JPH10233523A - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JPH10233523A JPH10233523A JP9033924A JP3392497A JPH10233523A JP H10233523 A JPH10233523 A JP H10233523A JP 9033924 A JP9033924 A JP 9033924A JP 3392497 A JP3392497 A JP 3392497A JP H10233523 A JPH10233523 A JP H10233523A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造が容易で、中赤外領域において感度の高
い光検出器を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＩｎＡｓ基板上に、ＬＰＥを用いて
メルト３．２ｇ中にＧｄを０．５〜１．０ｍｇ添加して
エピタキシャル成長させたＩｎＡｓ光吸収層２と、光吸
収層２よりエネルギーバンドギャップが大きく、これと
格子整合するｐ＋型ＩｎＡｓxＰ1-x-yＳｂyをエピタキ
シャル成長させたウィンドウ層３と、ＳｉＮの反射防止
膜４が積層されており、基板１裏面にｎ電極５、入射面
にｐ電極６が設けられており、入射面の前面には、サフ
ァイア窓７が配置されている。入射した赤外線は、ウィ
ンドウ層３を透過して、光吸収層２で効率的に光電変換
される。また、光吸収層２は、ｉ領域となるため、ＰＩ
Ｎ接合と同様に高感度となる。
い光検出器を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＩｎＡｓ基板上に、ＬＰＥを用いて
メルト３．２ｇ中にＧｄを０．５〜１．０ｍｇ添加して
エピタキシャル成長させたＩｎＡｓ光吸収層２と、光吸
収層２よりエネルギーバンドギャップが大きく、これと
格子整合するｐ＋型ＩｎＡｓxＰ1-x-yＳｂyをエピタキ
シャル成長させたウィンドウ層３と、ＳｉＮの反射防止
膜４が積層されており、基板１裏面にｎ電極５、入射面
にｐ電極６が設けられており、入射面の前面には、サフ
ァイア窓７が配置されている。入射した赤外線は、ウィ
ンドウ層３を透過して、光吸収層２で効率的に光電変換
される。また、光吸収層２は、ｉ領域となるため、ＰＩ
Ｎ接合と同様に高感度となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体による光検
出器であって、中赤外領域の光を検出する光検出器に関
する。
出器であって、中赤外領域の光を検出する光検出器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】２〜４μｍの中赤外領域の光を検出する
半導体検出器としては、ＩｎＡｓ光起電力型検出器が知
られている。これは、ｎ型層の内部に導電性のｐ型不純
物を熱拡散することにより、ｐｎ接合を形成するもので
ある。光が入射されると、このｐｎ接合部で光励起によ
り起電力が発生する。この起電力は入射光の光強度に対
応している。従来は、このｐｎ接合を生成するためにバ
ルク結晶やエピタキシャル結晶を用いていた。しかし、
バルク結晶では純度の高い結晶が得られず、また、ホモ
構造しか得られないという欠点があった。一方、エピタ
キシャル結晶の場合は拡散長の制御、再現が難しいとい
う欠点があった。
半導体検出器としては、ＩｎＡｓ光起電力型検出器が知
られている。これは、ｎ型層の内部に導電性のｐ型不純
物を熱拡散することにより、ｐｎ接合を形成するもので
ある。光が入射されると、このｐｎ接合部で光励起によ
り起電力が発生する。この起電力は入射光の光強度に対
応している。従来は、このｐｎ接合を生成するためにバ
ルク結晶やエピタキシャル結晶を用いていた。しかし、
バルク結晶では純度の高い結晶が得られず、また、ホモ
構造しか得られないという欠点があった。一方、エピタ
キシャル結晶の場合は拡散長の制御、再現が難しいとい
う欠点があった。
【０００３】これらの欠点を解決した装置として、特開
昭５７−１９７８７８号公報の技術（以下、従来例と呼
ぶ）がある。これは、ＩｎＡｓ等からなる光吸収層上に
ＡｌＡｓＳｂ等の混晶系からなるウィンドウ層をエピタ
キシャル成長させたものである。この従来例の構造断面
