JP7329126B2 - パワーフォトダイオード構造体、その作製方法、及びその使用方法 - Google Patents
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Description
比較のポイントとして、+c面、GaN・オン・GaNダイを、およそ405ナノメートルで発光する市販のLEDから得て、フォトダイオードとして利用した。LED構造体は、p型GaN層の下にあるAlGaN電子ブロッキング層と、InGaN井戸層及びGaNバリア層を備える多重量子井戸MQW構造体とを含むと考えられる。LED構造体は、MQW層のすぐ隣にある高ドープ層、又はドープされバンドギャップが低減された層を含まないと考えられる。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録した。結果を図5において「LIV」曲線として示す。測定された結果から、Vocは、2.74V、Eg=3.06eV、Isc=2.6A/cm2、eVoc/Eg=0.89、及びFF=46%として評価された。Voc及びIscの値は比較的良好であるように見えるが、曲線因子の値の低さは、デバイスの設計の改善が必要であることを示している。対照的に、比較的高い曲線因子を有する曲線が、比較のために図5に示されている。
Siドーパントを2×1018cm-3の濃度で含有する500ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、Siドーパントを4×1018cm-3の濃度で含有する100ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、意図せずドープされた吸収体層と;これに続く、Mgを1×1019cm-3の濃度で含有する90ナノメートルのp型ドープ層と;これに続く、Mgを1×1020cm-3の濃度で含有する10ナノメートルのp+型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、[10-10]に向かって(0001)からおよそ0.4°だけミスカットされたバルクGaN基板上に堆積させた。吸収体層は意図せずドープされており、7ナノメートルのGaN層と、これに続く、交互になった合計10層の4ナノメートルのIn0.14Ga0.86N井戸層及び7ナノメートルのGaNバリア層とからなっていた。上記構造を、およそ447ナノメートルのエレクトロルミネッセンスピークによって特性決定した。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録した。結果を図6に示す。測定された結果から、Vocは、2.32V、Eg=2.77eV、Isc=6.5×10-3A、eVoc/Eg=0.84、及びFF=33%として評価された。Voc及びIscの値は比較的良好であるように見えるが、曲線因子の値の低さは、デバイスの設計の改善が必要であることを示している。
Siドーパントを2.0×1018cm-3の濃度で含有する1000ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、Siドーパントを2×1019cm-3の濃度で含有する30ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、意図せずドープされた吸収体層と;これに続く、Mgを2×1019cm-3の濃度で含有する50ナノメートルのp型ドープ層と;これに続く、Mgを1×1020cm-3の濃度で含有する10ナノメートルのp+型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、[10-10]に向かって(0001)からおよそ0.4°だけミスカットされたバルクGaN基板上に堆積させた。吸収体層は意図せずドープされており、40ナノメートルの二重ヘテロ構造In0.13Ga0.87N層からなっていた。上記構造を、およそ435ナノメートルのエレクトロルミネッセンスピークによって特性決定した。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録した。結果を図11に示す。測定された結果から、Vocは、2.43V、Eg=2.85eV、Isc=0.013A、eVoc/Eg=0.85、及びFF=38%として評価された。Voc及びIscの値は比較的良好であるように見えるが、曲線因子の値の低さは、デバイスの設計の改善が必要であることを示している。
Siドーパントを2.0×1018cm-3の濃度で含有する1000ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、Siドーパントを5.0×1017cm-3の濃度で含有する100ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、意図せずドープされた吸収体層と;これに続く、Mgを2×1020cm-3の濃度で含有する50ナノメートルのp型ドープ層と;これに続く、Mgを1×1020cm-3の濃度で含有する10ナノメートルのp+型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、[10-10]に向かって(0001)からおよそ0.4°だけミスカットされたバルクGaN基板上に堆積させる。吸収体層は意図せずドープされており、40ナノメートルの二重ヘテロ構造In0.18Ga0.82N層からなる。上記構造を、およそ473ナノメートルのエレクトロルミネッセンスピークによって特性決定する。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録する。測定された結果から、Vocは、2.20V、Eg=2.62eV、eVoc/Eg=0.84、及びFF=45%として評価される。Voc値は比較的良好であるように見えるが、曲線因子の値の低さは、デバイスの設計の改善が必要であることを示している。
