JP7027970B2 - Semiconductor light receiving device, infrared detector - Google Patents

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Description

本発明は、半導体受光デバイス及び赤外線検知装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light receiving device and an infrared detecting device.

非特許文献1は、タイプIIの超格子を有する赤外線検知器を開示する。 Non-Patent Document 1 discloses an infrared detector having a type II superlattice.

”Band engineered HOT mid wave infrared detectors based on type-II InAs/GaSb strained layer superlattices”、 Infrared Physics & Technology、ElSEVIER、2013."Band engineered HOT mid wave infrared detectors based on type-II InAs / GaSb strained layer superlattices", Infrared Physics & Technology, ElSEVIER, 2013.

タイプII超格子の光吸収層を含む赤外線検知器は、暗電流を低くできる低い動作温度、例えば77ケルビンにおいて使用される。77ケルビンより高い温度において動作可能な赤外線検知器は、動作中の冷却に係る負担を軽くする。 Infrared detectors with a Type II superlattice light absorption layer are used at low operating temperatures where dark currents can be reduced, such as 77 Kelvin. An infrared detector capable of operating at temperatures above 77 Kelvin reduces the cooling burden during operation.

本発明の一側面は、光入射のない動作中に検知されるキャリアレベル(暗電流)を低減できる赤外線受光デバイスを提供することを目的とする。本発明の別の側面は、赤外線受光デバイスを含む赤外線検知装置を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide an infrared light receiving device capable of reducing the carrier level (dark current) detected during operation without light incident. Another aspect of the present invention is to provide an infrared detection device including an infrared light receiving device.

本発明の一側面に係る半導体受光デバイスは、n型半導体領域を含む支持体と、電子障壁を提供するバリア構造、赤外線に感応するバンドギャップを有するIII-V化合物半導体を含む光吸収層、及びp型半導体領域を含み、前記支持体上に設けられた半導体メサの配列を備えるメサ構造体と、を備え、前記バリア構造は、第1スペーサー半導体層、第1バリア層及び第2スペーサー半導体層を含み、前記p型半導体領域、前記光吸収層、前記第1スペーサー半導体層、前記第1バリア層、前記第2スペーサー半導体層、及び前記n型半導体領域は、第1軸の方向に配列される。 The semiconductor light receiving device according to one aspect of the present invention includes a support including an n-type semiconductor region, a barrier structure providing an electron barrier, a light absorbing layer containing a III-V compound semiconductor having a band gap sensitive to infrared rays, and a light absorbing layer. A mesa structure including a p-type semiconductor region and having an arrangement of semiconductor mesa provided on the support is provided, and the barrier structure includes a first spacer semiconductor layer, a first barrier layer, and a second spacer semiconductor layer. The p-type semiconductor region, the light absorption layer, the first spacer semiconductor layer, the first barrier layer, the second spacer semiconductor layer, and the n-type semiconductor region are arranged in the direction of the first axis. To.

本発明の別の側面に係る赤外線検知装置は、半導体受光デバイスと、前記半導体受光デバイスにバンプ電極を介して接続された読み出し半導体装置と、を備える。 The infrared detection device according to another aspect of the present invention includes a semiconductor light receiving device and a readout semiconductor device connected to the semiconductor light receiving device via a bump electrode.

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above object and other objects, features, and advantages of the invention will be more easily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention, which are advanced with reference to the accompanying drawings.

以上説明したように、本発明の一側面によれば、光入射のない動作中に検知されるキャリアレベル(暗電流)を低減できる半導体受光デバイスを提供できる。本発明の別の側面によれば、赤外線検知デバイスを含む赤外線検知装置を提供できる。 As described above, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor light receiving device capable of reducing the carrier level (dark current) detected during operation without light incident. According to another aspect of the present invention, an infrared detection device including an infrared detection device can be provided.

図1の(a)部は、本実施形態に係る赤外線検知装置を示す斜視図である。図1の(b)部は、本実施形態に係る半導体受光デバイスを示す平面図である。Part (a) of FIG. 1 is a perspective view showing an infrared detection device according to the present embodiment. Part (b) of FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor light receiving device according to the present embodiment. 図2の(a)部は、本実施形態に係る半導体受光デバイスの構造を示し、図2の(b)部は、図2の(a)部に示された構造に対応付けたバンドダイアグラムを示す図面である。図2の(c)部は、図2の(a)部に示された半導体受光デバイスの半導体メサを示す図面である。Part (a) of FIG. 2 shows the structure of the semiconductor light receiving device according to the present embodiment, and part (b) of FIG. 2 is a band diagram associated with the structure shown in part (a) of FIG. It is a drawing which shows. Part (c) of FIG. 2 is a drawing showing a semiconductor mesa of the semiconductor light receiving device shown in part (a) of FIG. 図3は、本実施形態に係る半導体受光デバイスによって提供されるバンドダイアグラムを示す。FIG. 3 shows a band diagram provided by the semiconductor light receiving device according to the present embodiment. 図4は、図1の(a)部に示されたIV-IV線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。FIG. 4 is a drawing schematically showing a cross section taken along the IV-IV line shown in the part (a) of FIG. 図5は、図1の(a)部に示されたV-V線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。FIG. 5 is a drawing schematically showing a cross section taken along the VV line shown in the part (a) of FIG. 図6は、図1の(a)部に示されたVI-VI線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。FIG. 6 is a drawing schematically showing a cross section taken along the VI-VI line shown in the part (a) of FIG. 1. 図7は、図1の(a)部に示されたVII-VII線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。FIG. 7 is a drawing schematically showing a cross section taken along the line VII-VII shown in the part (a) of FIG. 図8は、半導体メサにおけるバリア構造内の電子障壁EB1と制御電極上の電圧との関係を模式的に示す図面である。FIG. 8 is a drawing schematically showing the relationship between the electron barrier EB1 in the barrier structure in the semiconductor mesa and the voltage on the control electrode. 図9の(a)部及び(b)部は、実験例に係る半導体受光デバイスのメサ構造体内の半導体メサ及びバンドダイアグラムを模式的に示す図面である。Part (a) and part (b) of FIG. 9 are drawings schematically showing a semiconductor mesa and a band diagram in the mesa structure of the semiconductor light receiving device according to the experimental example. 図10は、実験例に係る半導体受光デバイスC及び半導体受光デバイスDの暗電流特性を示す図面である。FIG. 10 is a drawing showing the dark current characteristics of the semiconductor light receiving device C and the semiconductor light receiving device D according to the experimental example. 図11は、実験例に係る半導体受光デバイスDの暗電流特性DC及び光応答特性PCを示す図面である。FIG. 11 is a drawing showing a dark current characteristic DC and an optical response characteristic PC of the semiconductor light receiving device D according to the experimental example. 図12は、図11の測定において半導体受光デバイスDの制御電極への印加電圧及びアノード・カソード間への印加電圧の時間変化を示す図面である。FIG. 12 is a drawing showing the time change of the applied voltage to the control electrode of the semiconductor light receiving device D and the applied voltage between the anode and the cathode in the measurement of FIG. 11. 図13は、本実施形態に係る半導体受光デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 13 is a drawing schematically showing a main step in the method for manufacturing the semiconductor light receiving device according to the present embodiment. 図14は、本実施形態に係る半導体受光デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 14 is a drawing schematically showing a main step in the method for manufacturing the semiconductor light receiving device according to the present embodiment. 図15は、本実施形態に係る半導体受光デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 15 is a drawing schematically showing a main step in the method for manufacturing the semiconductor light receiving device according to the present embodiment.

いくつかの具体例を説明する。 Some concrete examples will be described.

具体例に係る半導体受光デバイスは、(a)n型半導体領域を含む支持体と、(b)電子障壁を提供するバリア構造、赤外線に感応するバンドギャップを有するIII-V化合物半導体を含む光吸収層、及びp型半導体領域を含み、前記支持体上に設けられた半導体メサの配列を備えるメサ構造体と、を備え、前記バリア構造は、第1スペーサー半導体層、第1バリア層及び第2スペーサー半導体層を含み、前記p型半導体領域、前記光吸収層、前記第1スペーサー半導体層、前記第1バリア層、前記第2スペーサー半導体層、及び前記n型半導体領域は、第1軸の方向に配列される。 The semiconductor light receiving device according to the specific example is a light absorption including (a) a support including an n-type semiconductor region, (b) a barrier structure providing an electron barrier, and a III-V compound semiconductor having a band gap sensitive to infrared rays. The barrier structure includes a layer and a mesa structure including a p-type semiconductor region and having an arrangement of semiconductor mesa provided on the support, and the barrier structure includes a first spacer semiconductor layer, a first barrier layer, and a second barrier structure. The p-type semiconductor region, the light absorption layer, the first spacer semiconductor layer, the first barrier layer, the second spacer semiconductor layer, and the n-type semiconductor region include a spacer semiconductor layer in the direction of the first axis. Arranged in.

半導体受光デバイスによれば、半導体受光デバイス内の狭バンドギャップの半導体は、動作温度に依存した熱的励起により電子正孔対を生成する。該電子正孔対のうちの電子は、n型半導体領域へ向かう。第1バリア層は、光吸収層とn型半導体領域との間に設けられ、n型半導体領域へ向かう電子に対する障壁を提供する。熱的励起された電子のうちの或る量の電子は、電子障壁を乗り越えることができない。これは、結果として、暗電流の低減になる。また、光吸収層は、入射光に応答してpn接合の空乏層において光キャリアを生成する。光キャリアのうちの或る量の電子は、第1バリア層の電子障壁を越えて光電流となり、n型半導体領域にドリフトする。 According to the semiconductor light receiving device, the narrow bandgap semiconductor in the semiconductor light receiving device generates electron-hole pairs by thermal excitation depending on the operating temperature. The electrons in the electron-hole pair go to the n-type semiconductor region. The first barrier layer is provided between the light absorption layer and the n-type semiconductor region, and provides a barrier against electrons toward the n-type semiconductor region. A certain amount of thermally excited electrons cannot overcome the electron barrier. This results in a reduction in dark current. The light absorption layer also produces photocarriers in the pn junction depletion layer in response to incident light. A certain amount of electrons in the optical carrier crosses the electron barrier of the first barrier layer to become a photocurrent and drifts to the n-type semiconductor region.