図を図８に示す。ｎ型ＩｎＡｓ基板１上に、ｎ型ＩｎＡ
ｓの光吸収層２と、ｎ型ＡｌＡｓ0.16Ｐｂ0.84のウィン
ドウ層３をエピタキシャル成長させて、ウィンドウ層３
の一部にＺｎ等の不純物を拡散させてｐ型ドープ層８を
形成している。さらに、基板１とｐ型ドープ層８にｎ電
極５とｐ電極６が形成されている。この技術の場合は、
ウィンドウ層３の結晶の形成を制御することが容易であ
り、さらに、ウィンドウ層３に形成されたｐｎ接合によ
り検出器性能も向上する。
昭５７−１９７８７８号公報の技術（以下、従来例と呼
ぶ）がある。これは、ＩｎＡｓ等からなる光吸収層上に
ＡｌＡｓＳｂ等の混晶系からなるウィンドウ層をエピタ
キシャル成長させたものである。この従来例の構造断面
図を図８に示す。ｎ型ＩｎＡｓ基板１上に、ｎ型ＩｎＡ
ｓの光吸収層２と、ｎ型ＡｌＡｓ0.16Ｐｂ0.84のウィン
ドウ層３をエピタキシャル成長させて、ウィンドウ層３
の一部にＺｎ等の不純物を拡散させてｐ型ドープ層８を
形成している。さらに、基板１とｐ型ドープ層８にｎ電
極５とｐ電極６が形成されている。この技術の場合は、
ウィンドウ層３の結晶の形成を制御することが容易であ
り、さらに、ウィンドウ層３に形成されたｐｎ接合によ
り検出器性能も向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例で開示
されているＡｌＡｓＳｂ等の混晶系は、以下に挙げるよ
うな問題点があった。これらの混晶系は、非混晶（ミッ
シビリティギャップ）領域が広いため、混晶が不均一な
組成比で形成される組成分離が起こりやすく、また、混
晶を形成する材料の熱膨張係数の違いによる熱歪みが生
じやすかった。このため、結晶の成長温度を高くする必
要があり、不純物の不要な拡散が起こりやすかった。ま
た、混晶系にＡｌを含んでいるために、ウィンドウ層表
面に自然酸化膜が形成され、表面準位、表面欠陥が発生
しやすい。この結果、ウィンドウ層上において表面再結
合が発生して光吸収層の量子効率が低下し、感度低下が
起こりやすいという欠点があった。
されているＡｌＡｓＳｂ等の混晶系は、以下に挙げるよ
うな問題点があった。これらの混晶系は、非混晶（ミッ
シビリティギャップ）領域が広いため、混晶が不均一な
組成比で形成される組成分離が起こりやすく、また、混
晶を形成する材料の熱膨張係数の違いによる熱歪みが生
じやすかった。このため、結晶の成長温度を高くする必
要があり、不純物の不要な拡散が起こりやすかった。ま
た、混晶系にＡｌを含んでいるために、ウィンドウ層表
面に自然酸化膜が形成され、表面準位、表面欠陥が発生
しやすい。この結果、ウィンドウ層上において表面再結
合が発生して光吸収層の量子効率が低下し、感度低下が
起こりやすいという欠点があった。
【０００５】本発明は、製造が容易で、中赤外領域にお
いて感度の高い光検出器を提供することを課題とする。
いて感度の高い光検出器を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光検出器は、少
なくとも表面がｎ型ＩｎＡｓからなる基板と、この基板
上にエピタキシャル成長させた低濃度ｎ型ドープのＩｎ
Ａｓからなる光吸収層と、この光吸収層上にエピタキシ
ャル成長させたｐ型ドープのＩｎＡｓxＰ1-x-yＳｂ
y（０．４２≦ｘ≦０．８４、０．９０＜ｘ＋３．２２
ｙ＜１．１０）からなるウィンドウ層と、を備えること
を特徴とする。
なくとも表面がｎ型ＩｎＡｓからなる基板と、この基板
上にエピタキシャル成長させた低濃度ｎ型ドープのＩｎ
Ａｓからなる光吸収層と、この光吸収層上にエピタキシ
ャル成長させたｐ型ドープのＩｎＡｓxＰ1-x-yＳｂ
y（０．４２≦ｘ≦０．８４、０．９０＜ｘ＋３．２２
ｙ＜１．１０）からなるウィンドウ層と、を備えること
を特徴とする。
【０００７】これにより、ＩｎＡｓ光吸収層と光吸収層
よりワイドギャップのＩｎＡｓxＰ1 -x-yＳｂyウィンド
ウ層が格子整合し、両層の間にヘテロｐｎ接合が形成さ
れる。そして、ウィンドウ層、光吸収層、基板がそれぞ
れｐ、ｉ、ｎ領域として機能するため、高感度のｐｉｎ
型フォトダイオードに類似した構成になる。
よりワイドギャップのＩｎＡｓxＰ1 -x-yＳｂyウィンド
ウ層が格子整合し、両層の間にヘテロｐｎ接合が形成さ
れる。そして、ウィンドウ層、光吸収層、基板がそれぞ
れｐ、ｉ、ｎ領域として機能するため、高感度のｐｉｎ