Siドーパントを2.0×1018cm-3の濃度で含有する1000ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、Siドーパントを3.0×1019cm-3の濃度で含有する30ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、意図せずドープされた吸収体層と;これに続く、Mgを3×1019cm-3の濃度で含有する50ナノメートルのp型ドープ層と;これに続く、Mgを1×1020cm-3の濃度で含有する10ナノメートルのp+型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、[10-10]に向かって(0001)からおよそ0.4°だけミスカットされたバルクGaN基板上に堆積させる。吸収体層は意図せずドープされており、40ナノメートルの二重ヘテロ構造In0.13Ga0.87N層からなる。上記構造を、およそ435ナノメートルのエレクトロルミネッセンスピークによって特性決定する。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録する。測定された結果から、Vocは、2.43V、Eg=2.85eV、eVoc/Eg=0.85、及びFF=85%として評価される。
Siドーパントを2.0×1018cm-3の平均濃度で含有する1000ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、Siを4.0×1019cm-3の平均濃度で含有する30nmのn型ドープGaN層と;これに続く、意図せずドープされた吸収体層と;これに続く、Mgを2×1020cm-3の濃度で含有する50ナノメートルのp型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、[10-10]に向かって(0001)からおよそ0.4°だけミスカットされたバルクGaN基板上に堆積させる。吸収体層は意図せずドープされており、40ナノメートルの二重ヘテロ構造In0.18Ga0.82N層からなる。上記構造を、およそ473ナノメートルのフォトルミネッセンスピークによって特性決定する。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録する。測定された結果から、Vocは、2.20V、Eg=2.62eV、eVoc/Eg=0.84、及びFF=91%として評価される。
Siドーパントを2.0×1018cm-3の平均濃度で含有する1000ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、Siを5.0×1017cm-3の平均濃度で含有する100nmのn型ドープGaN層と;これに続く、最初の組成がGaNであり、最後の組成がおよそIn0.18Ga0.72Nであり、Siドーパント濃度がおよそ5.0×1017cm-3であり、厚さおよそ6nm厚の、組成の勾配を有するInGaN層と;これに続く、意図せずドープされた吸収体層と;これに続く、Mgを2×1020cm-3の濃度で含有する50ナノメートルのp型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、[10-10]に向かって(0001)からおよそ0.4°だけミスカットされたバルクGaN基板上に堆積させる。吸収体層は意図せずドープされており、40ナノメートルの二重ヘテロ構造In0.18Ga0.82N層からなる。上記構造を、およそ473ナノメートルのフォトルミネッセンスピークによって特性決定する。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録する。測定された結果から、Vocは、2.20V、Eg=2.62eV、eVoc/Eg=0.84、及びFF=85%として評価される。
Siドーパントを3.5×1018cm-3の平均濃度で含有する300ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、InGaN‐GaN歪み層超格子(strained‐layer‐superlattice:SLS)と;これに続く、最初の組成がおよそIn0.04Ga0.96Nであり、最後の組成がおよそIn0.2Ga0.8Nであり、Siドーパント濃度がおよそ4.0×1017cm-3であり、厚さおよそ6nm厚の、組成の勾配を有するInGaN層と;これに続く、3nmのIn0.2Ga0.8N井戸及び9nmのGaNバリア層で構成され、Siドーパントをおよそ3×1017cm-3の濃度で含む、9周期多重量子井戸構造と;これに続く、Mgをおよそ2×1020cm-3の濃度で含有する100ナノメートルのp型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、窒化物エピタキシャル層の[0001]の5°以内に対して垂直な基板表面を有するサファイア基板上で、成長させた。吸収体層は、9周期多重量子井戸構造からなっていた。上記構造を、およそ457ナノメートルのフォトルミネッセンスピークによって特性決定した。製作されたデバイスの逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録した。結果を図12に示す。測定された結果から、Vocは、2.34V、Eg=2.71eV、Isc=0.0114A、eVoc/Eg=0.86、及びFF=78%として評価された。Voc、Isc、及びFFの値は比較的良好であるように見える。測定されたFFは、n金属接点を電気的にプローブする方法によって生じる直列抵抗により、人為的に低くなっている。
