JP7109482B2 - 半導体受光素子、及び、半導体リレー - Google Patents
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Description
以下、本開示の基礎となった知見について、比較例に係る半導体リレーの構造を参照しながら説明する。図1は、比較例に係る半導体リレーの模式断面図である。
まず、実施の形態1に係る半導体リレーの構成について説明する。図2は、実施の形態1に係る半導体リレーの模式断面図である。図3は、実施の形態1に係る半導体受光素子の上面図である。
続いて、半導体層32の詳細構成について説明する。半導体層32(半絶縁性のInAlGaN層)には、深いアクセプター準位を形成するアクセプター型の第1不純物と、ドナー型の第2不純物とがドープされている。第1不純物は、例えば、Fe(鉄)またはC(炭素)であり、第2不純物は、例えば、Si(ケイ素)またはO(酸素)などである。
次に、半導体リレー10の動作について説明する。入力端子41及び入力端子42の間の電圧が0V、つまり、入力端子41及び入力端子42の間に電圧が印加されない場合、発光素子20は、発光しない状態(消灯状態)となる。この状態においては、半導体層32は、非常に高抵抗であり、出力端子51及び出力端子52の間には電流はほとんど流れない。
次に、p型半導体層36によって得られる効果について説明する。半導体リレー10においては、発光素子20が消灯しているとき(つまり、半導体受光素子30のオフ状態)にはp型半導体層36と半導体層32のpn接合に対して逆方向電圧が印加され、p型半導体層36と半導体層32の界面から空乏層が広がる。これにより、第1の電極33と半導体層32の界面にかかる電界を緩和することができる。このため、半導体受光素子30の耐圧を向上させ、かつリーク電流を低減させることができる。なお、p型半導体層36の第2開口236の幅は小さいほど耐圧向上やリーク電流低減の効果が大きく、2μm以下が望ましい。
次に、第1の開口部133によって得られる効果について説明する。半導体受光素子30は、光が照射されているときのみ半導体層32が低抵抗化することにより電流が流れる。よって、半導体受光素子30においては、半導体層32の受光面積を大きくすることにより、大電流化が期待できる。
次に、変形例1に係る半導体リレーの構成について説明する。図4は、変形例1に係る半導体リレーの模式断面図である。図5は、変形例1に係る半導体受光素子の上面図である。なお、以下の変形例1の説明では、半導体リレー10との相違点を中心に説明が行われ、既出事項の説明については適宜省略される。後述の変形例2~6なども同様である。
次に、変形例2に係る半導体リレーの構成について説明する。図6は、変形例2に係る半導体リレーの模式断面図である。図7は、変形例2に係る半導体受光素子の上面図である。
次に、変形例3に係る半導体リレーの構成について説明する。図8は、変形例3に係る半導体リレーの模式断面図である。図9は、変形例3に係る半導体受光素子の上面図である。
次に、変形例4に係る半導体受光素子の構成について説明する。図10は、変形例4に係る半導体受光素子の上面図である。図11は、図10のXI-XI線における、変形例4に係る半導体受光素子の模式断面図である。図12は、図10のXII-XII線における、変形例4に係る半導体受光素子の模式断面図である。
次に、変形例5に係る半導体受光素子の構成について説明する。図13は、変形例5に係る半導体受光素子の上面図である。以下の変形例5の説明では、半導体受光素子30との相違点を中心に説明が行われ、既出事項の説明については適宜省略される。
次に、変形例6に係る半導体受光素子の構成について説明する。図14及び図15は、変形例6に係る半導体受光素子の上面図である。図14は、図15から第3の電極37を除いた平面図である。以下の変形例6の説明では、半導体受光素子30との相違点を中心に説明が行われ、既出事項の説明については適宜省略される。
なお、第1の開口部133を構成する第1開口233は、閉じた開口に限定されない。例えば、図17に示される半導体受光素子30hのように、第1の開口部133hを構成する複数の第1開口233hのそれぞれは、第1の電極33hに設けられた切り欠きであってもよい。また、図18に示される半導体受光素子30iのように、第1の開口部133iを構成する複数の第1開口233iは、島状の第1の電極33iの間の領域であってもよい。図17及び図18は、第1の開口部の変形例を説明するための半導体受光素子の平面図である。
上記実施の形態では、縦型デバイスとして実現された半導体受光素子について説明されたが、半導体受光素子は、横型デバイスとして実現されてもよい。図19は、横型デバイスとして実現された半導体受光素子の模式断面図である。