具体例に係る半導体受光デバイスでは、前記第1スペーサー半導体層及び前記第2スペーサー半導体層は、それぞれ、p導電性及びn導電性を有する。 In the semiconductor light receiving device according to the specific example, the first spacer semiconductor layer and the second spacer semiconductor layer have p-conductivity and n-conductivity, respectively.

半導体受光デバイスによれば、p導電性及びn導電性をそれぞれ有する第1スペーサー半導体層及び第2スペーサー半導体層は、バリア構造にpn接合を提供できる。第2スペーサー半導体層の導電型と反対の導電型を有する第1スペーサー半導体層は、第1バリア層を乗り越えない電子の再結合を容易にする。 According to the semiconductor light receiving device, the first spacer semiconductor layer and the second spacer semiconductor layer having p-conductivity and n-conductivity, respectively, can provide a pn junction in the barrier structure. The first spacer semiconductor layer having a conductive type opposite to that of the conductive type of the second spacer semiconductor layer facilitates electron recombination that does not get over the first barrier layer.

具体例に係る半導体受光デバイスでは、前記半導体メサの各々は、前記p型半導体領域、前記光吸収層、前記第1スペーサー半導体層及び前記第1バリア層を含む。 In the semiconductor light receiving device according to the specific example, each of the semiconductor mesas includes the p-type semiconductor region, the light absorption layer, the first spacer semiconductor layer, and the first barrier layer.

半導体受光デバイスによれば、バリア構造は、アノード電極及びカソード電極とは別に、第1スペーサー半導体層と第2スペーサー半導体層との間の第1バリア層の電子障壁の高さを調整できる追加の電極を用いない。 According to the semiconductor light receiving device, the barrier structure can adjust the height of the electron barrier of the first barrier layer between the first spacer semiconductor layer and the second spacer semiconductor layer separately from the anode electrode and the cathode electrode. No electrodes are used.

具体例に係る半導体受光デバイスは、前記第1スペーサー半導体層に接続された制御電極を更に備え、前記半導体メサの各々は、前記p型半導体領域及び前記光吸収層を含み、各半導体メサは、前記第1スペーサー半導体層に到達する側面を有する。 The semiconductor light receiving device according to the specific example further includes a control electrode connected to the first spacer semiconductor layer, each of the semiconductor mesas includes the p-type semiconductor region and the light absorption layer, and each semiconductor mesa includes the p-type semiconductor region and the light absorption layer. It has a side surface that reaches the first spacer semiconductor layer.

半導体受光デバイスによれば、アノード電極及びカソード電極と異なる制御電極をバリア構造に提供できる。制御電極は、第1スペーサー半導体層に接続されて、制御電極とカソード電極との電位差に応じた電界をバリア構造に印加できる。この電界の印加によれば、第1スペーサー半導体層と第2スペーサー半導体層との間の第1バリア層の電子障壁の高さを調整できる。 According to the semiconductor light receiving device, a control electrode different from the anode electrode and the cathode electrode can be provided in the barrier structure. The control electrode is connected to the first spacer semiconductor layer, and an electric field corresponding to the potential difference between the control electrode and the cathode electrode can be applied to the barrier structure. By applying this electric field, the height of the electron barrier of the first barrier layer between the first spacer semiconductor layer and the second spacer semiconductor layer can be adjusted.

具体例に係る半導体受光デバイスでは、前記メサ構造体は、前記半導体メサの前記配列を規定する溝を有しており、前記半導体メサは、第1スペーサー半導体層に到達する側面を有し、前記制御電極は、前記溝の底において前記第1スペーサー半導体層に接触を成す。 In the semiconductor light receiving device according to the specific example, the mesa structure has a groove defining the arrangement of the semiconductor mesa, and the semiconductor mesa has a side surface reaching the first spacer semiconductor layer. The control electrode makes contact with the first spacer semiconductor layer at the bottom of the groove.

半導体受光デバイスによれば、制御電極は、溝の底において第1スペーサー半導体層に接続される。 According to the semiconductor light receiving device, the control electrode is connected to the first spacer semiconductor layer at the bottom of the groove.

具体例に係る赤外線検知装置は、(a)半導体受光デバイスと、(b)前記半導体受光デバイスにバンプ電極を介して接続された読み出し半導体装置と、を備える。 The infrared detection device according to a specific example includes (a) a semiconductor light receiving device and (b) a readout semiconductor device connected to the semiconductor light receiving device via a bump electrode.

赤外線検知装置によれば、光入射のない動作中に検知されるキャリアレベルを低減できる。 According to the infrared detection device, the carrier level detected during operation without light incident can be reduced.

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の赤外線検知装置、半導体受光デバイス、及び半導体受光デバイスを作製する方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。 The findings of the present invention can be readily understood by reference to the accompanying drawings shown as examples and taking into account the following detailed description. Subsequently, an embodiment relating to the infrared detection device, the semiconductor light receiving device, and the method for manufacturing the semiconductor light receiving device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. When possible, the same parts are designated by the same reference numerals.

図1の(a)部は、本実施形態に係る赤外線検知装置を示す斜視図である。図1の(b)部は、本実施形態に係る半導体受光デバイスの主要部を示す平面図である。赤外線検知装置10は、半導体受光デバイス11及び読出半導体装置12を含み、読出半導体装置12は、半導体受光デバイス11に接続される。赤外線検知装置10は、更に、半導体受光デバイス11と読出半導体装置12との間を満たすアンダーフィル14を含む。アンダーフィル14は、例えばエポキシ樹脂といった樹脂体を備える。 Part (a) of FIG. 1 is a perspective view showing an infrared detection device according to the present embodiment. Part (b) of FIG. 1 is a plan view showing a main part of the semiconductor light receiving device according to the present embodiment. The infrared detection device 10 includes a semiconductor light receiving device 11 and a read semiconductor device 12, and the read semiconductor device 12 is connected to the semiconductor light receiving device 11. The infrared detector 10 further includes an underfill 14 that fills the space between the semiconductor light receiving device 11 and the readout semiconductor device 12. The underfill 14 includes a resin body such as an epoxy resin.

半導体受光デバイス11は、支持体13及びメサ構造体15を備える。メサ構造体15は、支持体13上に設けられた半導体メサ35の配列ARYを備える。支持体13は、第1領域13a及び第2領域13bを含む。第2領域13bは、第1領域13aの外側に位置する。第1領域13aは、メサ構造体15、具体的には半導体メサ35の配列ARYを搭載する。図1の(b)部を参照すると、個々の半導体メサ35の位置を「P」で表す。 The semiconductor light receiving device 11 includes a support 13 and a mesa structure 15. The mesa structure 15 includes an array ARY of semiconductor mesas 35 provided on the support 13. The support 13 includes a first region 13a and a second region 13b. The second region 13b is located outside the first region 13a. The first region 13a mounts the array ARY of the mesa structure 15, specifically the semiconductor mesa 35. With reference to the part (b) of FIG. 1, the positions of the individual semiconductor mesas 35 are represented by “P”.

図2の(a)部は、本実施形態に係る半導体受光デバイスの構造を示し、図2の(b)部は、図2の(a)部に示された構造に対応付けたバンドダイアグラムを示す図面であり、図2の(c)部は、図2の(a)部に示された半導体受光デバイスにおける単一の半導体メサを示す図面である。 Part (a) of FIG. 2 shows the structure of the semiconductor light receiving device according to the present embodiment, and part (b) of FIG. 2 is a band diagram associated with the structure shown in part (a) of FIG. It is a drawing which shows, and the part (c) of FIG. 2 is a drawing which shows the single semiconductor mesa in the semiconductor light receiving device shown in the part (a) of FIG.

図2の(a)部、(b)部及び(c)部に示されるように、メサ構造体15、具体的には半導体メサ35は、電子障壁EB1を提供するバリア構造19、赤外線に感応するバンドギャップを有するIII-V化合物半導体を含む光吸収層21、及びp型半導体領域23を含む。光吸収層21は、赤外線を感応できるバンドギャップを提供できるIII-V化合物半導体を備える。光吸収層21は、超格子構造及び/又はバルク半導体を含むことができる。メサ構造体15は、半導体メサ35の配列ARYを規定する溝GVを有しており、溝GVは、図1の(b)部に破線で示される。 As shown in parts (a), (b) and (c) of FIG. 2, the mesa structure 15, specifically the semiconductor mesa 35, is a barrier structure 19 that provides an electron barrier EB1 and is sensitive to infrared rays. It includes a light absorption layer 21 containing a III-V compound semiconductor having a bandgap, and a p-type semiconductor region 23. The light absorption layer 21 includes a III-V compound semiconductor capable of providing a bandgap capable of sensitive to infrared rays. The light absorption layer 21 can include a superlattice structure and / or a bulk semiconductor. The mesa structure 15 has a groove GV that defines the array ARY of the semiconductor mesa 35, and the groove GV is shown by a broken line in the portion (b) of FIG.

バリア構造19は、電子障壁EB1を提供する。バリア構造19は、第1スペーサー半導体層25、第1バリア層27及び第2スペーサー半導体層29を含む。半導体受光デバイス11では、p型半導体領域23、光吸収層21、第1スペーサー半導体層25、第1バリア層27、第2スペーサー半導体層29、及びn型半導体領域17は、第1軸Ax1の方向に配置される。 The barrier structure 19 provides an electron barrier EB1. The barrier structure 19 includes a first spacer semiconductor layer 25, a first barrier layer 27, and a second spacer semiconductor layer 29. In the semiconductor light receiving device 11, the p-type semiconductor region 23, the light absorption layer 21, the first spacer semiconductor layer 25, the first barrier layer 27, the second spacer semiconductor layer 29, and the n-type semiconductor region 17 are the first axis Ax1. Arranged in the direction.