Siドーパントを1.0×1018cm-3の平均濃度で含有する1000ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、意図せずドープされた、2nmのIn0.18Ga0.82N井戸及び4nmのGaNバリア層で構成された20周期多重量子井戸構造と;これに続く、Mgをおよそ2×1018cm-3の濃度で含有する50ナノメートルのp型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、[10-10]に向かって(000-1)からおよそ4°だけミスカットされたバルクGaN基板上に堆積させる。吸収体層は9周期多重量子井戸構造からなっていた。上記構造を、およそ470ナノメートルのフォトルミネッセンスピークによって特性決定する。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録する。測定された結果から、Vocは、2.20V、Eg=2.63eV、eVoc/Eg=0.84、及びFF=88%として評価される。
Siドーパントを5.0×1018cm-3の平均濃度で含有する1000ナノメートルのn型ドープGaN層と;これに続く、意図せずドープされた、2nmのIn0.18Ga0.82N井戸及び4nmのGaNバリア層で構成された20周期多重量子井戸構造と;これに続く、Mgをおよそ1×1019cm-3の濃度で含有する100ナノメートルのp型ドープ層とを含む、エピタキシャル構造を、(30-3-1)の0.1°以内の結晶方位を有するバルクGaN基板上に堆積させる。上記構造を、およそ470ナノメートルのフォトルミネッセンスピークによって特性決定する。逆電流‐電圧特性を、暗所条件下、及び市販の405nmレーザダイオードによって照明が提供される明所条件下で記録する。測定された結果から、Vocは、2.20V、Eg=2.63eV、eVoc/Eg=0.84、及びFF=88%として評価される。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
フォトダイオード構造体において:
第1の表面及び第2の表面を有する基板であって、
前記第2の表面は前記第1の表面の反対側であり、
前記基板は、単結晶III族金属窒化物であり、
前記基板の前記第1の表面は、(0001)+c面、{10-10}m面、若しくは{11-2±2}、{60-6±1}、{50-5±1}、{40-4±1}、{30-3±1}、{50-5±2}、{70-7±3}、{20-2±1}、{30-3±2}、{40-4±3}、{50-5±4}、{10-1±1}、{10-1±2}、{10-1±3}のうちの1つから選択される半極性面の、5°以内の結晶方位を有するか、又は(000-1)と2°~5°だけ異なる、基板;
前記基板の前記第1の表面上に配置されたn型層及びp型層であって、前記n型層及び前記p型層はそれぞれAl x In y Ga 1-x-y N(ただし0≦x,y,x+y≦1)を含み、ドーパント濃度が少なくとも1×10 16 cm -3 である、n型層及びp型層;
前記n型層と前記p型層との間に配置された1つ以上の吸収体層であって、前記1つ以上の吸収体層は、Al x In y Ga 1-x-y N(ただし0≦x,y,x+y≦1)を含み、転位密度が約10 9 cm -2 未満である、1つ以上の吸収体層;
前記p型層上に配置されたp側電気接触層であって、前記p側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも70%の平均反射率と、3×10 -3 Ωcm 2 未満の接触抵抗とを有する、p側電気接触層;
前記基板の前記第2の表面上に配置されたn側電気接触層であって、前記n側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも70%の平均反射率と、1×10 -3 Ωcm 2 未満の接触抵抗とを有する、n側電気接触層;並びに
受光面であって、前記受光面は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長を有する、前記受光面にある角度で入射する光を、前記n側電気接触層及び前記p側電気接触層から少なくとも1回反射させるように位置合わせされる、受光面
を備える、フォトダイオード構造体。
実施形態2
前記フォトダイオード構造体は、少なくとも50%の曲線因子を特徴とする、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態3
前記曲線因子は、少なくとも10Acm -2 の電流密度を生成する照明レベル下で達成される、実施形態2に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態4
前記曲線因子は少なくとも80%である、実施形態2に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態5
前記曲線因子は少なくとも90%である、実施形態4に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態6
前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、(0001)+c面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも1×10 19 cm -3 のドーパント濃度を特徴とする、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態7
n型クラッド層及びp型クラッド層のうちの少なくとも一方を更に備え、
前記n型クラッド層は、前記n型層と前記1つ以上の吸収体層との間にあり、前記n型クラッド層は、少なくとも5×10 18 cm -3 のドーパント濃度を有し、
前記p型クラッド層は、前記吸収体層と前記p型層との間にあり、前記p型クラッド層は、少なくとも1×10 19 cm -3 のドーパント濃度を有する、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態8
