JP6105428B2 - 受発光素子 - Google Patents
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Description
イズセンサなど多岐にわたるアプリケーションで用いられている。
導体基板と、前記半導体基板と同じ結晶性の材料からなり、前記半導体基板の前記第1主面に位置する第1i層と、前記第1i層に積層された半導体層の積層体からなる発光ダイオードと、前記半導体基板に接して前記第1主面側に位置する第2導電型の半導体部を含むフォトダイオードと、を備えるものである。
半導体基板1は、第1導電型の半導体材料の単結晶からなる。第1導電型の不純物濃度に限定はないが、例えば10Ω以下、より好ましくは1〜5Ωの電気抵抗を有する。この例では、n型のシリコン基板を用いている。以下、n型を第1導電型,p型を第2導電型とする。そしてこのシリコン基板は、第1導電型の不純物としてP(リン)を含んでおり、その濃度は1×1014〜2×1017atoms/ccとしている。
第1i層4および第2i層5は、半導体基板1の第1主面1aに位置している。第1i層4および第2i層5は、半導体基板1と同じく、結晶性を有し、同じ材料系からなる。そして、第1i層4および第2i層5は、第1主面1a上で互いに離れて位置している。なお、ここで第1i層4および第2i層5は、いわゆる真性半導体に限定されるものではなく、高抵抗な層を指す。具体的には、第1i層4,第2i層5のシート抵抗値を2000Ω・cm以上とする。この例では、シート抵抗値が2000Ω・cm以上のシリコンの単結晶層を用いた。
シャル成長させることによって形成される。また、別基板上に形成した第1i層4および第2i層5を半導体基板1上に貼り合わせた後に、この別基板を除去することで、第1i層4および第2i層5を半導体基板1上に配置してもよい。なお、ここで基板同士の貼り合わせには、例えば接着面同士の表面を活性化して接合する常温接合方法等の接着層を用いることのない手法を用いてもよい。
からのドーパントの熱拡散等が挙げられる。
次に、半導体基板1に設けられた発光ダイオード2について説明する。発光ダイオード2は半導体基板1の第1主面1a上に第1i層4を介して複数の半導体層を積層して形成される積層体で構成される。この例では発光ダイオード2は、上面視で第1i層4よりも小さく、第1i層4の外周部よりも内側に配置されている。
ドーピング濃度を1×1018〜2×1018atoms/ccとしている。
次に、半導体基板1に設けられたフォトダイオード3について説明する。フォトダイオード3は、第2i層5の上面に第2導電型の不純物をドーピングさせてなる第2導電型の半導体部31を設けることにより、第1導電型の半導体基板1と第2i層5とでpin接合を形成してなる。具体的には、第2導電型の半導体部31は、p型の不純物を高濃度に拡散させて形成される。この半導体部31は、第2i層5を挟んで半導体基板1と反対側に形成され、かつ、第2i層5と接してなる。このような第2導電型の不純物としては、例えばZn,Mg,C,B,Al,Ga,およびIn等の少なくともいずれか1つが挙げられる。本実施形態では、不純物としてBを0.5〜3μmの厚さとなるように拡散させ、半導体部31のドーピング濃度を1×1018〜1×1022atoms/ccとしている。
半導体部31に接合されている。なお、第3電極32は、半導体部31以外の半導体基板1上を引き回すときには、絶縁膜によって半導体基板1との絶縁性が確保されている。そして、半導体基板1に直接接するように形成された第4電極33が形成される。第3電極32および第4電極33は、例えば、AuとCr、AlとCr、PtとTiの合金等で、その厚さが0.5〜5μmで形成されている。そして、第3電極32および第4電極33は、図示しない外部回路に接続される。
半導体基板1の第1主面1aには凹部6が形成されているとよい。理由は後述する。凹部6は他の部位に比べて半導体基板1の厚みが小さくなっている。このような凹部6はダイシング等の切削加工により形成してもよいし、ウェットエッチング等により形成してもよい。特に、後の第1i層4,第2i層5となる一連の高抵抗層を形成した後に、高抵抗層のうち凹部となる領域の上部に位置する部分を除去すると同時に半導体基板1の上面の一部を除去して凹部6を形成すれば、凹部6の形成と同時に、互いに分離した第1i層4,第2i層5が形成されるため生産性がよい。
上述の構成を有する受発光素子10によれば、以下のような優れた効果を奏するものとなる。
で一方の元素が抜け、少数キャリアを有するものとなり、p,nのいずれかの導電型を呈するようになる。GaAsからなるバッファ層を用いる場合には、Asが抜けてp型を呈するようになる。
上述の例では、フォトダイオード3は、半導体部31は第2i層5に作り込まれており、pin型フォトダイオードを形成しているが、図2に示す受発光素子10Aのように、第2i層を設けず、第2導電型の半導体部31Aを半導体基板1Aの一主面1Aaに直接
形成し、pn型のフォトダイオード3Aとしてもよい。この場合には、微小光電流を検出することができるフォトダイオード3Aとすることができる。
上述の例では、発光ダイオード2,2Aは、第1i層4側から順に、バッファ層,第1導電型コンタクト層,第1導電型クラッド層,活性層,第2導電型クラッド層,第2導電型コンタクト層を積層した積層体を例に説明したが、第1導電型コンタクト層と第1導電型クラッド層との間または第1導電型コンタクト層とバッファ層との間に多層膜反射鏡(DBR:distributed Bragg reflector)を挿入してもよい。
上述の例では、フォトダイオード3の第2導電型の半導体部31を、第2i層5の一部に不純物を拡散させて形成したがこの例に限定されない。例えば、半導体部31は、第2i層5上にMOCVD法により第2導電型の半導体層を積層して形成してもよい。
2 発光ダイオード
3 フォトダイオード
31 半導体部
4 第1i層
5 第2i層
10 受発光素子
Claims (4)
- 第1主面を有する第1導電型の単結晶の半導体基板と、
前記半導体基板と同じ結晶性の材料からなり、前記半導体基板の前記第1主面に位置する、第1i層および前記第1i層と離れて位置する第2i層と、
前記第1i層に積層された半導体層の積層体からなる発光ダイオードと、
前記第2i層を挟んで前記半導体基板と反対側であって、前記第2i層に接するように設けられている第2導電型の半導体部を含むフォトダイオードと、
を備える受発光素子。 - 前記半導体基板は、前記第1i層と前記第2i層との間に凹部を有する、請求項1記載の受発光素子。
- 前記第1i層は、15μm以上25μm以下の厚みである、請求項1または2に記載の受発光素子。
- 第1主面を有する第1導電型の単結晶の半導体基板と、
前記半導体基板と同じ結晶性の材料からなり、前記半導体基板の前記第1主面に位置する第1i層と、
前記第1i層に積層された半導体層の積層体からなる発光ダイオードと、
前記半導体基板に接して前記第1主面側に位置する第2導電型の半導体部を含むフォトダイオードと、を備える受発光素子。
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