフォトダイオード。
  13. くし形p−i−nフォトダイオード(100、200)であって、
    前記複数の第1のフィンガー(110、210)に電気的に接続する第1の導電層(260)であって、該複数の第1のフィンガー(110、210)の集合的な直列抵抗を低減する、第1の導電層(260)と、
    前記複数の第2のフィンガー(120、220)に電気的に接続する第2の導電層(280)であって、該複数の第2のフィンガー(120、220)の集合的な直列抵抗を低減する、第2の導電層(280)と
    をさらに具備し、
    前記基板(150、160、250)は絶縁層(150)を備え、前記複数の第1のフィンガー(110、210)及び前記複数の第2のフィンガー(120、220)は前記絶縁層(150)の上に支持される
    請求項2〜12のいずれか1項に記載のくし形p−i−nフォトダイオード。
  14. くし形p−i−nフォトダイオード(100、200)であって、前記i型半導体は、前記第1のフィンガー(110、210)の前記p型半導体又は前記第2のフィンガー(120、220)の前記n型半導体のいずれかのバンドギャップより小さいバンドギャップを有する化合物半導体を含む
    請求項2〜13のいずれか1項に記載のくし形p−i−nフォトダイオード。
  15. くし形p−i−nフォトダイオード(100、200)であって、前記複数の第1のフィンガー(210)及び前記複数の第2のフィンガー(220)のうちの一方又は両方のフィンガー(210、220)の断面形状は、垂直軸(132)に対する側壁角度(θ)が約5度を上回りかつ約45度以下である三角形及び台形のうちの一方である
    請求項2〜14のいずれか1項に記載のくし形p−i−nフォトダイオード。
JP2011507396A 2008-05-05 2008-05-05 ナノワイヤベースのフォトダイオード Pending JP2011520258A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2008/062683 WO2009136906A1 (en) 2008-05-05 2008-05-05 Nanowire-based photodiode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011520258A true JP2011520258A (ja) 2011-07-14

Family

ID=41264814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011507396A Pending JP2011520258A (ja) 2008-05-05 2008-05-05 ナノワイヤベースのフォトダイオード

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110062416A1 (ja)
JP (1) JP2011520258A (ja)
KR (1) KR20110015603A (ja)
CN (1) CN102017189B (ja)
DE (1) DE112008003839T5 (ja)
WO (1) WO2009136906A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016058531A (ja) * 2014-09-09 2016-04-21 国立大学法人 筑波大学 光電変換素子、太陽電池及び光センサー