n型クラッド層及びp型クラッド層のうちの少なくとも一方を更に備え、
前記n型クラッド層は、前記n型層と前記1つ以上の吸収体層との間にあり、
前記p型クラッド層は、前記吸収体層と前記p型層との間にあり、
前記n型クラッド層及び前記p型クラッド層のうちの前記少なくとも一方は、前記吸収体層のインジウム濃度と前記n型層又は前記p型層のインジウム濃度との間のインジウム濃度を特徴とする、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態9
前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、(000-1)-c面とは2°~5°だけ異なる結晶方位を特徴とする、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態10
前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、{10-10}m面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも2×10 18 cm -3 のドーパント濃度を特徴とする、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態11
前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、{10-1-2}、{10-1-1}、{20-2-1}、及び{30-3-1}から選択される半極性平面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも1×10 18 cm -3 のドーパント濃度を特徴とする、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態12
前記p側電気接触層は前記p型層上に配置され、前記p側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも80%の平均反射率と、1×10 -3 Ωcm 2 未満の接触抵抗とを有する、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態13
前記n側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも80%の平均反射率と、5×10 -4 Ωcm 2 未満の接触抵抗とを有する、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態14
前記n型層、前記1つ以上の吸収体層、及び前記p型層はそれぞれ、10 7 cm -2 未満の貫通転位密度を有する、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態15
前記n型層、前記1つ以上の吸収体層、及び前記p型層はそれぞれ、10 6 cm -2 未満の貫通転位密度を有する、実施形態1に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態16
フォトダイオード構造体であって:
1つ以上の吸収体層であって、前記1つ以上の吸収体層は、Al x In y Ga 1-x-y N(ただし0≦x,y,x+y≦1)を含む、1つ以上の吸収体層;
n型層及びp型層であって、
前記1つ以上の吸収体層は前記n型層の上に配置され、
前記p型層は前記1つ以上の吸収体層の上に配置され、
前記n型層及び前記p型層はそれぞれAl x In y Ga 1-x-y N、(ただし0≦x,y,x+y≦1)を含み、少なくとも1×10 16 cm -3 のドーパント濃度を有する、n型層及びp型層;
第1の表面及び第2の表面を有するキャリア基板であって、
前記キャリア基板の前記第1の表面は、前記p型層の上又は前記n型層の下に配置され、
前記キャリア基板は、390ナノメートル~460ナノメートルの波長において略透明である、キャリア基板;
前記p型層と電気的に接触した状態で配置されたp側電気接触層であって、前記p側電気接触層は3×10 -3 Ωcm 2 未満の接触抵抗を有する、p側電気接触層;
前記p型層及び前記キャリア基板の前記第2の表面のうちの一方の上に配置された、p側反射層であって、前記p側反射層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも70%の平均反射率を有する、前記p側反射層;
前記n型層と電気的に接触した状態で配置された、n側電気接触層であって、前記n側電気接触層は1×10 -3 Ωcm 2 未満の接触抵抗を有する、n側電気接触層;
前記n側層及び前記キャリア基板の前記第2の表面のうちの一方の上に配置された、n側反射層であって、前記n側反射層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも70%の平均反射率を有する、n側反射層;並びに
受光面であって、前記受光面は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長を有する、前記受光面にある角度で入射する光を、前記n側反射層及び前記p側反射層から少なくとも1回反射させるように位置合わせされる、受光面
を備える、フォトダイオード構造体。
実施形態17
前記フォトダイオード構造体は、少なくとも50%の曲線因子を特徴とする、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態18
前記曲線因子は、少なくとも10Acm -2 の電流密度を生成する照明レベル下で達成される、実施形態17に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態19
前記曲線因子は少なくとも80%である、実施形態17に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態20