型フォトダイオードに類似した構成になる。
【０００８】さらに、光吸収層は、成長メルト材料３．
２ｇ中に０．５〜１．０ｍｇのＧｄを添加して液相成長
法により形成されていてもよい。これにより、光吸収層
の成長時にＧｄが不純物を吸着するゲッター元素として
作用する。
２ｇ中に０．５〜１．０ｍｇのＧｄを添加して液相成長
法により形成されていてもよい。これにより、光吸収層
の成長時にＧｄが不純物を吸着するゲッター元素として
作用する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の断
面構成図である。
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の断
面構成図である。
【００１０】まず、本実施形態の構成を説明する。ｎ型
のＩｎＡｓ基板１の（１００）面上に厚さ約１０μｍの
低濃度ドープのｎ型ＩｎＡｓの光吸収層が形成されてい
る。その上に厚さ約１μｍのｐ型ＩｎＡｓ0.42Ｐ0.4Ｓ
ｂ0.18ウィンドウ層３が積層されている。ウィンドウ層
３の表面には、さらに、屈折率１．８、厚さ１１０ｎｍ
のＳｉＮからなる反射防止膜４が設けられており、これ
が入射面となる。基板１の入射面と反対の面には、Ａｕ
Ｇｅ／Ａｕ合金からなるｎ電極５が設けられ、入射面に
は、反射防止膜４の一部を除去してＣｒ／Ａｕ合金から
なるｐ電極６が設けられている。本実施形態では、光吸
収層２の一部から反射防止膜４までの部分の周辺部分が
除去されたいわゆる「メサ型」の構造になっている。入
射面の前面には、入射する赤外光を透過するサファイア
窓７が設置されている。
のＩｎＡｓ基板１の（１００）面上に厚さ約１０μｍの
低濃度ドープのｎ型ＩｎＡｓの光吸収層が形成されてい
る。その上に厚さ約１μｍのｐ型ＩｎＡｓ0.42Ｐ0.4Ｓ
ｂ0.18ウィンドウ層３が積層されている。ウィンドウ層
３の表面には、さらに、屈折率１．８、厚さ１１０ｎｍ
のＳｉＮからなる反射防止膜４が設けられており、これ
が入射面となる。基板１の入射面と反対の面には、Ａｕ
Ｇｅ／Ａｕ合金からなるｎ電極５が設けられ、入射面に
は、反射防止膜４の一部を除去してＣｒ／Ａｕ合金から
なるｐ電極６が設けられている。本実施形態では、光吸
収層２の一部から反射防止膜４までの部分の周辺部分が
除去されたいわゆる「メサ型」の構造になっている。入
射面の前面には、入射する赤外光を透過するサファイア
窓７が設置されている。
【００１１】ここで、本実施形態の光検出器の製作工程
について説明する。９×１１mmの基板１上に、まずＬＰ
Ｅ（液相成長法）により光吸収層２をエピタキシャル成
長させる。この際に、成長メルト３．２ｇ中に希土類で
あるＧｄを０．５〜１．０ｍｇ添加したうえで初期温度
６００℃でエピタキシャル層を成長させる。このＧｄは
残留不純物となるＳやＣを吸着するゲッター元素として
作用し、結晶の純度を向上させる。その結果、基板１の
ｎ型電子濃度が３×１０16ｃｍ-3程度あるのに対し、光
吸収層２のｎ型電子濃度は１０15ｃｍ-3オーダー以下に
まで低下し、低濃度ｎ型ドープ層となる。したがって、
光吸収層２は、ｎ領域というよりもむしろｉ領域として
機能し、光検出器は、高感度のｐｉｎ型フォトダイオー
ドに近い構成になっている。
について説明する。９×１１mmの基板１上に、まずＬＰ
Ｅ（液相成長法）により光吸収層２をエピタキシャル成
長させる。この際に、成長メルト３．２ｇ中に希土類で
あるＧｄを０．５〜１．０ｍｇ添加したうえで初期温度
６００℃でエピタキシャル層を成長させる。このＧｄは
残留不純物となるＳやＣを吸着するゲッター元素として
作用し、結晶の純度を向上させる。その結果、基板１の
ｎ型電子濃度が３×１０16ｃｍ-3程度あるのに対し、光
吸収層２のｎ型電子濃度は１０15ｃｍ-3オーダー以下に
まで低下し、低濃度ｎ型ドープ層となる。したがって、
光吸収層２は、ｎ領域というよりもむしろｉ領域として
機能し、光検出器は、高感度のｐｉｎ型フォトダイオー
ドに近い構成になっている。
【００１２】光吸収層２の形成後、Ｉｎ（７Ｎ）、Ｉｎ
Ａｓ、Ｓｂ（７Ｎ）、ＩｎＰを原材料としてウィンドウ
層３を初期温度６００℃から５９０℃へ冷却しながらエ
ピタキシャル成長させる。この時にｐ型不純物としてＺ
ｎが添加されている。ＩｎＡｓ0.42Ｐ0.4Ｓｂ0.18とＩ
ｎＡｓの格子不整合は０．０１％以下と極めて小さいの