半導体受光デバイス11によれば、狭バンドギャップの半導体は、動作温度に依存した熱的励起により電子正孔対を生成する。該電子正孔対のうちの電子は、n型半導体領域17へ向かう。第1バリア層27は、光吸収層21とn型半導体領域17との間に設けられ、n型半導体領域17へ向かう電子に対する障壁(EB1)を提供する。熱的励起された電子のうちの或る量の電子は、電子障壁EB1を乗り越えることができない。これは、結果として、暗電流の低減になる。また、光吸収層21は、入射光LINに応答してpn接合の空乏層において光キャリア(E,H)を生成する。光キャリアのうちの或る量の電子は、第1バリア層27の電子障壁EB1を越えて光電流となり、n型半導体領域17にドリフトする。電子障壁EB1は、例えば100~300meVであることができる。 According to the semiconductor light receiving device 11, the semiconductor with a narrow bandgap generates electron-hole pairs by thermal excitation depending on the operating temperature. The electrons in the electron-hole pair go to the n-type semiconductor region 17. The first barrier layer 27 is provided between the light absorption layer 21 and the n-type semiconductor region 17 and provides a barrier (EB1) for electrons toward the n-type semiconductor region 17. A certain amount of thermally excited electrons cannot overcome the electron barrier EB1. This results in a reduction in dark current. Further, the light absorption layer 21 generates optical carriers (E, H) in the depletion layer of the pn junction in response to the incident light LIN. A certain amount of electrons in the optical carrier crosses the electron barrier EB1 of the first barrier layer 27 to become a photocurrent and drifts to the n-type semiconductor region 17. The electronic barrier EB1 can be, for example, 100 to 300 meV.

光吸収層21は、タイプII超格子構造を含み、このタイプII超格子構造は、交互に配列された第1半導体層21a及び第2半導体層21bを含む。具体的には、光吸収層21は、InAs/GaSb超格子を有することができる。光吸収層21のInAs/GaSb超格子によれば、半導体受光デバイス11が赤外線波長域(3~15マイクロメートル)に光検知能を示すことを可能にする提供できる。 The light absorption layer 21 includes a type II superlattice structure, and the type II superlattice structure includes a first semiconductor layer 21a and a second semiconductor layer 21b arranged alternately. Specifically, the light absorption layer 21 can have an InAs / GaSb superlattice. According to the InAs / GaSb superlattice of the light absorption layer 21, it can be provided that the semiconductor light receiving device 11 can exhibit the light detection ability in the infrared wavelength region (3 to 15 micrometers).

本実施例では、第1スペーサー半導体層25及び第2スペーサー半導体層29は、それぞれ、p導電性及びn導電性を有することができる。半導体受光デバイス11によれば、p導電性及びn導電性をそれぞれ有する第1スペーサー半導体層25及び第2スペーサー半導体層29は、バリア構造19にpn接合を提供でき、バリア構造19は、pn接合に関連するビルトインポテンシャルを有する。第2スペーサー半導体層29の導電型と反対の導電型を有する第1スペーサー半導体層25は、第1バリア層27を乗り越えない電子の再結合を容易にする。 In this embodiment, the first spacer semiconductor layer 25 and the second spacer semiconductor layer 29 can have p-conductivity and n-conductivity, respectively. According to the semiconductor light receiving device 11, the first spacer semiconductor layer 25 and the second spacer semiconductor layer 29 having p-conductivity and n-conductivity, respectively, can provide a pn junction to the barrier structure 19, and the barrier structure 19 is a pn junction. Has a built-in potential associated with. The first spacer semiconductor layer 25, which has a conductive type opposite to that of the conductive type of the second spacer semiconductor layer 29, facilitates electron recombination that does not get over the first barrier layer 27.

第1バリア層27は、タイプIIの第1超格子構造SL1を含み、この第1超格子構造SL1は、光吸収層21の伝導帯のエネルギーレベルBL21Cより高いエネルギーレベルBL27Cを伝導帯に有する。第1スペーサー半導体層25及び第2スペーサー半導体層29は、それぞれ、エネルギーレベルBL25C及びエネルギーレベルBL29Cを伝導帯に有する。第1バリア層27のエネルギーレベルBL27Cは、エネルギーレベルBL25C及びエネルギーレベルBL29Cより高い。第1バリア層27の価電子帯のエネルギーレベルBL27Vと第1スペーサー半導体層25の価電子帯のエネルギーレベルBL25Vとの差は、第1バリア層27の伝導帯のエネルギーレベルBL27Cと第1スペーサー半導体層25の伝導帯のエネルギーレベルBL25Cとの差より小さい。また、第1バリア層27の価電子帯のエネルギーレベルBL27Vと第2スペーサー半導体層29の価電子帯のエネルギーレベルBL29Vとの差は、第1バリア層27の伝導帯のエネルギーレベルBL27Cと第2スペーサー半導体層29の伝導帯のエネルギーレベルBL29Cとの差より小さい。 The first barrier layer 27 includes a type II first superlattice structure SL1, which has an energy level BL27C in the conduction band higher than the energy level BL21C in the conduction band of the light absorption layer 21. The first spacer semiconductor layer 25 and the second spacer semiconductor layer 29 each have an energy level BL25C and an energy level BL29C in the conduction band. The energy level BL27C of the first barrier layer 27 is higher than the energy level BL25C and the energy level BL29C. The difference between the energy level BL27V in the valence band of the first barrier layer 27 and the energy level BL25V in the valence band of the first spacer semiconductor layer 25 is the energy level BL27C in the conduction band of the first barrier layer 27 and the first spacer semiconductor. It is smaller than the difference between the energy level of the conduction band of layer 25 and BL25C. The difference between the energy level BL27V of the valence band of the first barrier layer 27 and the energy level BL29V of the valence band of the second spacer semiconductor layer 29 is the energy level BL27C of the conduction band of the first barrier layer 27 and the second. It is smaller than the difference between the energy level of the conduction band of the spacer semiconductor layer 29 and the energy level BL29C.

このようなバンドアライメントは、それぞれ、超格子構造を有する第1スペーサー半導体層25、第1バリア層27及び第2スペーサー半導体層29によって提供される。第1スペーサー半導体層25は、タイプIIの超格子構造を有することができ、第1スペーサー半導体層25の超格子構造は、交互に配列された第1半導体層25a及び第2半導体層25bを含む。具体的には、第1スペーサー半導体層25は、例えばp型のInAs/GaSb超格子構造を含むことができ、第1バリア層27は、タイプIIの超格子構造を有することができる。第1バリア層27の超格子構造は、交互に配列された第1半導体層27a及び第2半導体層27bを含む。具体的には、第1バリア層27の超格子構造は、InAs/GaSb超格子を含むことができる。InAs/GaSb超格子は、電子障壁を第1バリア層27の伝導帯に提供できると共に、価電子帯に実質的に電位障壁のないバンド構造を第1バリア層27に提供できる。第2スペーサー半導体層29は、タイプIIの超格子構造を含むことができる。第2スペーサー半導体層29の超格子構造は、交互に配列された第1半導体層29a及び第2半導体層29bを含む。具体的には、第2スペーサー半導体層29は、例えばn型のInAs/GaSb超格子構造を含むことができる。 Such band alignment is provided by the first spacer semiconductor layer 25, the first barrier layer 27, and the second spacer semiconductor layer 29, respectively, which have a superlattice structure. The first spacer semiconductor layer 25 can have a type II superlattice structure, and the superlattice structure of the first spacer semiconductor layer 25 includes an alternately arranged first semiconductor layer 25a and a second semiconductor layer 25b. .. Specifically, the first spacer semiconductor layer 25 can include, for example, a p-type InAs / GaSb superlattice structure, and the first barrier layer 27 can have a type II superlattice structure. The superlattice structure of the first barrier layer 27 includes a first semiconductor layer 27a and a second semiconductor layer 27b arranged alternately. Specifically, the superlattice structure of the first barrier layer 27 can include an InAs / GaSb superlattice. The InAs / GaSb superlattice can provide an electron barrier to the conduction band of the first barrier layer 27, and can provide a band structure to the first barrier layer 27 having substantially no potential barrier in the valence band. The second spacer semiconductor layer 29 can include a type II superlattice structure. The superlattice structure of the second spacer semiconductor layer 29 includes a first semiconductor layer 29a and a second semiconductor layer 29b arranged alternately. Specifically, the second spacer semiconductor layer 29 can include, for example, an n-type InAs / GaSb superlattice structure.

半導体受光デバイス11は、アノード電極31及びカソード電極33を備える。本実施例では、アノード電極31は、メサ構造体15内の半導体メサ35内のp型半導体領域23に接続される。カソード電極33は、メサ構造体15のn型タイプII超格子構造又は支持体13のn型バルク層に接続される。 The semiconductor light receiving device 11 includes an anode electrode 31 and a cathode electrode 33. In this embodiment, the anode electrode 31 is connected to the p-type semiconductor region 23 in the semiconductor mesa 35 in the mesa structure 15. The cathode electrode 33 is connected to the n-type II superlattice structure of the mesa structure 15 or the n-type bulk layer of the support 13.

本実施例では、p型半導体領域23は、p型タイプII超格子構造45及びp型キャップ層47を含む。p型タイプII超格子構造45の超格子構造は、交互に配列された第1半導体層45a及び第2半導体層45bを含み、本実施例では、p型キャップ層47はバルク半導体からなる。アノード電極31は、p型半導体領域23のp型キャップ層47に接触を成す。 In this embodiment, the p-type semiconductor region 23 includes a p-type II superlattice structure 45 and a p-type cap layer 47. The superlattice structure of the p-type type II superlattice structure 45 includes a first semiconductor layer 45a and a second semiconductor layer 45b arranged alternately, and in this embodiment, the p-type cap layer 47 is made of a bulk semiconductor. The anode electrode 31 makes contact with the p-type cap layer 47 of the p-type semiconductor region 23.