前記曲線因子は少なくとも90%である、実施形態19に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態21
前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、(0001)+c面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも1×10 19 cm -3 のドーパント濃度を特徴とする、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態22
n型クラッド層及びp型クラッド層のうちの少なくとも一方を更に備え、
前記n型クラッド層は、前記n型層と前記1つ以上の吸収体層との間にあり、前記n型クラッド層は、少なくとも5×10 18 cm -3 のドーパント濃度を有し、
前記p型クラッド層は、前記吸収体層と前記p型層との間にあり、前記p型クラッド層は、少なくとも1×10 19 cm -3 のドーパント濃度を有する、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態23
n型クラッド層及びp型クラッド層のうちの少なくとも一方を更に備え、
前記n型クラッド層は、前記n型層と前記1つ以上の吸収体層との間にあり、
前記p型クラッド層は、前記吸収体層と前記p型層との間にあり、
前記n型クラッド層及び前記p型クラッド層のうちの前記少なくとも一方は、前記吸収体層のインジウム濃度と前記n型層又は前記p型層のインジウム濃度との間のインジウム濃度を特徴とする、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態24
前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、(000-1)-c面とは2°~5°だけ異なる結晶方位を特徴とする、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態25
前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、{10-10}m面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも2×10 18 cm -3 のドーパント濃度を特徴とする、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態26
前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、{10-1-2}、{10-1-1}、{20-2-1}、及び{30-3-1}から選択される半極性平面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも1×10 18 cm -3 のドーパント濃度を特徴とする、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態27
前記p側電気接触層は前記p型層上に配置され、前記p側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも80%の平均反射率と、1×10 -3 Ωcm 2 未満の接触抵抗とを有する、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
実施形態28
前記n側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも80%の平均反射率と、5×10 -4 Ωcm 2 未満の接触抵抗とを有する、実施形態16に記載のフォトダイオード構造体。
102 大面積表面、表面
105 第1の非吸収体層
107 吸収体層
109 第2の非吸収体層
111 p型半導体層、p型層、p型GaN層
113 反射性p側電気接点、反射ミラー層、反射性p側接触層
114 n側電気接点、反射ミラー層、反射性n側ミラー層
215 不連続p電極、グリッドp電極、p電極アレイ素子
217 不連続n電極、グリッドn電極、n電極アレイ素子
251 照明源
252、1352、1452 受光面
253 伝播
255、256 表面
315 p側電気接点、p側電気接点材料
317 n側電気接点、n側電気接点材料
319 透明誘電体
321 半透明電流拡散層
710 n型ドープ層
720 n型クラッド層
730 吸収体層
740 p型クラッド層
750 p型ドープ層
1101 テンプレート基板、テンプレート、高品質GaN基板
1103 離脱層
1104 単結晶III族金属窒化物層、表面層、窒化物層
1313 キャリア基板
1315 p側反射層
1317、1417 窒化物層1104の新たに露出した裏側表面、表面
1319 反射性n側接点
1321 レーザビーム
1353、1453 ビーム
1411 第1のキャリア基板
1413 第2のキャリア基板
1414 n側反射層
Claims (28)
- フォトダイオード構造体において:
第1の表面及び第2の表面を有する基板であって、
前記第2の表面は前記第1の表面の反対側であり、
前記基板は、単結晶III族金属窒化物であり、
前記基板の前記第1の表面は、(0001)+c面、{10-10}m面、若しくは{11-2±2}、{60-6±1}、{50-5±1}、{40-4±1}、{30-3±1}、{50-5±2}、{70-7±3}、{20-2±1}、{30-3±2}、{40-4±3}、{50-5±4}、{10-1±1}、{10-1±2}、{10-1±3}のうちの1つから選択される半極性面の、5°以内の結晶方位を有するか、又は(000-1)と2°~5°だけ異なる、基板;