で、良質の結晶を形成することができる。光吸収層２及
びウィンドウ層形成時の成長温度は、鏡面を得るために
正確に制御する必要がある。
Ａｓ、Ｓｂ（７Ｎ）、ＩｎＰを原材料としてウィンドウ
層３を初期温度６００℃から５９０℃へ冷却しながらエ
ピタキシャル成長させる。この時にｐ型不純物としてＺ
ｎが添加されている。ＩｎＡｓ0.42Ｐ0.4Ｓｂ0.18とＩ
ｎＡｓの格子不整合は０．０１％以下と極めて小さいの
で、良質の結晶を形成することができる。光吸収層２及
びウィンドウ層形成時の成長温度は、鏡面を得るために
正確に制御する必要がある。
【００１３】こうして形成した光吸収層２とウィンドウ
層３からなるＰＮ接合部をエッチング等により受光部直
径が１mmのメサ型デバイスに加工した上で、反射防止膜
４をプラズマＣＶＤ法によりコーティングする。その
後、裏面と入射面にｎ電極５、ｐ電極６をそれぞれ形成
する。
層３からなるＰＮ接合部をエッチング等により受光部直
径が１mmのメサ型デバイスに加工した上で、反射防止膜
４をプラズマＣＶＤ法によりコーティングする。その
後、裏面と入射面にｎ電極５、ｐ電極６をそれぞれ形成
する。
【００１４】続いて、本実施形態の動作について説明す
る。赤外光は、サファイア窓７と反射防止膜４を透過し
て、ウィンドウ層３に入射する。反射防止膜４は、膜厚
を調整することにより、所定の光波長の表面での反射を
防止することができる。波長２．５〜３μｍの赤外領域
の光に対して無反射とするためには、膜厚を１１０〜４
００ｎｍとすることが好ましい。ウィンドウ層３はエネ
ルギーギャップが０．６４ｅＶと大きいため、光子エネ
ルギーがこの値を下回る波長１．９μｍ以上の光の吸収
は起こらず、波長がこれより長い中赤外線はこのウィン
ドウ層３を透過して、ウィンドウ層３と活性層２の境界
付近に達する。
る。赤外光は、サファイア窓７と反射防止膜４を透過し
て、ウィンドウ層３に入射する。反射防止膜４は、膜厚
を調整することにより、所定の光波長の表面での反射を
防止することができる。波長２．５〜３μｍの赤外領域
の光に対して無反射とするためには、膜厚を１１０〜４
００ｎｍとすることが好ましい。ウィンドウ層３はエネ
ルギーギャップが０．６４ｅＶと大きいため、光子エネ
ルギーがこの値を下回る波長１．９μｍ以上の光の吸収
は起こらず、波長がこれより長い中赤外線はこのウィン
ドウ層３を透過して、ウィンドウ層３と活性層２の境界
付近に達する。
【００１５】光吸収層２のバンドギャップは０．３５ｅ
Ｖであり、光子エネルギーがこのバンドギャップより大
きくなる波長約３．５μｍ以下の光が吸収される。ここ
で、前述したように、光吸収層２は、不純物濃度が低
く、空乏層を含むｉ領域として機能する。この光吸収層
２では、光吸収により電子−ホール対が発生し、電子は
ｎ型領域に、ホールはｐ型領域にそれぞれ向かう。従っ
て、ｎ電極４からｐ電極６に向かって入射光量に比例し
た電流が流れる。これを外部に取り出すことにより入射
光量に応じた電気信号が得られる。光吸収層２内で発生
した電子は、光吸収層２とウィンドウ層３の界面のヘテ
ロ障壁を乗り越えることができないため、この界面での
電子とホールの再結合が減少して、感度低下を防ぐこと
ができる。さらに、ヘテロ界面は、前述したように格子
不整合がほとんどなく、結晶的に極めて良好であるた
め、界面準位の発生が抑えられて、これも感度低下を防
ぐことができる。
Ｖであり、光子エネルギーがこのバンドギャップより大
きくなる波長約３．５μｍ以下の光が吸収される。ここ
で、前述したように、光吸収層２は、不純物濃度が低
く、空乏層を含むｉ領域として機能する。この光吸収層
２では、光吸収により電子−ホール対が発生し、電子は
ｎ型領域に、ホールはｐ型領域にそれぞれ向かう。従っ
て、ｎ電極４からｐ電極６に向かって入射光量に比例し
た電流が流れる。これを外部に取り出すことにより入射
光量に応じた電気信号が得られる。光吸収層２内で発生
した電子は、光吸収層２とウィンドウ層３の界面のヘテ
ロ障壁を乗り越えることができないため、この界面での
電子とホールの再結合が減少して、感度低下を防ぐこと
ができる。さらに、ヘテロ界面は、前述したように格子
不整合がほとんどなく、結晶的に極めて良好であるた
め、界面準位の発生が抑えられて、これも感度低下を防
ぐことができる。
【００１６】本願発明者は、本実施形態の光検出器の検
出特性を従来品と比較して測定した。比較のため使用し