また、半導体受光デバイス11は、n型タイプII超格子構造49を含むことができ、n型タイプII超格子構造49の超格子構造は、交互に配列された第1半導体層49a及び第2半導体層49bを含む。n型半導体領域17は、n型バルク層を含むことができ、このn型バルク層は、n型タイプII超格子構造49に接触を成す。カソード電極33は、n型タイプII超格子構造49又は支持体13のn型半導体領域17のいずれかに設けられることができる。 Further, the semiconductor light receiving device 11 can include an n-type type II superlattice structure 49, and the superlattice structure of the n-type type II superlattice structure 49 includes a first semiconductor layer 49a and a second semiconductor arranged alternately. Includes layer 49b. The n-type semiconductor region 17 can include an n-type bulk layer, and the n-type bulk layer makes contact with the n-type type II superlattice structure 49. The cathode electrode 33 can be provided in either the n-type type II superlattice structure 49 or the n-type semiconductor region 17 of the support 13.

必要な場合には、半導体受光デバイス11は、アノード電極31及びカソード電極33と異なる制御電極37を更に備えるようにしてもよい。制御電極37は、第1スペーサー半導体層25に接続される。バリア構造19に提供された制御電極37は、第1スペーサー半導体層25に接続されて、制御電極37とカソード電極33との電位差に応じた電界をバリア構造19に印加できる。この電界の印加によれば、第1スペーサー半導体層25と第2スペーサー半導体層29との間の第1バリア層27の電子障壁の高さを調整できる。本実施例では、制御電極37は、溝GVの底において第1スペーサー半導体層25に接続される。 If necessary, the semiconductor light receiving device 11 may further include a control electrode 37 different from the anode electrode 31 and the cathode electrode 33. The control electrode 37 is connected to the first spacer semiconductor layer 25. The control electrode 37 provided to the barrier structure 19 is connected to the first spacer semiconductor layer 25, and an electric field corresponding to the potential difference between the control electrode 37 and the cathode electrode 33 can be applied to the barrier structure 19. By applying this electric field, the height of the electron barrier of the first barrier layer 27 between the first spacer semiconductor layer 25 and the second spacer semiconductor layer 29 can be adjusted. In this embodiment, the control electrode 37 is connected to the first spacer semiconductor layer 25 at the bottom of the groove GV.

或いは、半導体受光デバイス11は、第1スペーサー半導体層25に接続される制御電極37を備えなくてもよい。バリア構造19は、第1スペーサー半導体層25、第2スペーサー半導体層29及び第1バリア層27の半導体材料及び半導体構造によって決まるバンドオフセットを、第1スペーサー半導体層25及び第2スペーサー半導体層29と第1バリア層27との間それぞれの界面に提供できる。 Alternatively, the semiconductor light receiving device 11 may not include the control electrode 37 connected to the first spacer semiconductor layer 25. In the barrier structure 19, the band offset determined by the semiconductor material and the semiconductor structure of the first spacer semiconductor layer 25, the second spacer semiconductor layer 29, and the first barrier layer 27 is set with the first spacer semiconductor layer 25 and the second spacer semiconductor layer 29. It can be provided at each interface with the first barrier layer 27.

本構造では、溝GVは、第1スペーサー半導体層25、第1バリア層27、第2スペーサー半導体層29、又はn型タイプII超格子構造49に到達する底を有することができる。例えば、半導体メサ35の各々は、p型半導体領域23、光吸収層21、第1スペーサー半導体層25、及び第1バリア層27を含み、第2スペーサー半導体層29の一部又は全部を含むことができる。 In this structure, the groove GV can have a bottom that reaches the first spacer semiconductor layer 25, the first barrier layer 27, the second spacer semiconductor layer 29, or the n-type type II superlattice structure 49. For example, each of the semiconductor mesas 35 includes a p-type semiconductor region 23, a light absorption layer 21, a first spacer semiconductor layer 25, and a first barrier layer 27, and includes a part or all of the second spacer semiconductor layer 29. Can be done.

半導体受光デバイス11は、必要な場合には、光吸収層21とp型半導体領域23との間及びn型半導体領域17と光吸収層21との間の少なくともいずれか一方に設けられたバリア層を含むことができる。本実施例では、半導体受光デバイス11は、第2バリア層41及び第3バリア層43を含むことができる。具体的には、第2バリア層41が、光吸収層21とp型半導体領域23との間に設けられて、電子障壁EB2を提供する。第3バリア層43が、n型半導体領域17及びバリア構造19と光吸収層21との間に設けられて、正孔に対する障壁を提供する。第1バリア層27の電子障壁EB1は、第2バリア層41の電子障壁EB2より低い。第3バリア層43は、第1バリア層27の電子障壁EB1の大きさより大きな正孔障壁HBを有する。第2バリア層41の超格子構造は、交互に配列された第1半導体層41a及び第2半導体層41bを含む。第3バリア層43の超格子構造は、交互に配列された第1半導体層43a及び第2半導体層43bを含む。 If necessary, the semiconductor light receiving device 11 is a barrier layer provided between the light absorption layer 21 and the p-type semiconductor region 23 and at least one of the n-type semiconductor region 17 and the light absorption layer 21. Can be included. In this embodiment, the semiconductor light receiving device 11 can include a second barrier layer 41 and a third barrier layer 43. Specifically, the second barrier layer 41 is provided between the light absorption layer 21 and the p-type semiconductor region 23 to provide the electron barrier EB2. The third barrier layer 43 is provided between the n-type semiconductor region 17 and the barrier structure 19 and the light absorption layer 21 to provide a barrier against holes. The electron barrier EB1 of the first barrier layer 27 is lower than the electron barrier EB2 of the second barrier layer 41. The third barrier layer 43 has a hole barrier HB larger than the size of the electron barrier EB1 of the first barrier layer 27. The superlattice structure of the second barrier layer 41 includes a first semiconductor layer 41a and a second semiconductor layer 41b arranged alternately. The superlattice structure of the third barrier layer 43 includes a first semiconductor layer 43a and a second semiconductor layer 43b arranged alternately.

半導体受光デバイス11によれば、第1バリア層27の電子障壁EB1より高いオフセットの電子障壁を第2バリア層41に提供する。第1バリア層27の低い電子障壁EB17は、光吸収層21からの光電流が第1バリア層27を乗り越えることを可能にする一方で、第2バリア層41の高い電子障壁EB2は、p型タイプII超格子構造45から拡散する少数キャリアである電子が光吸収層21に届くのを阻止することで暗電流の発生を抑制することができる。また、半導体受光デバイス11によれば、第1バリア層27の電子障壁EB17の大きさより大きなオフセットの正孔障壁を第3バリア層43に提供する。第3バリア層43の高い正孔障壁HBは、n型タイプII超格子構造49及び第2スペーサー半導体層29から拡散する少数キャリアであるホールが光吸収層21に届くのを阻止することで暗電流の発生を抑制することができる。 According to the semiconductor light receiving device 11, the second barrier layer 41 is provided with an electron barrier having an offset higher than that of the electron barrier EB1 of the first barrier layer 27. The low electron barrier EB17 of the first barrier layer 27 allows the photocurrent from the light absorption layer 21 to overcome the first barrier layer 27, while the high electron barrier EB2 of the second barrier layer 41 is p-type. The generation of dark current can be suppressed by preventing electrons, which are minority carriers diffused from the type II superlattice structure 45, from reaching the light absorption layer 21. Further, according to the semiconductor light receiving device 11, a hole barrier having an offset larger than the size of the electron barrier EB 17 of the first barrier layer 27 is provided to the third barrier layer 43. The high hole barrier HB of the third barrier layer 43 is dark by preventing holes, which are minority carriers diffused from the n-type type II superlattice structure 49 and the second spacer semiconductor layer 29, from reaching the light absorption layer 21. The generation of current can be suppressed.

バリア構造19の第1スペーサー半導体層25は、光吸収層21より小さい厚さを有することができる。半導体受光デバイス11によれば、第1スペーサー半導体層25は、光吸収層21とn型半導体領域17との間にp導電性の薄い領域を提供できる。p導電性の薄い領域は、追加のpn接合をバリア構造19に提供できる。 The first spacer semiconductor layer 25 of the barrier structure 19 can have a thickness smaller than that of the light absorption layer 21. According to the semiconductor light receiving device 11, the first spacer semiconductor layer 25 can provide a region having a thin p-conductivity between the light absorption layer 21 and the n-type semiconductor region 17. The thin regions of p-conductivity can provide additional pn junctions to the barrier structure 19.

バリア構造19の第1スペーサー半導体層25は、光吸収層21より小さいバンドギャップを有することができる。光吸収層より小さいバンドギャップの第1スペーサー半導体層25は、第1バリア層28を乗り越えられずに第1スペーサー半導体層25に蓄積する電子の再結合を容易にする。 The first spacer semiconductor layer 25 of the barrier structure 19 can have a bandgap smaller than that of the light absorption layer 21. The bandgap first spacer semiconductor layer 25, which is smaller than the light absorption layer, facilitates the recombination of electrons accumulated in the first spacer semiconductor layer 25 without being able to overcome the first barrier layer 28.

図2の(c)部を参照すると、支持体13は主面13c及び裏面13dを含む。メサ構造体15は、支持体13の主面13c上に設けられた半導体メサ35の配列ARYを有する。支持体13及び半導体メサ35は、第1軸Ax1の方向に沿って配置される。各半導体メサ35は、光吸収層21及びp型半導体領域23を含み、本実施例では、バリア構造19の第1スペーサー半導体層25の一部分を含む。具体的には、半導体メサ35は、光吸収層21及びp型半導体領域23に加えて、第2バリア層41及び第3バリア層43を含む。本実施例では、p型半導体領域23、第2バリア層41、光吸収層21、第3バリア層43が、第1軸Ax1の方向にそって配置される。 Referring to the part (c) of FIG. 2, the support 13 includes a main surface 13c and a back surface 13d. The mesa structure 15 has an array ARY of semiconductor mesas 35 provided on the main surface 13c of the support 13. The support 13 and the semiconductor mesa 35 are arranged along the direction of the first axis Ax1. Each semiconductor mesa 35 includes a light absorption layer 21 and a p-type semiconductor region 23, and in this embodiment, includes a part of the first spacer semiconductor layer 25 of the barrier structure 19. Specifically, the semiconductor mesa 35 includes a second barrier layer 41 and a third barrier layer 43 in addition to the light absorption layer 21 and the p-type semiconductor region 23. In this embodiment, the p-type semiconductor region 23, the second barrier layer 41, the light absorption layer 21, and the third barrier layer 43 are arranged along the direction of the first axis Ax1.