前記基板の前記第1の表面上に配置されたn型層及びp型層であって、前記n型層及び前記p型層はそれぞれAlxInyGa1-x-yN(ただし0≦x,y,x+y≦1)を含み、ドーパント濃度が少なくとも1×1016cm-3である、n型層及びp型層;
前記n型層と前記p型層との間に配置された1つ以上の吸収体層であって、前記1つ以上の吸収体層は、AlxInyGa1-x-yN(ただし0≦x,y,x+y≦1)を含み、表面転位密度が10 9 cm-2未満である、1つ以上の吸収体層;
前記p型層上に配置されたp側電気接触層であって、前記p側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも70%の平均反射率と、3×10-3Ωcm2未満の接触抵抗とを有する、p側電気接触層;
前記基板の前記第2の表面上に配置されたn側電気接触層であって、前記n側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも70%の平均反射率と、1×10-3Ωcm2未満の接触抵抗とを有する、n側電気接触層;並びに
受光面であって、前記受光面は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長を有する、前記受光面にある角度で入射する光を、前記n側電気接触層及び前記p側電気接触層から少なくとも1回反射させるように位置合わせされる、受光面
を備える、フォトダイオード構造体。 - 前記フォトダイオード構造体は、少なくとも50%の曲線因子を特徴とする、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記曲線因子は、少なくとも10Acm-2の電流密度を生成する照明レベル下で達成される、請求項2に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記曲線因子は少なくとも80%である、請求項2に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記曲線因子は少なくとも90%である、請求項4に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、(0001)+c面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも1×1019cm-3のドーパント濃度を特徴とする、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- n型クラッド層及びp型クラッド層のうちの少なくとも一方を更に備え、
前記n型クラッド層は、前記n型層と前記1つ以上の吸収体層との間にあり、前記n型クラッド層は、少なくとも5×1018cm-3のドーパント濃度を有し、
前記p型クラッド層は、前記吸収体層と前記p型層との間にあり、前記p型クラッド層は、少なくとも1×1019cm-3のドーパント濃度を有する、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。 - n型クラッド層及びp型クラッド層のうちの少なくとも一方を更に備え、
前記n型クラッド層は、前記n型層と前記1つ以上の吸収体層との間にあり、
前記p型クラッド層は、前記吸収体層と前記p型層との間にあり、
前記n型クラッド層及び前記p型クラッド層のうちの前記少なくとも一方は、前記吸収体層のインジウム濃度と前記n型層又は前記p型層のインジウム濃度との間のインジウム濃度を特徴とする、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。 - 前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、(000-1)-c面とは2°~5°だけ異なる結晶方位を特徴とする、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、{10-10}m面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも2×1018cm-3のドーパント濃度を特徴とする、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、{10-1-2}、{10-1-1}、{20-2-1}、及び{30-3-1}から選択される半極性平面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも1×1018cm-3のドーパント濃度を特徴とする、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記p側電気接触層は前記p型層上に配置され、前記p側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも80%の平均反射率と、1×10-3Ωcm2未満の接触抵抗とを有する、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記n側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも80%の平均反射率と、5×10-4Ωcm2未満の接触抵抗とを有する、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記n型層、前記1つ以上の吸収体層、及び前記p型層はそれぞれ、107cm-2未満の貫通転位密度を有する、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記n型層、前記1つ以上の吸収体層、及び前記p型層はそれぞれ、106cm-2未満の貫通転位密度を有する、請求項1に記載のフォトダイオード構造体。
- フォトダイオード構造体であって:
1つ以上の吸収体層であって、前記1つ以上の吸収体層は、AlxInyGa1-x-yN(ただし0≦x,y,x+y≦1)を含む、1つ以上の吸収体層;