た従来品の光検出器は、米国ＥＧ＆Ｇ：ＪＵＤＳＯＮ社
製の検出器であり、本実施形態の光検出器としては、光
吸収層形成時にＧｄを添加したタイプ（以下、応用例１
と呼ぶ）とＧｄ未添加のタイプ（以下、応用例２と呼
ぶ）の２種類を比較した。いずれも受光面積、測定波長
領域は一致している。
出特性を従来品と比較して測定した。比較のため使用し
た従来品の光検出器は、米国ＥＧ＆Ｇ：ＪＵＤＳＯＮ社
製の検出器であり、本実施形態の光検出器としては、光
吸収層形成時にＧｄを添加したタイプ（以下、応用例１
と呼ぶ）とＧｄ未添加のタイプ（以下、応用例２と呼
ぶ）の２種類を比較した。いずれも受光面積、測定波長
領域は一致している。
【００１７】図２は、従来品と応用例１、２の３つの光
検出器について、室温（２９６Ｋ）における受光部の単
位面積及び単位周波数帯域幅あたりの信号出力比である
比検出能力Ｄ*を比較したグラフである。ここで、従来
品については、カタログ記載値であり、応用例１、２は
ともに測定値である。応用例１、２とも約２〜３．５μ
ｍの広い波長領域で波長による比検出能力の変化が少な
く、しかもこの領域全体でいずれの場合も従来品より比
検出能力が４〜５倍高くなっている。さらに、応用例１
は、応用例２よりも１．５倍程度比検出能力が高くなっ
ている。これにより、本発明の光検出器の中赤外線領域
における感度向上効果が確認された。
検出器について、室温（２９６Ｋ）における受光部の単
位面積及び単位周波数帯域幅あたりの信号出力比である
比検出能力Ｄ*を比較したグラフである。ここで、従来
品については、カタログ記載値であり、応用例１、２は
ともに測定値である。応用例１、２とも約２〜３．５μ
ｍの広い波長領域で波長による比検出能力の変化が少な
く、しかもこの領域全体でいずれの場合も従来品より比
検出能力が４〜５倍高くなっている。さらに、応用例１
は、応用例２よりも１．５倍程度比検出能力が高くなっ
ている。これにより、本発明の光検出器の中赤外線領域
における感度向上効果が確認された。
【００１８】続いて、光吸収層形成時にＧｄを添加した
効果について検討した結果を図３〜図５を参照して説明
する。図３は、応用例１、２について、室温中で単位光
量の特定波長の入射光に対して発生する光電流である受
光感度を比較したグラフである。図より、Ｇｄを添加し
て光吸収層を成長させたタイプでは、Ｇｄ未添加のケー
スに比べて、受光感度は全領域で１．５倍に拡大されて
いる。Ｇｄ添加によってＰＩＮ接合を形成したことによ
る感度向上の効果が確認された。
効果について検討した結果を図３〜図５を参照して説明
する。図３は、応用例１、２について、室温中で単位光
量の特定波長の入射光に対して発生する光電流である受
光感度を比較したグラフである。図より、Ｇｄを添加し
て光吸収層を成長させたタイプでは、Ｇｄ未添加のケー
スに比べて、受光感度は全領域で１．５倍に拡大されて
いる。Ｇｄ添加によってＰＩＮ接合を形成したことによ
る感度向上の効果が確認された。
【００１９】図４は、応用例１、２の室温における量子
効率（入射光の光子数に対する出力電子の電子数の割
合）を比較したグラフである。２〜３．５μｍの波長領
域で、Ｇｄ未添加の応用例２では、量子効率は０．４〜
０．５にとどまっているが、Ｇｄを添加することによ
り、量子効率は０．７〜０．８に向上している。図５
は、検出素子の内部量子効率が１００％の場合に、サフ
ァイア窓や反射防止膜を併用することによる外部量子効
率の変化を示したグラフである。図５より、サファイア
窓と反射防止膜により、外部量子効率は０．６〜０．８
程度に減少することを示している。図４と図５から応用
例１の検出素子本体の内部量子効率は、１００％に近い
ことがわかる。
効率（入射光の光子数に対する出力電子の電子数の割
合）を比較したグラフである。２〜３．５μｍの波長領
域で、Ｇｄ未添加の応用例２では、量子効率は０．４〜
０．５にとどまっているが、Ｇｄを添加することによ
り、量子効率は０．７〜０．８に向上している。図５
は、検出素子の内部量子効率が１００％の場合に、サフ
ァイア窓や反射防止膜を併用することによる外部量子効
率の変化を示したグラフである。図５より、サファイア
窓と反射防止膜により、外部量子効率は０．６〜０．８
程度に減少することを示している。図４と図５から応用
例１の検出素子本体の内部量子効率は、１００％に近い
ことがわかる。