メサ構造体15は、半導体積層にテラス53を有することができ、テラス53は半導体メサ35を搭載する。半導体メサ35は、上面38a及び側面38bを有し、側面38bは、半導体メサ35の上面38aから半導体メサ35の底38cまで第1軸Ax1の方向に延在する。 The mesa structure 15 can have a terrace 53 in the semiconductor laminate, and the terrace 53 mounts the semiconductor mesa 35. The semiconductor mesa 35 has an upper surface 38a and a side surface 38b, and the side surface 38b extends from the upper surface 38a of the semiconductor mesa 35 to the bottom 38c of the semiconductor mesa 35 in the direction of the first axis Ax1.

バリア構造19は、半導体メサ35又はテラス53に設けられる。本実施例では、半導体メサ35はバリア構造19の一部分を含み、テラス53はバリア構造19の残りを含むことができる。 The barrier structure 19 is provided on the semiconductor mesa 35 or the terrace 53. In this embodiment, the semiconductor mesa 35 may include a portion of the barrier structure 19 and the terrace 53 may include the rest of the barrier structure 19.

具体的には、半導体メサ35は第1スペーサー半導体層25の一部分を含み、テラス53は第1スペーサー半導体層25の残り、第1バリア層27及び第2スペーサー半導体層29を含むことができる。制御電極37は、テラス53上に設けられることができて、第1スペーサー半導体層25に接触を成すことができる。カソード電極33は、半導体メサ35の配列ARYの外側に設けられることができる。 Specifically, the semiconductor mesa 35 may include a part of the first spacer semiconductor layer 25, and the terrace 53 may include the rest of the first spacer semiconductor layer 25, the first barrier layer 27, and the second spacer semiconductor layer 29. The control electrode 37 can be provided on the terrace 53 and can make contact with the first spacer semiconductor layer 25. The cathode electrode 33 can be provided outside the array ARY of the semiconductor mesas 35.

或いは、半導体メサ35は、バリア構造19の第1スペーサー半導体層25、第1バリア層27及び第2スペーサー半導体層29の一部を含むことができ、テラス53は、第2スペーサー半導体層29の残りを含むことができる。制御電極37は、半導体受光デバイス11に設けられない。カソード電極33が、テラス53上に設けられることができて、第2スペーサー半導体層29に接触を成すことができる。 Alternatively, the semiconductor mesa 35 can include a part of the first spacer semiconductor layer 25, the first barrier layer 27, and the second spacer semiconductor layer 29 of the barrier structure 19, and the terrace 53 is the second spacer semiconductor layer 29. Can include the rest. The control electrode 37 is not provided on the semiconductor light receiving device 11. The cathode electrode 33 can be provided on the terrace 53 and can make contact with the second spacer semiconductor layer 29.

必要ならば、テラス53が半導体受光デバイス11に設けられていなくても良い。半導体メサ35は、バリア構造19の全てを含み、制御電極37は、半導体受光デバイス11に設けられない。 If necessary, the terrace 53 may not be provided on the semiconductor light receiving device 11. The semiconductor mesa 35 includes all of the barrier structure 19, and the control electrode 37 is not provided on the semiconductor light receiving device 11.

半導体受光デバイス11は、半導体メサ35を覆う保護膜48を備えるようにしてもよい。保護膜48は、テラス53を覆うことができる。アノード電極31、カソード電極33及び制御電極37は、保護膜48の開口を介して半導体に接触をなす。 The semiconductor light receiving device 11 may include a protective film 48 that covers the semiconductor mesa 35. The protective film 48 can cover the terrace 53. The anode electrode 31, the cathode electrode 33 and the control electrode 37 make contact with the semiconductor through the opening of the protective film 48.

既に説明したように、第1バリア層27、第1スペーサー半導体層25及び第2スペーサー半導体層29は、タイプIIの超格子構造を有することができる。第1スペーサー半導体層25の超格子構造は、光吸収層におけるキャリア伝導に係る伝導帯及び価電子帯のエネルギー差より小さいエネルギー差を、第1スペーサー半導体層25のバンド構造(伝導帯及び価電子帯)に提供できる。半導体受光デバイス11によれば、光吸収層21より小さいバンドギャップの第1スペーサー半導体層は、第1バリア層27を蓄積する電子の再結合を容易にする。 As described above, the first barrier layer 27, the first spacer semiconductor layer 25, and the second spacer semiconductor layer 29 can have a type II superlattice structure. The superlattice structure of the first spacer semiconductor layer 25 has an energy difference smaller than the energy difference between the conduction band and the valence band related to carrier conduction in the light absorption layer, and the band structure (conduction band and valence band) of the first spacer semiconductor layer 25. Can be provided to the band). According to the semiconductor light receiving device 11, the bandgap first spacer semiconductor layer smaller than the light absorption layer 21 facilitates the recombination of electrons accumulating the first barrier layer 27.

第2スペーサー半導体層29の超格子構造は、第1スペーサー半導体層25の超格子構造におけるキャリア伝導に係る伝導帯及び価電子帯のエネルギー差より大きいエネルギー差を、第2スペーサー半導体層29のバンド構造(伝導帯及び価電子帯)に提供できる。半導体受光デバイス11によれば、第1スペーサー半導体層25の超格子構造は、光吸収層より小さいバンドギャップを形成できる。第1スペーサー半導体層25より大きいバンドギャップの第2スペーサー半導体層29は、バリア構造19における空乏層の幅の調整を容易にする。 The superlattice structure of the second spacer semiconductor layer 29 has an energy difference larger than the energy difference between the conduction band and the valence band related to carrier conduction in the superlattice structure of the first spacer semiconductor layer 25, and the band of the second spacer semiconductor layer 29. It can be provided to the structure (conduction band and valence band). According to the semiconductor light receiving device 11, the superlattice structure of the first spacer semiconductor layer 25 can form a band gap smaller than that of the light absorption layer. The second spacer semiconductor layer 29, which has a band gap larger than that of the first spacer semiconductor layer 25, facilitates adjustment of the width of the depletion layer in the barrier structure 19.

第2スペーサー半導体層29の超格子構造におけるキャリア伝導に係る伝導帯及び価電子帯のエネルギー差は、第1バリア層27の超格子構造におけるキャリア伝導に係る伝導帯及び価電子帯のエネルギー差より小さく、また第1スペーサー半導体層25の超格子構造におけるキャリア伝導に係る伝導帯及び価電子帯のエネルギー差より大きいエネルギー差より大きくてもよい。また、第1スペーサー半導体層25は、第2スペーサー半導体層29のキャリア濃度より大きなキャリア濃度を有することができ、この濃度差は、空乏層を第2スペーサー半導体層29に広げることを可能にする。 The energy difference between the conduction band and the valence band related to carrier conduction in the superlattice structure of the second spacer semiconductor layer 29 is based on the energy difference between the conduction band and the valence band related to carrier conduction in the superlattice structure of the first barrier layer 27. It may be small and larger than the energy difference larger than the energy difference between the conduction band and the valence band related to carrier conduction in the superlattice structure of the first spacer semiconductor layer 25. Further, the first spacer semiconductor layer 25 can have a carrier concentration larger than the carrier concentration of the second spacer semiconductor layer 29, and this concentration difference makes it possible to spread the depletion layer to the second spacer semiconductor layer 29. ..

半導体受光デバイス11の例示。
支持体13のベースBS:n型GaSb基板。
支持体13のn型半導体領域17:n型GaSbエピタキシャル層(500nm厚、1~3×1018cm-3)。
メサ構造体15の半導体メサ35。
n型タイプII超格子構造49:n型InAs/GaSb超格子(350nm厚、1×1018cm-3)。
バリア構造19。
第1スペーサー半導体層25:p型InAs/GaSb超格子(300nm厚、1~2×1018cm-3)。
第1バリア層27:p型InAs/GaSb超格子(60nm厚、0.1~1×1016cm-3)。
第2スペーサー半導体層29:n型InAs/GaSb超格子(160nm厚、0.1~1×1016cm-3)。
第3バリア層43(正孔障壁層):n型InAs/GaSb超格子(300nm厚、1~2×1016cm-3)。
光吸収層21:p型InAs/GaSb超格子(1000nm厚、0.1~1×1016cm-3)。
第2バリア層41(電子障壁層):アンドープInAs/GaSb超格子(300nm厚)。
p型半導体領域23。
p型タイプII超格子構造45:p型InAs/GaSb超格子(250nm厚、1~2×1017cm-3)。
p型キャップ層47:p型GaSbバルク(200nm厚、1~3×1018cm-3)。
保護膜48;シリコン系無機絶縁膜(SiO、100~300nm厚)。
An example of the semiconductor light receiving device 11.
Base BS of support 13: n-type GaSb substrate.
N-type semiconductor region 17 of the support 13: n-type GaSb epitaxial layer (500 nm thickness, 1 to 3 × 10 18 cm -3 ).
Semiconductor mesa 35 of the mesa structure 15.
n-type type II superlattice structure 49: n-type InAs / GaSb superlattice (350 nm thickness, 1 × 10 18 cm -3 ).
Barrier structure 19.
First spacer semiconductor layer 25: p-type InAs / GaSb superlattice (300 nm thickness, 1-2 × 10 18 cm -3 ).
First barrier layer 27: p-type InAs / GaSb superlattice (60 nm thickness, 0.1 to 1 × 10 16 cm -3 ).
Second spacer semiconductor layer 29: n-type InAs / GaSb superlattice (160 nm thickness, 0.1 to 1 × 10 16 cm -3 ).
Third barrier layer 43 (hole barrier layer): n-type InAs / GaSb superlattice (300 nm thickness, 1-2 × 10 16 cm -3 ).
Light absorption layer 21: p-type InAs / GaSb superlattice (1000 nm thickness, 0.1 to 1 × 10 16 cm -3 ).
Second barrier layer 41 (electron barrier layer): undoped InAs / GaSb superlattice (thickness of 300 nm).
P-type semiconductor region 23.
p-type type II superlattice structure 45: p-type InAs / GaSb superlattice (250 nm thickness, 1-2 × 10 17 cm -3 ).
p-type cap layer 47: p-type GaSb bulk (200 nm thickness, 1-3 × 10 18 cm -3 ).
Protective film 48; Silicon-based inorganic insulating film (SiO 2 , 100 to 300 nm thick).

