JP6969199B2 - 受光素子 - Google Patents
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Description
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(2)前記複数のn型超格子層のバンドギャップは、前記受光層に近づくにつれ小さくなってもよい。
(3)前記受光層は赤外光を受光し、光電変換を行ってもよい。複数のn型超格子層を設けることで、半導体基板と受光層との間において大きなスパイクの発生を抑制することができる。
(4)前記複数のn型超格子層のそれぞれは、GaSb/InAs超格子、GaSb/InAs/InSb超格子、GaSb/InAsSb超格子、GaInSb/InAs超格子、およびGaInSb/InAsSb超格子のいずれかで形成されてもよい。複数のn型超格子層が互いに格子整合し、結晶欠陥および暗電流が抑制される。
(5)前記半導体基板および前記バッファ層はn型GaSbで形成されてもよい。これにより、n型超格子層が半導体基板およびバッファ層に格子整合する。
(6)前記受光層はGaSb/InAs超格子、GaSb/InAsSb超格子、GaInSb/InAs超格子、およびGaInSb/InAsSb超格子のいずれかで形成されてもよい。これにより、受光層とn型超格子層とが格子整合し、受光層の結晶性が向上する。
(7)前記複数のn型超格子層の電子親和力は、前記バッファ層に近づくにつれ小さくなってもよい。層を接合することで形成されるスパイクが小さいため、受光素子の感度が向上する。
本発明の実施形態に係る受光素子および受光装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図1は実施形態に係る受光素子100を例示する断面図である。
図1に示すように、受光素子100は、半導体基板10、バッファ層12、n型超格子層14、受光層16、p型超格子層18、p+型キャップ層19、および絶縁膜20を備える。バッファ層12、n型超格子層14、受光層16、p型超格子層18、p+型キャップ層19は、順に半導体基板10の上に積層され、メサ13を形成する。1つのメサ13が図示されているが、例えば複数のメサ13が2次元アレイ状に形成されてもよい。メサ13の数を増やすことで、例えば640×512以上など、受光素子100の高画素化が可能である。受光素子100はp−on−n構造を有する。
受光素子100の製造方法を説明する。ウェハ状態の半導体基板10の上に、例えば分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法により、半導体層(バッファ層12、n型超格子層14、受光層16、p型超格子層18およびp+型キャップ層19)をエピタキシャル成長する。例えば、ヨウ化水素および塩化シリコンガスを用いたドライエッチング、またはリン酸、過酸化水素水および水の溶液を用いたウェットエッチングなどにより、メサ13を形成する。例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法などにより、絶縁膜20を形成する。エッチングにより、絶縁膜20に開口部20aおよび20bを形成する。真空蒸着法およびリフトオフ法により、電極22および24を形成する。ウェハをダイシングすることで受光素子100を形成する。
図2は比較例に係る受光素子100Rを例示する断面図である。受光素子100と同じ構成については説明を省略する。受光素子100Rは1つのn型超格子層14xを有する。n型超格子層14xは例えば(GaSb(7ML)/InAs(9ML)/InSb(1ML))×10で形成され、Teのドーピング濃度は3e18cm−3である。つまりn型超格子層14xは、表1に示した実施形態のn型超格子層14wと同じ組成を有する。
次にエネルギー準位について説明する。図3(a)から図3(c)はヘテロ接合におけるエネルギー準位の例を示す模式図である。Evは価電子帯のエネルギー、Ecは伝導帯のエネルギー、Efはフェルミエネルギーである。真空準位と伝導帯の底とのエネルギーの差が電子親和力である。伝導帯を基準としたフェルミ準位の高さEf−Ecは次の数1で算出される。
12 バッファ層
13 メサ
14、14a〜14w n型超格子層
16 受光層
18 p型超格子層
19 p+型キャップ層
20 絶縁膜
20a、20b 開口部
22、24 電極
100 受光素子
S1〜S23 スパイク
Claims (6)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上に設けられたバッファ層と、
前記バッファ層の上に積層された複数のn型超格子層と、
前記n型超格子層の上に設けられた受光層と、
前記受光層の上に設けられたp型超格子層と、
前記バッファ層に電気的に接続されたn型電極と、
前記p型超格子層に電気的に接続されたp型電極と、を具備し、
前記複数のn型超格子層のうち隣り合う層の間における電子親和力の差は、前記n型超格子層の伝導帯を基準とするフェルミ準位の高さより小さく、
前記複数のn型超格子層のバンドギャップは、前記受光層に近づくにつれ小さくなる受光素子。 - 前記受光層は赤外光を受光し、光電変換を行う請求項1に記載の受光素子。
- 前記複数のn型超格子層のそれぞれは、GaSb/InAs超格子、GaSb/InAs/InSb超格子、GaSb/InAsSb超格子、GaInSb/InAs超格子、およびGaInSb/InAsSb超格子のいずれかで形成されている請求項1または2に記載の受光素子。
- 前記半導体基板および前記バッファ層はn型GaSbで形成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の受光素子。
- 前記受光層はGaSb/InAs超格子、GaSb/InAsSb超格子、GaInSb/InAs超格子、およびGaInSb/InAsSb超格子のいずれかで形成されている請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の受光素子。
- 前記複数のn型超格子層の電子親和力は、前記バッファ層に近づくにつれ小さくなる請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の受光素子。
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