【００２０】ここで、ＩｎＡｓＰＳｂ系の組成比は、Ｉ
ｎＡｓ0.42Ｐ0.4Ｓｂ0.18に限られるものではない。図
６は、ＩｎＡｓxＰ1-x-yＳｂyの組成比と、バンドギャ
ップの関係を示した図である。ＩｎＡｓＰＳｂ系では、
他の混晶系に比べてミッシビリティギャップ領域が狭い
ため、組成分離が起こりにくい。一方、ｘ＜０．４２の
領域では、結晶の成長が困難なため、ｘは０．４２以上
とする事が好ましい。この範囲では、ミッシビリティギ
ャップ領域から離れているため、安定した結晶が生成で
きる。また、光吸収層となるＩｎＡｓとの格子不整合は
できるだけ小さいことが好ましく、具体的には０．３％
以内であることが好ましい。この範囲は、図６中の破線
で挟まれた領域であり、この領域中の組成を有する場合
は、良質なウィンドウ層を形成することができる。この
条件を式で表すと、 ０．９９７ａInAs≦ｘａInAs＋ｙａInSb＋（１−ｘ−
ｙ）ａInP ｘａInAs＋ｙａInSb＋（１−ｘ−ｙ）ａInP≦１．００
３ａInAs となる。ここで、ａInAs、ａInSb、ａInPはそれぞれＩ
ｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰの格子定数であり、それぞれ
６．０５８４、６．４７９３４、５．８６８７５オング
ストロームである。これらの式を整理すると、０．９０
＜ｘ＋３．２２ｙ＜１．１０となる（端数処理のために
不等号の種類を変更している）。このうち、ｘ＞０．８
４の領域では、エネルギーギャップが小さくなって、光
子エネルギーの小さい長波長側へ吸収帯が広がって、中
赤外領域の光の吸収が起こるため、好ましくない。した
がって、ｘは０．８４以下とすることが好ましい。した
がって、最も好ましい組成比の範囲は、図６の破線で挟
まれた領域のうちの網掛けされた領域である。
ｎＡｓ0.42Ｐ0.4Ｓｂ0.18に限られるものではない。図
６は、ＩｎＡｓxＰ1-x-yＳｂyの組成比と、バンドギャ
ップの関係を示した図である。ＩｎＡｓＰＳｂ系では、
他の混晶系に比べてミッシビリティギャップ領域が狭い
ため、組成分離が起こりにくい。一方、ｘ＜０．４２の
領域では、結晶の成長が困難なため、ｘは０．４２以上
とする事が好ましい。この範囲では、ミッシビリティギ
ャップ領域から離れているため、安定した結晶が生成で
きる。また、光吸収層となるＩｎＡｓとの格子不整合は
できるだけ小さいことが好ましく、具体的には０．３％
以内であることが好ましい。この範囲は、図６中の破線
で挟まれた領域であり、この領域中の組成を有する場合
は、良質なウィンドウ層を形成することができる。この
条件を式で表すと、 ０．９９７ａInAs≦ｘａInAs＋ｙａInSb＋（１−ｘ−
ｙ）ａInP ｘａInAs＋ｙａInSb＋（１−ｘ−ｙ）ａInP≦１．００
３ａInAs となる。ここで、ａInAs、ａInSb、ａInPはそれぞれＩ
ｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰの格子定数であり、それぞれ
６．０５８４、６．４７９３４、５．８６８７５オング
ストロームである。これらの式を整理すると、０．９０
＜ｘ＋３．２２ｙ＜１．１０となる（端数処理のために
不等号の種類を変更している）。このうち、ｘ＞０．８
４の領域では、エネルギーギャップが小さくなって、光
子エネルギーの小さい長波長側へ吸収帯が広がって、中
赤外領域の光の吸収が起こるため、好ましくない。した
がって、ｘは０．８４以下とすることが好ましい。した
がって、最も好ましい組成比の範囲は、図６の破線で挟
まれた領域のうちの網掛けされた領域である。
【００２１】また、Ｇｄの添加量を増やしすぎると、Ｇ
ｄ自体が光吸収層中の不純物として機能するため、好ま
しくない。本願発明者は、添加するＧｄの適正な量を把
握するため、ＩｎＡｓ／ＩｎＡｓホモ構造において異な
るＧｄ添加量で光吸収層を形成させた２種類の光検出器
について感度特性を比較した。その比較結果を図７に示
す。成長メルト材料３．２ｇに対するＧｄ添加量を０．
７ｍｇから１．４ｍｇに増やすと、感度は２０％ほど低
下している。したがって、Ｇｄの添加量としては、大き
な感度低下の起こらない１ｍｇ以下が好ましい。一方、
結晶成長時にＧｄを確実にゲッタ元素として機能させる
ためには、添加量は０．５ｍｇ以上であることが好まし
い。