n型層及びp型層であって、
前記1つ以上の吸収体層は前記n型層の上に配置され、
前記p型層は前記1つ以上の吸収体層の上に配置され、
前記n型層及び前記p型層はそれぞれAlxInyGa1-x-yN、(ただし0≦x,y,x+y≦1)を含み、少なくとも1×1016cm-3のドーパント濃度を有する、n型層及びp型層;
第1の表面及び第2の表面を有するキャリア基板であって、
前記キャリア基板の前記第1の表面は、前記p型層の上又は前記n型層の下に配置され、
前記キャリア基板は、390ナノメートル~460ナノメートルの波長において略透明である、キャリア基板;
前記p型層と電気的に接触した状態で配置されたp側電気接触層であって、前記p側電気接触層は3×10-3Ωcm2未満の接触抵抗を有する、p側電気接触層;
前記p型層及び前記キャリア基板の前記第2の表面のうちの一方の上に配置された、p側反射層であって、前記p側反射層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも70%の平均反射率を有する、前記p側反射層;
前記n型層と電気的に接触した状態で配置された、n側電気接触層であって、前記n側電気接触層は1×10-3Ωcm2未満の接触抵抗を有する、n側電気接触層;
前記n型層及び前記キャリア基板の前記第2の表面のうちの一方の上に配置された、n側反射層であって、前記n側反射層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも70%の平均反射率を有する、n側反射層;並びに
受光面であって、前記受光面は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長を有する、前記受光面にある角度で入射する光を、前記n側反射層及び前記p側反射層から少なくとも1回反射させるように位置合わせされる、受光面
を備える、フォトダイオード構造体。 - 前記フォトダイオード構造体は、少なくとも50%の曲線因子を特徴とする、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記曲線因子は、少なくとも10Acm-2の電流密度を生成する照明レベル下で達成される、請求項17に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記曲線因子は少なくとも80%である、請求項17に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記曲線因子は少なくとも90%である、請求項19に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、(0001)+c面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも1×1019cm-3のドーパント濃度を特徴とする、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。
- n型クラッド層及びp型クラッド層のうちの少なくとも一方を更に備え、
前記n型クラッド層は、前記n型層と前記1つ以上の吸収体層との間にあり、前記n型クラッド層は、少なくとも5×1018cm-3のドーパント濃度を有し、
前記p型クラッド層は、前記吸収体層と前記p型層との間にあり、前記p型クラッド層は、少なくとも1×1019cm-3のドーパント濃度を有する、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。 - n型クラッド層及びp型クラッド層のうちの少なくとも一方を更に備え、
前記n型クラッド層は、前記n型層と前記1つ以上の吸収体層との間にあり、
前記p型クラッド層は、前記吸収体層と前記p型層との間にあり、
前記n型クラッド層及び前記p型クラッド層のうちの前記少なくとも一方は、前記吸収体層のインジウム濃度と前記n型層又は前記p型層のインジウム濃度との間のインジウム濃度を特徴とする、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。 - 前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、(000-1)-c面とは2°~5°だけ異なる結晶方位を特徴とする、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、{10-10}m面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも2×1018cm-3のドーパント濃度を特徴とする、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記1つ以上の吸収体層、前記n型層、及び前記p型層はそれぞれ、{10-1-2}、{10-1-1}、{20-2-1}、及び{30-3-1}から選択される半極性平面の5°以内の結晶方位を特徴とし、前記n型層及び前記p型層はそれぞれ、少なくとも1×1018cm-3のドーパント濃度を特徴とする、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記p側電気接触層は前記p型層上に配置され、前記p側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも80%の平均反射率と、1×10-3Ωcm2未満の接触抵抗とを有する、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。
- 前記n側電気接触層は、390ナノメートル~460ナノメートルの少なくとも1つの波長について少なくとも80%の平均反射率と、5×10-4Ωcm2未満の接触抵抗とを有する、請求項16に記載のフォトダイオード構造体。
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