半導体リレーまたは半導体受光素子が縦型デバイスである場合、リーク電流は、半導体層内の不純物濃度を縦方向(言い換えれば、積層方向)において片寄らせることによっても抑制可能である。つまり、半導体層は、積層方向における不純物濃度が異なってもよい。図21は、このような半導体リレーの模式断面図である。
以上、一つまたは複数の態様に係る半導体受光素子及び半導体リレーについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
20 発光素子
30、30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h、30i、30j、30k、30l、30m、30z 半導体受光素子
31 基板
32、32f、32l、32m 半導体層
32l1 第1の半導体層
32l2 第2の半導体層
33、33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g、33h、33i 第1の電極
34、34k 第2の電極
35 受光領域
36、36f、38 p型半導体層
37 第3の電極
41、42 入力端子
51、52 出力端子
133、133a、133b、133c、133d、133e、133f、133h、133i 第1の開口部
133k 第3の開口部
136、136f 第2の開口部
233、233a、233b、233c、233d、233e、233f、233h、233i 第1開口
236、236d、236f 第2開口
A、C 活性領域
B、D パッド領域
Claims (20)
- 基板と、
前記基板上に形成された、半絶縁性を有する直接遷移型の半導体層と、
前記半導体層上の少なくとも一部に形成されたp型半導体層と、
前記半導体層に電気的に接続され、前記p型半導体層に接して形成された第1の電極と、
前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層または前記基板のいずれかと接して形成された第2の電極とを備え、
前記第1の電極には、第1の開口部が設けられており、
前記第2の電極は、前記半導体層上の前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層に接して形成される
半導体受光素子。 - 前記p型半導体層には、第2の開口部が設けられている
請求項1に記載の半導体受光素子。 - 前記第1の開口部からは、前記p型半導体層が露出する
請求項1または2に記載の半導体受光素子。 - 前記第1の開口部からは、前記半導体層が露出する
請求項1または2に記載の半導体受光素子。 - 前記第1の開口部からは、前記半導体層及び前記p型半導体層の境界部が露出する
請求項1または2に記載の半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板上に形成された、半絶縁性を有する直接遷移型の半導体層と、
前記半導体層上の少なくとも一部に形成されたp型半導体層と、
前記半導体層に電気的に接続され、前記p型半導体層に接して形成された第1の電極と
、
前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層または前記基板のいずれかと接して形成された第2の電極とを備え、
前記第1の電極には、第1の開口部が設けられており、
前記p型半導体層には、第2の開口部が設けられており、
前記第2の開口部は、第1方向に並んで配置された複数の開口を含み、
前記複数の開口のそれぞれは、前記第1方向と交差する第2方向を長手方向とする長尺状であり、
前記第2の開口部から露出した前記半導体層の露出部は、当該露出部上に前記第1の電極が形成されている第1領域、及び、当該露出部上に前記第1の電極が形成されていない第2領域を含み、
前記第1領域及び前記第2領域は、前記第1方向において交互に位置している
半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板上に形成された、半絶縁性を有する直接遷移型の半導体層と、
前記半導体層上の少なくとも一部に形成されたp型半導体層と、
前記半導体層に電気的に接続され、前記p型半導体層に接して形成された第1の電極と、
前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層または前記基板のいずれかと接して形成された第2の電極とを備え、
前記第1の電極には、第1の開口部が設けられており、
前記p型半導体層には、第2の開口部が設けられており、
前記第1の開口部は、各々が第1方向を長手方向とする長尺状の複数の第1開口を含み、
前記第2の開口部は、各々が前記第1方向と交差する第2方向を長手方向とする長尺状の複数の第2開口を含み、
前記複数の第1開口は、前記第1方向と交差する方向に並んで配置され、
前記複数の第2開口は、前記第2方向と交差する方向に並んで配置され、
前記複数の第1開口のそれぞれからは、前記半導体層及び前記p型半導体層が露出する
