JP2988540B2 - 半導体光検出装置 - Google Patents
半導体光検出装置Info
- Publication number
- JP2988540B2 JP2988540B2 JP3168933A JP16893391A JP2988540B2 JP 2988540 B2 JP2988540 B2 JP 2988540B2 JP 3168933 A JP3168933 A JP 3168933A JP 16893391 A JP16893391 A JP 16893391A JP 2988540 B2 JP2988540 B2 JP 2988540B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- superlattice
- photodetector
- light
- incident
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超格子構造の光検出部を
備えたモノリシック型の半導体光検出装置に関する。
備えたモノリシック型の半導体光検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線等の光検出器として、従来から焦
電型センサと半導体型センサが知られており、前者は低
感度で集積化が困難なことからセンサ単体として用いら
れており、後者の半導体型センサがイメージセンサとし
て用いられている。
電型センサと半導体型センサが知られており、前者は低
感度で集積化が困難なことからセンサ単体として用いら
れており、後者の半導体型センサがイメージセンサとし
て用いられている。
【０００３】半導体型センサは更にシリコンのショット
キーダイオードをセンサとするモノリシック型と、イン
ジウム・アンチモン（ＩnＳb）や水銀・カドミウム・テ
ルル（ＨgＣdＴe）をセンサとして走査回路にはシリコ
ンＣＣＤ等を用いたハイブリッド型とに大別される。上
記の半導体型センサのうちモノリシック型は光の検出感
度が低く分光感度の設計に自由度が少ない。一方ハイブ
リッド型は感度は高くても、ＩnＳb、ＨgＣdＴeの集積
技術に課題がある。
キーダイオードをセンサとするモノリシック型と、イン
ジウム・アンチモン（ＩnＳb）や水銀・カドミウム・テ
ルル（ＨgＣdＴe）をセンサとして走査回路にはシリコ
ンＣＣＤ等を用いたハイブリッド型とに大別される。上
記の半導体型センサのうちモノリシック型は光の検出感
度が低く分光感度の設計に自由度が少ない。一方ハイブ
リッド型は感度は高くても、ＩnＳb、ＨgＣdＴeの集積
技術に課題がある。
【０００４】そこで、ＩnＳbやＨgＣdＴeよりも集積技
術の発達したガリウム・砒素（ＧaＡs）系化合物を用い
た超格子構造の赤外線検出器が特開昭６３−２４６６２
６号として提案されている。この検出器は図４に示すよ
うに半導体基板１００上にｎ型半導体電極層１０１を形
成し、この電極層１０１の上に赤外線を吸収する半導体
ヘテロ構造の超格子１０２を形成し、更に超格子１０２
の上にｎ型半導体電極層１０３を形成した構造となって
いる。
術の発達したガリウム・砒素（ＧaＡs）系化合物を用い
た超格子構造の赤外線検出器が特開昭６３−２４６６２
６号として提案されている。この検出器は図４に示すよ
うに半導体基板１００上にｎ型半導体電極層１０１を形
成し、この電極層１０１の上に赤外線を吸収する半導体
ヘテロ構造の超格子１０２を形成し、更に超格子１０２
の上にｎ型半導体電極層１０３を形成した構造となって
いる。
【０００５】ところで、図３は超格子に入射する光の角
度を示したものであり、入射角と光吸収率との関係は以
下の（数１）で表わせる。
度を示したものであり、入射角と光吸収率との関係は以
下の（数１）で表わせる。
【０００６】
【数１】
【０００７】上式から明らかなように超格子中に形成さ
れるサブバンド間の光吸収率は入射角が９０°に近い
程、換言すれば超格子に対して平行になる程、光吸収率
は高くなる。そこで、図４に示す従来例にあっては半導
体基板１００の端面を傾斜加工している。また図５に示
すように入射側のｎ型半導体電極層１０３の表面をノコ
ギリ形状に加工し、入射角を斜めにするようにした技術
も知られている。
れるサブバンド間の光吸収率は入射角が９０°に近い
程、換言すれば超格子に対して平行になる程、光吸収率
は高くなる。そこで、図４に示す従来例にあっては半導
体基板１００の端面を傾斜加工している。また図５に示
すように入射側のｎ型半導体電極層１０３の表面をノコ
ギリ形状に加工し、入射角を斜めにするようにした技術
も知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、モノ
リシック型の半導体光検出器で感度の高いものを得るに
は光吸収層を超格子構造とすることが考えられるが、従
来の構造では超格子構造の光吸収部への光の入射角度を
９０°に近づけることができない。
リシック型の半導体光検出器で感度の高いものを得るに
は光吸収層を超格子構造とすることが考えられるが、従
来の構造では超格子構造の光吸収部への光の入射角度を
９０°に近づけることができない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、半導体基板上に超格子構造の光検出部を形成し