図3は、半導体受光デバイスによって提供されるバンドダイアグラムを示す。図3には、メサ構造体15の半導体メサ35及び支持体13における伝導帯CB及び価電子帯VD、並びにフェルミ準位EFが示されている。伝導帯CB及び価電子帯VDは、それぞれ、バルク層(本実施例では、n型半導体領域17及びp型キャップ層47)を除き、超格子構造によって提供される電子準位及び正孔準位を示す。 FIG. 3 shows a band diagram provided by a semiconductor light receiving device. FIG. 3 shows the conduction band CB, the valence band VD, and the Fermi level EF in the semiconductor mesa 35 and the support 13 of the mesa structure 15. The conduction band CB and the valence band VD are the electron level and the hole level provided by the superlattice structure, respectively, except for the bulk layer (n-type semiconductor region 17 and p-type cap layer 47 in this embodiment). Is shown.

光吸収層21が第2バリア層41(電子障壁層)と第3バリア層43(正孔障壁層)との間に位置する。光吸収層21及び第3バリア層43(正孔障壁層)が、第2バリア層41(電子障壁層)とバリア構造19とのとの間に位置する。バリア構造19の第1バリア層27の電子障壁EB1は、約300meVであることができる。第2バリア層41(電子障壁層)の電子障壁は、電子障壁EB1より大きく約100~200meVであることができる。第3バリア層43(正孔障壁層)の正孔障壁は、電子障壁EB1より大きく約100~200meVであることができる。 The light absorption layer 21 is located between the second barrier layer 41 (electron barrier layer) and the third barrier layer 43 (hole barrier layer). The light absorption layer 21 and the third barrier layer 43 (hole barrier layer) are located between the second barrier layer 41 (electron barrier layer) and the barrier structure 19. The electron barrier EB1 of the first barrier layer 27 of the barrier structure 19 can be about 300 meV. The electron barrier of the second barrier layer 41 (electron barrier layer) is larger than the electron barrier EB1 and can be about 100 to 200 meV. The hole barrier of the third barrier layer 43 (hole barrier layer) is larger than the electron barrier EB1 and can be about 100 to 200 meV.

図4は、図1の(a)部に示されたIV-IV線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。図5は、図1の(a)部に示されたV-V線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。図6は、図1の(a)部に示されたVI-VI線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。図7は、図1の(a)部に示されたVII-VII線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。図4~図7を参照すると、読出半導体装置12は、半導体受光デバイス11にバンプ電極16を介して接続される。読出半導体装置12は、個々の半導体メサ35に対応する読出回路12a、アノード・カソード電源回路12b、及び制御電圧電源回路12cを含む。読出回路12aは、アノード電極31にバンプ電極16を介して接続される。アノード・カソード電源回路12bは、カソード電極33にバンプ電極16を介して接続される。制御電圧電源回路12cは、制御電極37にバンプ電極16を介して接続される。 FIG. 4 is a drawing schematically showing a cross section taken along the IV-IV line shown in the part (a) of FIG. FIG. 5 is a drawing schematically showing a cross section taken along the VV line shown in the part (a) of FIG. FIG. 6 is a drawing schematically showing a cross section taken along the VI-VI line shown in the part (a) of FIG. 1. FIG. 7 is a drawing schematically showing a cross section taken along the line VII-VII shown in the part (a) of FIG. Referring to FIGS. 4 to 7, the readout semiconductor device 12 is connected to the semiconductor light receiving device 11 via the bump electrode 16. The read semiconductor device 12 includes a read circuit 12a, an anode / cathode power supply circuit 12b, and a control voltage power supply circuit 12c corresponding to each semiconductor mesa 35. The read circuit 12a is connected to the anode electrode 31 via the bump electrode 16. The anode / cathode power supply circuit 12b is connected to the cathode electrode 33 via the bump electrode 16. The control voltage power supply circuit 12c is connected to the control electrode 37 via the bump electrode 16.

図4、図5、図6及び図7を参照すると、アノード電極31は、個々の半導体メサ35の上面に設けられる。メサ構造体15では、半導体メサ35の配列は、溝GVによって規定される。半導体メサ35の間隔、例えば溝GVの幅は、例えば2~4マイクロメートルであることができる。本実施例では、溝GVは、第1スペーサー半導体層25内に底を有する。溝GVは、第1スペーサー半導体層25、第1バリア層27、第2スペーサー半導体層29、又はn型タイプII超格子構造49に到達するようにしてもよい。 Referring to FIGS. 4, 5, 6 and 7, the anode electrode 31 is provided on the upper surface of each semiconductor mesa 35. In the mesa structure 15, the arrangement of the semiconductor mesas 35 is defined by the groove GV. The spacing between the semiconductor mesas 35, eg, the width of the groove GV, can be, for example, 2-4 micrometers. In this embodiment, the groove GV has a bottom in the first spacer semiconductor layer 25. The groove GV may reach the first spacer semiconductor layer 25, the first barrier layer 27, the second spacer semiconductor layer 29, or the n-type type II superlattice structure 49.

図1の(b)部及び図4を参照すると、メサ構造体15は、半導体壁又は半導体柱といった半導体構造物55を有することができる。半導体構造物55は、半導体メサ35の配列ARYの外側に設けられており、また第1軸Ax1の方向に突出している。制御電極37は、溝GVの底において第1スペーサー半導体層25に接続され、また半導体構造物55の上面に到達するように延在する。本実施例では、半導体構造物55は、半導体メサ35を含み、半導体構造物55の上面及び側面は、保護膜48で覆われている。 Referring to part (b) of FIG. 1 and FIG. 4, the mesa structure 15 can have a semiconductor structure 55 such as a semiconductor wall or a semiconductor column. The semiconductor structure 55 is provided outside the array ARY of the semiconductor mesas 35, and protrudes in the direction of the first axis Ax1. The control electrode 37 is connected to the first spacer semiconductor layer 25 at the bottom of the groove GV and extends so as to reach the upper surface of the semiconductor structure 55. In this embodiment, the semiconductor structure 55 includes a semiconductor mesa 35, and the upper surface and side surfaces of the semiconductor structure 55 are covered with a protective film 48.

図1の(b)部及び図5を参照すると、メサ構造体15は、半導体壁又は半導体柱といった別の半導体構造物57を有することができる。半導体構造物57は、半導体メサ35の配列ARYの外側に設けられており、また第1軸Ax1の方向に突出している。半導体構造物57の上面及び側面は、保護膜48で覆われている。制御電極37は、溝GVの底において第1スペーサー半導体層25に接続されると共に、半導体構造物57の上面に到達するように延在する。 Referring to part (b) of FIG. 1 and FIG. 5, the mesa structure 15 can have another semiconductor structure 57 such as a semiconductor wall or a semiconductor column. The semiconductor structure 57 is provided outside the array ARY of the semiconductor mesas 35, and protrudes in the direction of the first axis Ax1. The upper surface and the side surface of the semiconductor structure 57 are covered with the protective film 48. The control electrode 37 is connected to the first spacer semiconductor layer 25 at the bottom of the groove GV and extends so as to reach the upper surface of the semiconductor structure 57.

図1の(b)部、図4、図5、図6及び図7を参照すると、半導体受光デバイス11は、メサ構造体15から隔てられた外側半導体構造物59を備えることができる。外側半導体構造物59は、メサ構造体15の外側に設けられており、また第1軸Ax1の方向に突出している。外側半導体構造物59の上面及び側面は、保護膜48で覆われている。本実施例では、半導体受光デバイス11は、外溝61を更に備え、外溝61は、外側半導体構造物59をメサ構造体15から隔てることができ、n型タイプII超格子構造49に到達する。カソード電極33は、第2領域13bにおいて外溝61の底面に接触を成す。具体的には、カソード電極33は、外側半導体構造物59の外側において第2領域13bに接触を成すことができ、又はカソード電極33は、外溝61の底において第2スペーサー半導体層29に接触を成すことができる、カソード電極33は、半導体構造物57及び外側半導体構造物59の少なくともいずれか一方の構造物の上面に到達するように延在することができる。外溝61の幅は、例えば100マイクロメートルであることができる。外溝61は、溝GVに比べて、例えば0.5~1.0マイクロメートル深い。 Referring to part (b) of FIG. 1, FIGS. 4, 5, 6 and 7, the semiconductor light receiving device 11 can include an outer semiconductor structure 59 separated from the mesa structure 15. The outer semiconductor structure 59 is provided on the outside of the mesa structure 15 and projects in the direction of the first axis Ax1. The upper surface and the side surface of the outer semiconductor structure 59 are covered with the protective film 48. In this embodiment, the semiconductor light receiving device 11 further includes an outer groove 61, which can separate the outer semiconductor structure 59 from the mesa structure 15 and reach the n-type type II superlattice structure 49. .. The cathode electrode 33 makes contact with the bottom surface of the outer groove 61 in the second region 13b. Specifically, the cathode electrode 33 can make contact with the second region 13b outside the outer semiconductor structure 59, or the cathode electrode 33 contacts the second spacer semiconductor layer 29 at the bottom of the outer groove 61. The cathode electrode 33 can extend so as to reach the upper surface of at least one of the semiconductor structure 57 and the outer semiconductor structure 59. The width of the outer groove 61 can be, for example, 100 micrometers. The outer groove 61 is, for example, 0.5 to 1.0 micrometer deeper than the groove GV.

