JPH11177119A - Photodiode and its manufacture - Google Patents
Photodiode and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH11177119A JPH11177119A JP9345162A JP34516297A JPH11177119A JP H11177119 A JPH11177119 A JP H11177119A JP 9345162 A JP9345162 A JP 9345162A JP 34516297 A JP34516297 A JP 34516297A JP H11177119 A JPH11177119 A JP H11177119A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- junction
- photodiode
- group iii
- iii nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン(Si)基
板上にIII 族窒化物(Alx Iny Ga1-x-y N )層が積層さ
れたpn接合型のフォトダイオードに関し、特にSiフォト
ダイオードにおいては光感度が低下する400nm以下の
波長域においても高い光感度を有するフォトダイオード
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is silicon (Si) III-nitride on the substrate (Al x In y Ga 1- xy N) layer relates photodiode of pn junction type stacked, particularly Si photodiode The present invention relates to a photodiode having high photosensitivity even in a wavelength region of 400 nm or less in which photosensitivity decreases.
【0002】[0002]
【従来の技術】Alx Iny Ga1-x-y N (ただし0≦x ,y
≦1、0≦x +y ≦1)系青色発光ダイオード(LE
D)は、分析機器や医療機器等の光源として使用され始
めている。これに対応して、短波長域にも光感度を有す
る受光素子が必要となる。一般的な受光素子としてとし
ては、フォトダイオードである。2. Description of the Related Art Al x In y Ga 1-xy N (where 0 ≦ x, y
≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) blue light emitting diode (LE
D) has begun to be used as a light source for analytical instruments and medical instruments. Correspondingly, a light receiving element having photosensitivity even in a short wavelength region is required. As a general light receiving element, a photodiode is used.
【0003】フォトダイオードには、波長域に対応して
シリコン(Si)フォトダイオード、ガリウム燐(GaP )
フォトダイオード、そしてガリウム砒素(GaAs)フォト
ダイオードが市販化されており、柴外光から赤外光まで
の比較的広い波長範囲を検出する場合には、pn接合型の
Siフォトダイオードが使われている。pn接合型のSiフォ
トダイオードは簡便で安価であり、広く用いられてい
る。[0003] Photodiodes include silicon (Si) photodiodes and gallium phosphide (GaP) corresponding to the wavelength range.
Photodiodes and gallium arsenide (GaAs) photodiodes are commercially available, and when detecting a relatively wide wavelength range from infrared light to infrared light, a pn junction type
Si photodiodes are used. A pn junction type Si photodiode is simple, inexpensive, and widely used.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】pn接合型のフォトダイ
オードの光感度、および検出波長域は、基本的にその材
料の光吸収係数αに依存する。光感度の長波長側の限界
は材料の光学ギャップよって決定され、一方、短波長側
の限界は、光侵入長(1/α)と受光表面から空乏層ま
での距離との兼ね合いによって決まる。Siなどの光学ギ
ャップの狭い材料(Siの光学ギャップは室温で1.1e
V)を使ったフォトダイオードにおいて、短波長域まで
受光感度を持たせるためには、光侵入長が短くなるた
め、pn接合を受光面から浅い位置に形成し、空乏層を受
光面近傍まで延ばす必要がある。図7は従来の広域測光
用のpn接合型Siフォトダイオードの分光感度のグラフで
ある。このように、紫外から可視光までの広域測光用と
して、pn接合が受光面から浅い位置に形成されたSiフォ
トダイオードにおいても、その受光感度特性は400nm
以下の短波長側で低下しており、広域測光に適用するに
は問題がある。The light sensitivity and detection wavelength range of a pn junction type photodiode basically depend on the light absorption coefficient α of the material. The long wavelength limit of light sensitivity is determined by the optical gap of the material, while the short wavelength limit is determined by a balance between the light penetration length (1 / α) and the distance from the light receiving surface to the depletion layer. Narrow optical gap material such as Si (Si optical gap is 1.1e at room temperature
In a photodiode using V), in order to have light receiving sensitivity up to a short wavelength region, the light penetration length is short, so a pn junction is formed at a shallow position from the light receiving surface, and the depletion layer is extended to near the light receiving surface. There is a need. FIG. 7 is a graph of the spectral sensitivity of a conventional pn junction type Si photodiode for wide area photometry. As described above, even for a Si photodiode in which the pn junction is formed at a position shallow from the light-receiving surface for wide-range photometry from ultraviolet to visible light, the light-receiving sensitivity characteristic is 400 nm.