た半導体光検出装置において、前記光検出部の２つの端
面が半導体基板方向に広がる傾斜面とし、この傾斜面の
外側に、外部からの光を超格子と略平行な角度で入射せ
しめる反射膜を形成されると共にトランジスタからなる
信号転送用スイッチを前記光検出部上部に一体的に形成
した。
発明は、半導体基板上に超格子構造の光検出部を形成し
た半導体光検出装置において、前記光検出部の２つの端
面が半導体基板方向に広がる傾斜面とし、この傾斜面の
外側に、外部からの光を超格子と略平行な角度で入射せ
しめる反射膜を形成されると共にトランジスタからなる
信号転送用スイッチを前記光検出部上部に一体的に形成
した。
【００１０】
【作用】超格子に赤外線等の光が入射すると超格子中の
サブバンドから電子が励起され、励起した電子が井戸か
ら抜け出て電流を生成する。この電流が、信号転送用ス
イッチをオン・オフすることにより電気信号として順次
取り出される。
サブバンドから電子が励起され、励起した電子が井戸か
ら抜け出て電流を生成する。この電流が、信号転送用ス
イッチをオン・オフすることにより電気信号として順次
取り出される。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図１は本発明に係る半導体光検出装
置の一例を示す断面図である。
説明する。ここで、図１は本発明に係る半導体光検出装
置の一例を示す断面図である。
【００１２】半導体光検出装置１は半導体基板２の上に
ｎ+型ＧaＡs電極層３、ＧaＡs／ＡlＧaＡs超格子４及び
ｎ+型ＧaＡs電極層５を積層し、ｎ+型ＧaＡs電極層３，
５の表面には金属電極３ａ，５ａを設けている。
ｎ+型ＧaＡs電極層３、ＧaＡs／ＡlＧaＡs超格子４及び
ｎ+型ＧaＡs電極層５を積層し、ｎ+型ＧaＡs電極層３，
５の表面には金属電極３ａ，５ａを設けている。
【００１３】超格子４は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）
や有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）などの膜厚制御性
の高いエピタキシャル成長法により形成され、その周期
は数１０〜１００オングストロームである。
や有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）などの膜厚制御性
の高いエピタキシャル成長法により形成され、その周期
は数１０〜１００オングストロームである。
【００１４】また超格子４はリン酸やアンモニアを用い
たウェットエッチングやプラズマによるドライエッチン
グによって端面を傾斜面４ａとし、この傾斜面４ａの外
側に赤外線を透過する絶縁体層６を介して金属反射膜７
を設けている。
たウェットエッチングやプラズマによるドライエッチン
グによって端面を傾斜面４ａとし、この傾斜面４ａの外
側に赤外線を透過する絶縁体層６を介して金属反射膜７
を設けている。
【００１５】而して、半導体基板２側から入射した赤外
線は反射膜７で反射して超格子４に略平行な角度で入射
する。そして、超格子４に赤外線等の光が入射すると効
率よく電子が励起され、励起した電子が井戸から抜け出
て電流を生成する。
線は反射膜７で反射して超格子４に略平行な角度で入射
する。そして、超格子４に赤外線等の光が入射すると効
率よく電子が励起され、励起した電子が井戸から抜け出
て電流を生成する。
【００１６】図２は別実施例を示し、この実施例にあっ
ては半導体光検出装置１の上に、信号転送用スイッチと
してのコレクタアップ型ヘテロ構造のバイポーラトラン
ジスタ１０を一体的に形成している。このバイポーラト
ランジスタ１０は前記ｎ+型ＧaＡs電極層５をエミッタ
として共用し、このｎ+型ＧaＡs電極層５の上にｎ型Ａl
ＧaＡsヘテロエミッタ１１、ｐ型ＧaＡsベース１２、ｎ
型ＧaＡsコレクタ１３及びｎ+型ＧaＡsコレクタ１４を
形成している。
ては半導体光検出装置１の上に、信号転送用スイッチと
してのコレクタアップ型ヘテロ構造のバイポーラトラン
ジスタ１０を一体的に形成している。このバイポーラト
ランジスタ１０は前記ｎ+型ＧaＡs電極層５をエミッタ
として共用し、このｎ+型ＧaＡs電極層５の上にｎ型Ａl
ＧaＡsヘテロエミッタ１１、ｐ型ＧaＡsベース１２、ｎ
型ＧaＡsコレクタ１３及びｎ+型ＧaＡsコレクタ１４を
形成している。
【００１７】而して、超格子構造の光検出装置１の上に
形成したバイポーラトランジスタ１０のベース電極に流
す電流を周期的にオン・オフすることにより超格子構造
の光検出部に入射した光を電気信号として順次取り出す
ことができる。
形成したバイポーラトランジスタ１０のベース電極に流
す電流を周期的にオン・オフすることにより超格子構造
の光検出部に入射した光を電気信号として順次取り出す
ことができる。
【００１８】また、本発明に係る半導体光検出装置のよ
うに、超格子の端面を傾斜面とした半導体光検出装置の
上にバイポーラトランジスタを設ければ、傾斜領域を素
子分離領域、配線領域と兼ねさせることができ、更なる
高集積化が可能になる。
うに、超格子の端面を傾斜面とした半導体光検出装置の