図8は、個々の半導体メサ35におけるバリア構造19内の電子障壁EB1と制御電極上の電圧との関係を模式的に示す。第1スペーサー半導体層25は、n型タイプII超格子構造49の電位を基準にして負の電圧を受ける。第1バリア層27の電子障壁EB1は、印加電圧の増大と伴って低くなる。
特性線、制御電極37への印加電圧(V)。
C1、ゼロ。
C2、150mV(このバイアスは、要求に応じて50~150mVの範囲において変更されることができる)。
C3、300mV(このバイアスは、要求に応じて150~300mVの範囲において変更されることができる)。
「BVin」は、ビルトインポテンシャルを表す。
FIG. 8 schematically shows the relationship between the electron barrier EB1 in the barrier structure 19 and the voltage on the control electrode in each semiconductor mesa 35. The first spacer semiconductor layer 25 receives a negative voltage with respect to the potential of the n-type type II superlattice structure 49. The electron barrier EB1 of the first barrier layer 27 becomes lower as the applied voltage increases.
Characteristic line, voltage applied to the control electrode 37 (V).
C1, zero.
C2, 150 mV (this bias can be changed in the range of 50-150 mV on demand).
C3, 300 mV (this bias can be changed in the range of 150-300 mV on demand).
"BVin" represents the built-in potential.

図9の(a)部及び(b)部は、実験例のメサ構造体内の半導体メサ及びバンドダイアグラムを模式的に示す図面である。図9の(a)部及び(b)部を参照すると、半導体受光デバイスC及び半導体受光デバイスDが示されている。主電源PS1が、アノード・カソード間に接続される。追加電源PS2が、カソード電極33と制御電極37との間に接続される。追加電源PS2は、第1バリア層27の電子障壁を変更できる。 The parts (a) and (b) of FIG. 9 are drawings schematically showing the semiconductor mesa and the band diagram in the mesa structure of the experimental example. With reference to the parts (a) and (b) of FIG. 9, the semiconductor light receiving device C and the semiconductor light receiving device D are shown. The main power supply PS1 is connected between the anode and the cathode. The additional power supply PS2 is connected between the cathode electrode 33 and the control electrode 37. The additional power supply PS2 can change the electronic barrier of the first barrier layer 27.

図9の(a)部に示される半導体受光デバイスCの構造。
メサ構造体1。
n型タイプII超格子構造2:n型InAs/GaSb超格子(350nm厚、1×1018cm-3)。
正孔障壁層3:n型InAs/GaSb超格子(300nm厚、1~2×1016cm-3)。
光吸収層4:p型InAs/GaSb超格子(1000nm厚、0.1~1×1016cm-3)。
電子障壁層5:アンドープInAs/GaSb超格子(300nm厚)。
p型半導体領域。
p型タイプII超格子構造6:p型InAs/GaSb超格子(250nm厚、1~2×1017cm-3)。
p型キャップ層7:p型GaSbバルク(200nm厚、1~3×1018cm-3)。
The structure of the semiconductor light receiving device C shown in the part (a) of FIG.
Mesa structure 1.
n-type type II superlattice structure 2: n-type InAs / GaSb superlattice (350 nm thickness, 1 × 10 18 cm -3 ).
Hole barrier layer 3: n-type InAs / GaSb superlattice (300 nm thickness, 1-2 × 10 16 cm -3 ).
Light absorption layer 4: p-type InAs / GaSb superlattice (1000 nm thickness, 0.1 to 1 × 10 16 cm -3 ).
Electronic barrier layer 5: Undoped InAs / GaSb superlattice (300 nm thickness).
P-type semiconductor region.
p-type type II superlattice structure 6: p-type InAs / GaSb superlattice (250 nm thickness, 1-2 × 10 17 cm -3 ).
p-type cap layer 7: p-type GaSb bulk (200 nm thickness, 1 to 3 × 10 18 cm -3 ).

図9の(b)部に示される半導体受光デバイスDの構造。
メサ構造体15。
n型タイプII超格子構造49:n型InAs/GaSb超格子(350nm厚、1×1018cm-3)。
バリア構造19。
第1スペーサー半導体層25:p型InAs/GaSb超格子(300nm厚、1×1018cm-3)。
第1バリア層27:p型InAs/GaSb超格子(60nm厚、0.1~1×1016cm-3)。
第2スペーサー半導体層29:n型InAs/GaSb超格子(160nm厚、1×1016cm-3)。
第3バリア層43:n型InAs/GaSb超格子(300nm厚、1×1016cm-3)。
光吸収層21:p型InAs/GaSb超格子(1000nm厚、0.1×1016cm-3)。
第2バリア層41:アンドープInAs/GaSb超格子(300nm厚)。
p型半導体領域23。
p型タイプII超格子構造45:p型InAs/GaSb超格子(250nm厚、1~2×1017cm-3)。
p型キャップ層47:p型GaSbバルク(200nm厚、1~3×1018cm-3)。
The structure of the semiconductor light receiving device D shown in the part (b) of FIG.
Mesa structure 15.
n-type type II superlattice structure 49: n-type InAs / GaSb superlattice (350 nm thickness, 1 × 10 18 cm -3 ).
Barrier structure 19.
First spacer semiconductor layer 25: p-type InAs / GaSb superlattice (300 nm thickness, 1 × 10 18 cm -3 ).
First barrier layer 27: p-type InAs / GaSb superlattice (60 nm thickness, 0.1 to 1 × 10 16 cm -3 ).
Second spacer semiconductor layer 29: n-type InAs / GaSb superlattice (160 nm thickness, 1 × 10 16 cm -3 ).
Third barrier layer 43: n-type InAs / GaSb superlattice (300 nm thickness, 1 × 10 16 cm -3 ).
Light absorption layer 21: p-type InAs / GaSb superlattice (1000 nm thickness, 0.1 × 10 16 cm -3 ).
Second barrier layer 41: undoped InAs / GaSb superlattice (300 nm thickness).
P-type semiconductor region 23.
p-type type II superlattice structure 45: p-type InAs / GaSb superlattice (250 nm thickness, 1-2 × 10 17 cm -3 ).
p-type cap layer 47: p-type GaSb bulk (200 nm thickness, 1-3 × 10 18 cm -3 ).

図10は、半導体受光デバイスC及び半導体受光デバイスDの暗電流特性を示す。横軸は、アノード・カソード間電圧を示し、縦軸は、測定された電流の電流密度を示す。また、半導体受光デバイスDでは、制御電極への印加電圧は、ゼロである(追加電源PS2におけるゼロバイアス条件)。図10において、「C77」は、絶対温度77ケルビンにおける半導体受光デバイスCの暗電流特性を示す。「D77」、「D150」及び「D210」は、それぞれ、絶対温度77ケルビン、150ケルビン及び210ケルビンにおける半導体受光デバイスDの暗電流特性を示す。半導体受光デバイスDの暗電流特性は、温度77~210ケルビンの範囲において、半導体受光デバイスCの暗電流特性(絶対温度77ケルビン)より優れている。 FIG. 10 shows the dark current characteristics of the semiconductor light receiving device C and the semiconductor light receiving device D. The horizontal axis shows the voltage between the anode and the cathode, and the vertical axis shows the current density of the measured current. Further, in the semiconductor light receiving device D, the voltage applied to the control electrode is zero (zero bias condition in the additional power supply PS2). In FIG. 10, “C77” indicates the dark current characteristic of the semiconductor light receiving device C at an absolute temperature of 77 Kelvin. “D77”, “D150” and “D210” indicate the dark current characteristics of the semiconductor light receiving device D at absolute temperatures of 77 Kelvin, 150 Kelvin and 210 Kelvin, respectively. The dark current characteristic of the semiconductor light receiving device D is superior to the dark current characteristic (absolute temperature 77 Kelvin) of the semiconductor light receiving device C in the temperature range of 77 to 210 Kelvin.

図11は、半導体受光デバイスDの暗電流特性DC及び光応答特性PCを示す。横軸は、アノード・カソード間電圧を示し、縦軸は、測定された電流の電流密度を示す。図11において、暗電流特性及び光応答特性は、絶対温度77ケルビンにおいて測定される。また、「GF」、「GH」及び「GC」は、それぞれ、制御電極への印加電圧-0.5、-0.3及び0.0ボルトにおける暗電流特性DC及び光応答特性PCを示す。半導体受光デバイスDは、制御電極への印加電圧に応じて暗転流のレベルを低減できる。また、半導体受光デバイスDは、低減された暗電流のレベル(制御電極への印加電圧)において、光入力に応答して光電流を出力できる。 FIG. 11 shows the dark current characteristic DC and the optical response characteristic PC of the semiconductor light receiving device D. The horizontal axis shows the voltage between the anode and the cathode, and the vertical axis shows the current density of the measured current. In FIG. 11, dark current characteristics and optical response characteristics are measured at an absolute temperature of 77 Kelvin. Further, "GF", "GH" and "GC" indicate dark current characteristic DC and optical response characteristic PC at applied voltages of −0.5, −0.3 and 0.0V to the control electrode, respectively. The semiconductor light receiving device D can reduce the level of dark commutation according to the voltage applied to the control electrode. Further, the semiconductor light receiving device D can output a photocurrent in response to an optical input at a reduced dark current level (voltage applied to the control electrode).

図12は、図11の測定において半導体受光デバイスDの制御電極への印加電圧(VCNT)及びアノード・カソード間への印加電圧(VOUT)の時間変化を示す。
主電源PS1によるアノード・カソード間への印加電圧(VOUT):-1.0ボルト(連続印加)。
追加電源PS2による制御電極37への印加電圧(VCNT):-0.3ボルト(パルス印加)。
パルスのハイ期間(TH):1マイクロ秒から1ミリ秒。
パルスのロウ期間(TL):1ナノ秒から1マイクロ秒。
FIG. 12 shows the time change of the applied voltage (VCNT) to the control electrode of the semiconductor light receiving device D and the applied voltage (VOUT) between the anode and the cathode in the measurement of FIG.
Voltage applied between the anode and cathode by the main power supply PS1 (VOUT): -1.0 volt (continuous application).
Voltage applied to the control electrode 37 by the additional power supply PS2 (VCNT): -0.3 volts (pulse applied).
High duration of pulse (TH): 1 microsecond to 1 millisecond.
Pulse Row Period (TL): 1 nanosecond to 1 microsecond.