ｄ自体が光吸収層中の不純物として機能するため、好ま
しくない。本願発明者は、添加するＧｄの適正な量を把
握するため、ＩｎＡｓ／ＩｎＡｓホモ構造において異な
るＧｄ添加量で光吸収層を形成させた２種類の光検出器
について感度特性を比較した。その比較結果を図７に示
す。成長メルト材料３．２ｇに対するＧｄ添加量を０．
７ｍｇから１．４ｍｇに増やすと、感度は２０％ほど低
下している。したがって、Ｇｄの添加量としては、大き
な感度低下の起こらない１ｍｇ以下が好ましい。一方、
結晶成長時にＧｄを確実にゲッタ元素として機能させる
ためには、添加量は０．５ｍｇ以上であることが好まし
い。
【００２２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ＩｎＡｓ光吸収層上にこの光吸収層よりもエネルギーギ
ャップの大きいＩｎＡｓＰＳｂ系混晶層を格子整合させ
てウィンドウ層として形成しているので、中赤外線は、
ウィンドウ層を透過して、光吸収層で効率的に光電変換
され、室温でも高感度とすることができる。さらに、ヘ
テロ接合を有しているため、光吸収層で発生したキャリ
アがウィンドウ層に移動して再結合するのを防ぎ、感度
低下が起こりにくい。
ＩｎＡｓ光吸収層上にこの光吸収層よりもエネルギーギ
ャップの大きいＩｎＡｓＰＳｂ系混晶層を格子整合させ
てウィンドウ層として形成しているので、中赤外線は、
ウィンドウ層を透過して、光吸収層で効率的に光電変換
され、室温でも高感度とすることができる。さらに、ヘ
テロ接合を有しているため、光吸収層で発生したキャリ
アがウィンドウ層に移動して再結合するのを防ぎ、感度
低下が起こりにくい。
【００２３】また、ＬＰＥによる光吸収層形成時に成長
メルトにＧｄを添加することにより、光吸収層内部の不
純物濃度が低下して、光吸収層をｉ領域とすることによ
り、ＰＩＮ接合に類似した構造となり、入射光に対する
感度が向上する。
メルトにＧｄを添加することにより、光吸収層内部の不
純物濃度が低下して、光吸収層をｉ領域とすることによ
り、ＰＩＮ接合に類似した構造となり、入射光に対する
感度が向上する。
【図１】本発明の一実施形態の断面構成図である。
【図２】本発明の実施形態と従来品の比検出能力を比較
したグラフである。
したグラフである。
【図３】本発明の実施形態においてＧｄ添加の有無によ
る受光感度を比較したグラフである。
る受光感度を比較したグラフである。
【図４】本発明の実施形態においてＧｄ添加の有無によ
る量子効率を比較したグラフである。
る量子効率を比較したグラフである。
【図５】本発明の実施形態においてサファイア窓等によ
る外部量子効率の変化を示したグラフである。
る外部量子効率の変化を示したグラフである。
【図６】ＩｎＡｓxＰ1-x-yＳｂyの組成比と、バンドギ
ャップの関係を示した図である。
ャップの関係を示した図である。
【図７】ホモ構造の検出器においてＧｄ添加量の違いに
よる感度特性の変化を比較したグラフである。
よる感度特性の変化を比較したグラフである。
【図８】従来の中赤外領域光検出器の断面構成図であ
る。
る。
１…基板、２…光吸収層、３…ウィンドウ層、４…反射
防止膜、５…ｎ電極、６…ｐ電極、７…サファイア窓、
８…ｐ型ドープ層。
防止膜、５…ｎ電極、６…ｐ電極、７…サファイア窓、
８…ｐ型ドープ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 十六夫 静岡県浜松市城北３丁目５番地の１ 静岡 大学電子工学研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも表面がｎ型ＩｎＡｓからなる
基板と、 前記基板上にエピタキシャル成長された低濃度ｎ型ドー
プのＩｎＡｓからなる光吸収層と、 前記光吸収層上にエピタキシャル成長させたｐ型ドープ
のＩｎＡｓxＰ1-x-yＳｂy（０．４２≦ｘ≦０．８４、
０．９０＜ｘ＋３．２２ｙ＜１．１０）からなるウィン
ドウ層と、 を備える光検出器。 - 【請求項２】 前記光吸収層は、成長メルト材料３．２
ｇ中に０．５〜１．０ｍｇのＧｄを添加して液相成長法
により形成されていることを特徴とする請求項１記載の