上にバイポーラトランジスタを設ければ、傾斜領域を素
子分離領域、配線領域と兼ねさせることができ、更なる
高集積化が可能になる。
【００１９】尚、実施例では赤外線を検出する例を示し
たが、可視光等を検出するものでもよく、また光検出部
としてｎ+ｎｎ+構造のダイオードを示したが、ｐｉｎ構
造、ｐ+ｉｐ+構造或いはｐ+ｐｐ+構造のものでもよい。
更に半導体基板や電極層の光の入射面を従来と同様にノ
コギリ状に加工してもよい。
たが、可視光等を検出するものでもよく、また光検出部
としてｎ+ｎｎ+構造のダイオードを示したが、ｐｉｎ構
造、ｐ+ｉｐ+構造或いはｐ+ｐｐ+構造のものでもよい。
更に半導体基板や電極層の光の入射面を従来と同様にノ
コギリ状に加工してもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
超格子構造の光検出部の端面を傾斜面とし、この傾斜面
の外側に反射膜を形成したので、外部からの光を超格子
と略平行な角度で入射せしめることができ、光吸収率が
大幅に向上し、高感度のモノリシック型の光検出装置を
得ることができ、更にこの光検出装置を用いて、高感度
で高集積化したイメージセンサを構成することができ
る。
超格子構造の光検出部の端面を傾斜面とし、この傾斜面
の外側に反射膜を形成したので、外部からの光を超格子
と略平行な角度で入射せしめることができ、光吸収率が
大幅に向上し、高感度のモノリシック型の光検出装置を
得ることができ、更にこの光検出装置を用いて、高感度
で高集積化したイメージセンサを構成することができ
る。
【図１】本発明に係る半導体光検出装置の断面図
【図２】本発明に係る半導体光検出装置を一体的に組込
んだ半導体装置の断面図
んだ半導体装置の断面図
【図３】超格子と光の入射角との関係を示す図
【図４】従来構造を示す断面図
【図５】従来構造を示す断面図
１…半導体光検出装置、２…半導体基板、３，５…ｎ+
型ＧaＡs電極層、４…超格子、７…反射膜、１０…バイ
ポーラトランジスタ。
型ＧaＡs電極層、４…超格子、７…反射膜、１０…バイ
ポーラトランジスタ。
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板上に超格子構造の光検出部を
積層して形成した半導体光検出装置において、前記光検
出部の２つの端面が半導体基板方向に広がる傾斜面とさ
れ、この傾斜面の外側に、外部からの光を超格子と略平
行な角度で入射せしめる反射膜が形成されると共に、ト
ランジスタからなる信号転送用スイッチを前記光検出部
上部に一体的に形成したことを特徴とする半導体光検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3168933A JP2988540B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 半導体光検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3168933A JP2988540B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 半導体光検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04367282A JPH04367282A (ja) | 1992-12-18 |
| JP2988540B2 true JP2988540B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=15877241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3168933A Expired - Lifetime JP2988540B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 半導体光検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2988540B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0663699B1 (en) * | 1993-12-20 | 1998-04-22 | Nec Corporation | Manufacturing method of an opto-electric semiconductor device |
| CN111595884B (zh) * | 2020-07-07 | 2024-03-15 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种适用于薄层超晶格材料的扫描电子显微镜检测方法 |
-
1991
- 1991-06-13 JP JP3168933A patent/JP2988540B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04367282A (ja) | 1992-12-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990922 |