以上説明したように、本実施形態によれば、バリア構造19は、半導体受光デバイスにおいて光入射のない動作中に検知される暗電流を制御電圧の有無及び大きさに応じて低減できる。 As described above, according to the present embodiment, the barrier structure 19 can reduce the dark current detected during operation without light incident in the semiconductor light receiving device depending on the presence / absence and magnitude of the control voltage.

図13、図14及び図15を参照しながら、半導体受光デバイス11を作製する方法を説明する。可能な場合には、理解を容易にするために、半導体受光デバイス11の説明に用いられた参照符号を用いる。 A method of manufacturing the semiconductor light receiving device 11 will be described with reference to FIGS. 13, 14 and 15. Where possible, reference numerals used in the description of the semiconductor light receiving device 11 are used for ease of understanding.

図13の(a)部に示されるように、GaSbウエハ71上に分子線エピタキシー法によりメサ構造体15のためのエピタキシャル膜を成長して、エピタキシャル基板EPを作製する。具体的には、以下の半導体膜を含む半導体積層73をGaSbウエハ71上に形成する:n型タイプII超格子構造49のためのn型InAs/GaSb超格子73a、第2スペーサー半導体層29のためのn型InAs/GaSb超格子73b、第1バリア層27のためのp型InAs/GaSb超格子73c、第1スペーサー半導体層25のためのp型InAs/GaSb超格子73d、第3バリア層43のためのn型InAs/GaSb超格子73e、光吸収層21のためのp型InAs/GaSb超格子73f、第2バリア層41のためのアンドープInAs/GaSb超格子73g、p型タイプII超格子構造45のためのp型InAs/GaSb超格子73h、及びp型キャップ層47のためのp型GaSb膜73i。必要がある場合には、上記の成長に先立って、GaSbウエハ71上にGaSbバルク層を成長することができる。 As shown in part (a) of FIG. 13, an epitaxial film for the mesa structure 15 is grown on the GaSb wafer 71 by the molecular beam epitaxy method to prepare an epitaxial substrate EP. Specifically, a semiconductor laminate 73 including the following semiconductor film is formed on a GaSb wafer 71: an n-type InAs / GaSb superlattice 73a for an n-type type II superlattice structure 49, a second spacer semiconductor layer 29. N-type InAs / GaSb superlattice 73b for the first barrier layer 27, p-type InAs / GaSb superlattice 73c for the first barrier layer 27, p-type InAs / GaSb superlattice 73d for the first spacer semiconductor layer 25, third barrier layer. N-type InAs / GaSb superlattice 73e for 43, p-type InAs / GaSb superlattice 73f for light absorption layer 21, undoped InAs / GaSb superlattice 73g for second barrier layer 41, p-type type II superlattice A p-type InAs / GaSb superlattice 73h for the lattice structure 45 and a p-type GaSb film 73i for the p-type cap layer 47. If necessary, the GaSb bulk layer can be grown on the GaSb wafer 71 prior to the above growth.

図13の(a)部に示されるように、メサを規定する絶縁膜マスクM1を半導体積層73上に形成する。図13の(b)部に示されるように、この絶縁膜マスクM1を用いて半導体積層をエッチングして、半導体メサ35の配列ARYを形成する。エッチングの後に、絶縁膜マスクM1を除去する。 As shown in the portion (a) of FIG. 13, the insulating film mask M1 that defines the mesa is formed on the semiconductor laminate 73. As shown in the portion (b) of FIG. 13, the semiconductor laminate is etched using the insulating film mask M1 to form an array ARY of the semiconductor mesas 35. After etching, the insulating film mask M1 is removed.

図14の(a)部に示されるように、半導体メサ35を覆うように形成された絶縁膜マスクM2を形成する。図14の(b)部に示されるように、絶縁膜マスクM2を用いて半導体積層73をエッチングして、テラス53を形成する。 As shown in the part (a) of FIG. 14, the insulating film mask M2 formed so as to cover the semiconductor mesa 35 is formed. As shown in the portion (b) of FIG. 14, the semiconductor laminate 73 is etched with the insulating film mask M2 to form the terrace 53.

図15の(a)部に示されるように、半導体メサ35及びテラス53上にシリコン系無機絶縁膜75(例えば、化学的気相成長法によりSiN膜)を堆積する。図15の(b)部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、アノード電極31及びカソード電極33(必要な場合には制御電極37)のための開口をシリコン系無機絶縁膜75に形成すると共に、メタライズのための金属膜の堆積をシリコン系無機絶縁膜75上に行って、アノード電極31、カソード電極33及び制御電極37を形成する。これらの工程により、半導体受光デバイス11を作製できる。 As shown in part (a) of FIG. 15, a silicon-based inorganic insulating film 75 (for example, a SiN film by a chemical vapor deposition method) is deposited on the semiconductor mesa 35 and the terrace 53. As shown in part (b) of FIG. 15, an opening for the anode electrode 31 and the cathode electrode 33 (control electrode 37 if necessary) is formed in the silicon-based inorganic insulating film 75 by photolithography and etching. At the same time, the metal film for metallization is deposited on the silicon-based inorganic insulating film 75 to form the anode electrode 31, the cathode electrode 33 and the control electrode 37. By these steps, the semiconductor light receiving device 11 can be manufactured.

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 Although the principles of the invention have been illustrated and demonstrated in preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention may be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in this embodiment. Therefore, we claim all amendments and changes that come from the scope of the claims and their spirit.

以上説明したように、本実施形態によれば、光入射のない動作中に検知されるキャリアレベル(暗電流)を低減できる赤外線検知装置を提供できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an infrared detection device capable of reducing the carrier level (dark current) detected during operation without light incident.

11…半導体受光デバイス、13…支持体、15…メサ構造体、17…n型半導体領域、19…バリア構造、21…光吸収層、23…p型半導体領域、25…第1スペーサー半導体層、27…第1バリア層、29…第2スペーサー半導体層、Ax1…第1軸。 11 ... semiconductor light receiving device, 13 ... support, 15 ... mesa structure, 17 ... n-type semiconductor region, 19 ... barrier structure, 21 ... light absorption layer, 23 ... p-type semiconductor region, 25 ... first spacer semiconductor layer, 27 ... 1st barrier layer, 29 ... 2nd spacer semiconductor layer, Ax1 ... 1st axis.

Claims (5)

半導体受光デバイスであって、
n型半導体領域を含む支持体と、
電子障壁を提供するバリア構造、赤外線に感応するバンドギャップを有するIII-V化合物半導体を含む光吸収層、及びp型半導体領域を含み、前記支持体上に設けられた半導体メサの配列を備えるメサ構造体と、
を備え、
前記バリア構造は、第1スペーサー半導体層、第1バリア層及び第2スペーサー半導体層を含み、
前記p型半導体領域、前記光吸収層、前記第1スペーサー半導体層、前記第1バリア層、前記第2スペーサー半導体層、及び前記n型半導体領域は、第1軸の方向に配列され
前記半導体受光デバイスは、前記第1スペーサー半導体層に接続された制御電極を更に備え、
前記半導体メサの各々は、前記p型半導体領域及び前記光吸収層を含み、各半導体メサは、前記第1スペーサー半導体層に到達する側面を有する、半導体受光デバイス。
It is a semiconductor light receiving device
A support containing an n-type semiconductor region and
A mesa comprising a barrier structure providing an electron barrier, a light absorbing layer containing a III-V compound semiconductor having a bandgap sensitive to infrared rays, and a p-type semiconductor region, and comprising an array of semiconductor mesa provided on the support. Structure and
Equipped with
The barrier structure includes a first spacer semiconductor layer, a first barrier layer and a second spacer semiconductor layer.
The p-type semiconductor region, the light absorption layer, the first spacer semiconductor layer, the first barrier layer, the second spacer semiconductor layer, and the n-type semiconductor region are arranged in the direction of the first axis.
The semiconductor light receiving device further includes a control electrode connected to the first spacer semiconductor layer.
Each of the semiconductor mesas includes the p-type semiconductor region and the light absorption layer, and each semiconductor mesa is a semiconductor light receiving device having a side surface reaching the first spacer semiconductor layer .
前記第1スペーサー半導体層及び前記第2スペーサー半導体層は、それぞれ、p導電性及びn導電性を有する、請求項1に記載された半導体受光デバイス。 The semiconductor light-receiving device according to claim 1, wherein the first spacer semiconductor layer and the second spacer semiconductor layer have p-conductivity and n-conductivity, respectively. 前記半導体メサの各々は、前記p型半導体領域、前記光吸収層、前記第1スペーサー半導体層及び前記第1バリア層を含む、請求項1又は請求項2に記載された半導体受光デバイス。 The semiconductor light-receiving device according to claim 1 or 2, wherein each of the semiconductor mesas includes the p-type semiconductor region, the light absorption layer, the first spacer semiconductor layer, and the first barrier layer. 前記メサ構造体は、前記半導体メサの前記配列を規定する溝を有しており、
前記半導体メサは、前記第1スペーサー半導体層に到達する側面を有し、
前記制御電極は、前記溝の底において前記第1スペーサー半導体層に接触を成す、請求項1又は請求項2に記載された半導体受光デバイス。
The mesa structure has a groove that defines the arrangement of the semiconductor mesas.
The semiconductor mesa has a side surface that reaches the first spacer semiconductor layer.
The semiconductor light-receiving device according to claim 1 or 2 , wherein the control electrode makes contact with the first spacer semiconductor layer at the bottom of the groove.
赤外線検知装置であって、
請求項1~請求項のいずれか一項に記載された半導体受光デバイスと、
前記半導体受光デバイスにバンプ電極を介して接続された読出半導体装置と、
を備える、赤外線検知装置。
It ’s an infrared detector,
The semiconductor light receiving device according to any one of claims 1 to 4 .
A read semiconductor device connected to the semiconductor light receiving device via a bump electrode,
Infrared detector.
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