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8686490B2 (en) * 2006-12-20 2014-04-01 Sandisk Corporation Electron blocking layers for electronic devices
US7851698B2 (en) * 2008-06-12 2010-12-14 Sunpower Corporation Trench process and structure for backside contact solar cells with polysilicon doped regions
US20220209037A1 (en) * 2008-06-12 2022-06-30 Sunpower Corporation Trench process and structure for backside contact solar cells with polysilicon doped regions
US20100132771A1 (en) * 2008-10-06 2010-06-03 The Regents Of The University Of California 3D Carbon Nanotubes Membrane as a Solar Energy Absorbing Layer
KR101710159B1 (ko) * 2010-09-14 2017-03-08 삼성전자주식회사 Ⅲ족 질화물 나노로드 발광소자 및 그 제조 방법
US8164092B2 (en) * 2010-10-18 2012-04-24 The University Of Utah Research Foundation PIN structures including intrinsic gallium arsenide, devices incorporating the same, and related methods
WO2012135997A1 (zh) * 2011-04-02 2012-10-11 中国科学院化学研究所 在含有疏水性的硅柱的硅片表面构筑微电极对阵列的方法
US9099596B2 (en) * 2011-07-29 2015-08-04 International Business Machines Corporation Heterojunction photovoltaic device and fabrication method
AU2011384617A1 (en) 2012-01-01 2014-07-10 Tracense Systems Ltd. Nanostructure and process of fabricating same
DE202012102039U1 (de) * 2012-06-04 2013-02-08 Ramot At Tel Aviv University Ltd. Nanostruktur
CN104992972B (zh) * 2015-05-14 2017-10-24 中国科学院半导体研究所 基于soi衬底的横向纳米线叉指结构晶体管及制备方法
KR101834049B1 (ko) 2015-12-29 2018-04-13 전자부품연구원 나노와이어를 이용한 이미지 센서 및 그의 제조방법
KR101845139B1 (ko) 2015-12-29 2018-05-18 전자부품연구원 실리콘 나노와이어를 이용한 애벌런치 포토다이오드 및 그를 이용한 실리콘 나노와이어 광증배관
CN106449847A (zh) * 2016-11-29 2017-02-22 上海电机学院 一种具有垂直pn异质结的太阳能电池及其制作方法
CN107240611B (zh) 2017-06-02 2019-11-12 京东方科技集团股份有限公司 一种光电探测器件及其制备方法、触控基板及显示面板
CN112152081B (zh) * 2020-11-26 2021-02-19 武汉敏芯半导体股份有限公司 一种混合集成谐振腔激光器及其制备方法
CN112713181B (zh) * 2020-12-28 2022-08-05 光华临港工程应用技术研发(上海)有限公司 气体传感器的制备方法及气体传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63278380A (ja) * 1987-05-11 1988-11-16 Fujitsu Ltd 半導体受光装置
US20050133476A1 (en) * 2003-12-17 2005-06-23 Islam M. S. Methods of bridging lateral nanowires and device using same
JP2007184566A (ja) * 2005-12-06 2007-07-19 Canon Inc 半導体ナノワイヤを用いた半導体素子、それを用いた表示装置及び撮像装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9009753D0 (en) * 1990-05-01 1990-06-20 Bt & D Technologies Ltd Photo detectors
US5625729A (en) * 1994-08-12 1997-04-29 Brown; Thomas G. Optoelectronic device for coupling between an external optical wave and a local optical wave for optical modulators and detectors
US6451702B1 (en) * 2001-02-16 2002-09-17 International Business Machines Corporation Methods for forming lateral trench optical detectors
NZ513637A (en) * 2001-08-20 2004-02-27 Canterprise Ltd Nanoscale electronic devices & fabrication methods
DE10318440B3 (de) * 2003-04-15 2005-02-03 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Elektrochemisches Verfahren zur direkten nanostrukturierbaren Materialabscheidung auf einem Substrat und mit dem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement
US7265037B2 (en) * 2003-06-20 2007-09-04 The Regents Of The University Of California Nanowire array and nanowire solar cells and methods for forming the same
KR101132076B1 (ko) * 2003-08-04 2012-04-02 나노시스, 인크. 나노선 복합체 및 나노선 복합체로부터 전자 기판을제조하기 위한 시스템 및 프로세스
US7090138B2 (en) * 2003-12-18 2006-08-15 Capital One Financial Corporation System and method for redeeming rewards and incentives
KR100651498B1 (ko) * 2004-10-28 2006-11-29 삼성전기주식회사 다파장 수광소자 및 그 제조방법
US7741647B2 (en) * 2006-05-22 2010-06-22 Hewlett-Packard Development Company Utilizing nanowire for different applications
US20080081326A1 (en) * 2006-10-03 2008-04-03 Jun Amano Methods and devices for diagnostic testing
US7711213B2 (en) * 2007-01-29 2010-05-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanowire-based modulators
US8212235B2 (en) * 2007-04-25 2012-07-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanowire-based opto-electronic device
US7663202B2 (en) * 2007-06-26 2010-02-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanowire photodiodes and methods of making nanowire photodiodes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63278380A (ja) * 1987-05-11 1988-11-16 Fujitsu Ltd 半導体受光装置
US20050133476A1 (en) * 2003-12-17 2005-06-23 Islam M. S. Methods of bridging lateral nanowires and device using same
JP2007184566A (ja) * 2005-12-06 2007-07-19 Canon Inc 半導体ナノワイヤを用いた半導体素子、それを用いた表示装置及び撮像装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016058531A (ja) * 2014-09-09 2016-04-21 国立大学法人 筑波大学 光電変換素子、太陽電池及び光センサー

Also Published As

Publication number Publication date
CN102017189B (zh) 2012-11-28
KR20110015603A (ko) 2011-02-16
DE112008003839T5 (de) 2011-03-10
US20110062416A1 (en) 2011-03-17
WO2009136906A1 (en) 2009-11-12
CN102017189A (zh) 2011-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011520258A (ja) ナノワイヤベースのフォトダイオード
US8198706B2 (en) Multi-level nanowire structure and method of making the same
US8938134B2 (en) Hybrid optical modulator for photonic integrated circuit devices
US8692301B2 (en) Nanostructured photodiode
KR101547711B1 (ko) 나노와이어-기반 태양 전지 구조
US8519379B2 (en) Nanowire structured photodiode with a surrounding epitaxially grown P or N layer
KR102285120B1 (ko) 광 수신 소자
US8273983B2 (en) Photonic device and method of making same using nanowires
CN101312221B (zh) 半导体受光元件及其制造方法
US20200393618A1 (en) Metal contact free photodetector with sidewall doping
CN112038441A (zh) 一种波导耦合的硅基光电探测器及其制备方法
US10690852B2 (en) III-V semiconductor waveguide nanoridge structure
US6759694B1 (en) Semiconductor phototransistor
CN116349018A (zh) 具有光敏本征区的二极管
CN112652674B (zh) 一种波导式光电探测器
US8022494B2 (en) Photodetector and manufacturing method thereof
JPS6244709B2 (ja)
US6558973B2 (en) Metamorphic long wavelength high-speed photodiode
US20060260676A1 (en) Photodetector
WO2024032172A1 (zh) Ⅲ-ⅴ族半导体光电探测器和光接收模块
US20220244581A1 (en) Electro-optic modulator
US20160064474A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JPH0496380A (ja) 半導体受光装置
JPS63128679A (ja) 半導体受光装置
JP2011035018A (ja) 半導体受光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121225

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121226

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130321

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130805