半導体受光素子。 - 前記第1方向及び前記第2方向は、直交し、
前記複数の第1開口は、前記第2方向に並んで配置され、
前記複数の第2開口は、前記第1方向に並んで配置される
請求項7に記載の半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板上に形成された、半絶縁性を有する直接遷移型の半導体層と、
前記半導体層上の少なくとも一部に形成されたp型半導体層と、
前記半導体層に電気的に接続され、前記p型半導体層に接して形成された第1の電極と、
前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層または前記基板のいずれかと接して形成された第2の電極とを備え、
前記第1の電極には、第1の開口部が設けられており、
前記p型半導体層には、第2の開口部が設けられており、
前記第2の開口部は、各々が環状の複数の開口を含み、
前記複数の開口は、同心配置され、
前記第2の開口部から露出した前記半導体層の露出部は、当該露出部上に前記第1の電極が形成されている第1領域、及び、当該露出部上に前記第1の電極が形成されていない
第2領域を含み、
前記第1領域及び前記第2領域は、径方向において交互に存在している
半導体受光素子。 - 前記半導体層の活性領域は、矩形である
請求項1~9のいずれか1項に記載の半導体受光素子。 - 前記半導体層の活性領域は、円形である
請求項1~9のいずれか1項に記載の半導体受光素子。 - 前記第2の電極は、前記基板の下面に形成される
請求項6~9のいずれか1項に記載の半導体受光素子。 - 前記第2の電極は、前記半導体層上の前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層に接して形成される
請求項6~9のいずれか1項に記載の半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板上に形成された、半絶縁性を有する直接遷移型の半導体層と、
前記半導体層上の少なくとも一部に形成されたp型半導体層と、
前記半導体層に電気的に接続され、前記p型半導体層に接して形成された第1の電極と、
前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層または前記基板のいずれかと接して形成された第2の電極とを備え、
前記第1の電極には、第1の開口部が設けられており、
前記半導体層は、積層方向における不純物濃度が異なる
半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板上に形成された、半絶縁性を有する直接遷移型の半導体層と、
前記半導体層上の少なくとも一部に形成されたp型半導体層と、
前記半導体層に電気的に接続され、前記p型半導体層に接して形成された第1の電極と、
前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層または前記基板のいずれかと接して形成された第2の電極とを備え、
前記第1の電極には、第1の開口部が設けられており、
前記第2の電極は、前記基板の下面に形成され、
前記半導体層は、第1の半導体層、及び、前記第1の半導体層よりも前記基板側に位置する第2の半導体層を含み、
前記第1の半導体層の不純物濃度は、前記第2の半導体層の不純物濃度よりも高い
半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板上に形成された、半絶縁性を有する直接遷移型の半導体層と、
前記半導体層上の少なくとも一部に形成されたp型半導体層と、
前記半導体層に電気的に接続され、前記p型半導体層に接して形成された第1の電極と、
前記第1の電極から離れた位置に、少なくとも一部が前記半導体層または前記基板のいずれかと接して形成された第2の電極とを備え、
前記第1の電極には、第1の開口部が設けられており、
前記第2の電極は、前記基板の下面に形成され、
前記半導体層は、積層方向における不純物濃度が連続的に変化する部分を含み、
当該部分においては、最も上方の領域における不純物濃度が他の領域よりも高い
半導体受光素子。 - 前記半導体層にドープされている不純物は、炭素である
請求項14~16のいずれか1項に記載の半導体受光素子。 - 前記半導体層は、InxAlyGa(1-x-y)N(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)によって形成される
請求項1~17のいずれか1項に記載の半導体受光素子。 - 前記基板は、GaN基板である
請求項1~18のいずれか1項に記載の半導体受光素子。 - 請求項1~19のいずれか1項に記載の半導体受光素子と、
前記半導体受光素子に向けて光を発する発光素子とを備える
半導体リレー。
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