光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9033924A JPH10233523A (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9033924A JPH10233523A (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 光検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10233523A true JPH10233523A (ja) | 1998-09-02 |
Family
ID=12400077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9033924A Pending JPH10233523A (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10233523A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000019543A1 (fr) * | 1998-09-29 | 2000-04-06 | Seiko Epson Corporation | Photodiode et systeme de communication optique |
| WO2008026536A1 (fr) | 2006-08-29 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodétecteur et procédé de fabrication d'un photodétecteur |
| US7768048B2 (en) | 2003-09-09 | 2010-08-03 | Asahi Kasei Emd Corporation | Infrared sensor IC, and infrared sensor and manufacturing method thereof |
-
1997
- 1997-02-18 JP JP9033924A patent/JPH10233523A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000019543A1 (fr) * | 1998-09-29 | 2000-04-06 | Seiko Epson Corporation | Photodiode et systeme de communication optique |
| US7768048B2 (en) | 2003-09-09 | 2010-08-03 | Asahi Kasei Emd Corporation | Infrared sensor IC, and infrared sensor and manufacturing method thereof |
| WO2008026536A1 (fr) | 2006-08-29 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodétecteur et procédé de fabrication d'un photodétecteur |
| JP2008060161A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出器及び光検出器の製造方法 |
| US8101940B2 (en) | 2006-08-29 | 2012-01-24 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector and method for manufacturing photodetector |
| US8263966B2 (en) | 2006-08-29 | 2012-09-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector and method for manufacturing photodetector |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060912 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060926 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070220 |