There is a drop in the following short wavelength side, and there is a problem when applied to wide area photometry.
【0005】Alx Iny Ga1-x-y N 系材料はその組成を制
御して、InN の1.9eVからAlN の6.2eVまで幅広く
任意の光学ギャップを得ることができ、しかもシリコン
やマグネシウム等の不純物を添加することにより価電子
制御ができることが、サファイア基板へのエピタキシャ
ル成長層から確認できるようになってきた。しかし、Si
基板にこれらのIII 族窒化物を用いた、光感度が紫外域
から赤外光域までの広い波長域に光感度を有する光検出
半導体装置はまだ実現されていなかった。The composition of the Al x In y Ga 1-xy N-based material can be controlled so that an arbitrary optical gap can be obtained in a wide range from 1.9 eV of InN to 6.2 eV of AlN. It has become possible to confirm from the epitaxially grown layer on the sapphire substrate that valence electrons can be controlled by adding the impurity. But Si
A photodetection semiconductor device using such a group III nitride as a substrate and having light sensitivity in a wide wavelength range from an ultraviolet region to an infrared region has not been realized yet.
【0006】本発明の目的は、Siフォトダイオードの長
波長域の光感度と同時に400nm以下の短波長域におい
ても高い光感度を有する、広域測光に適したフォトダイ
オードとその製造方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photodiode suitable for wide-area photometry, which has high photosensitivity in a short wavelength region of 400 nm or less as well as a long wavelength region of a Si photodiode. It is.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、pn接合を有し、pn接合により形成された空乏層内
に発生した光キャリアにより光検出を行うフォトダイオ
ードにおいて、前記pn接合は第1導電型のシリコン基板
と第2導電型のIII 族窒化物(Alx Iny Ga1-x- y N 、た
だし0≦x ,y ≦1、0≦x +y ≦1)層とからなり、
シリコン側の空乏層に発生した光キャリアによる長波長
側の光感度と、III 族窒化物層側の空乏層に発生した光
キャリアによる短波長側の光感度とを併せもつこととす
る。In order to achieve the above object, in a photodiode having a pn junction and performing photodetection by photocarriers generated in a depletion layer formed by the pn junction, the photodiode comprises: from the silicon substrate and the group III nitride of the second conductivity type of a first conductivity type (Al x in y Ga 1- x- y N, provided that 0 ≦ x, y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1) and the layer Become
The light sensitivity on the long wavelength side due to the photocarriers generated in the depletion layer on the silicon side and the light sensitivity on the short wavelength side due to the photocarriers generated in the depletion layer on the group III nitride layer side shall be provided.
【0008】pn接合を有し、pn接合により形成された空
乏層内に発生した光キャリアにより光検出を行うフォト
ダイオードにおいて、第1導電型のシリコン基板表面に
形成された第2導電型のシリコン層からなる第1のpn接
合と、第2導電型のシリコン層上にさらに第1導電型の
III 族窒化物(Alx Iny Ga1-x-y N 、ただし0≦x ,y
≦1、0≦x +y ≦1)層および第2導電型のIII 族窒
化物層からなる第2のpn接合が形成されており、シリコ
ンpn接合の空乏層に発生した光キャリアによる長波長側
の光感度と、III 族窒化物層pn接合の空乏層に発生した
光キャリアによる短波長側の光感度とを併せもつことと
する。In a photodiode having a pn junction and performing photodetection by photocarriers generated in a depletion layer formed by the pn junction, a photodiode of a second conductivity type formed on a surface of a silicon substrate of a first conductivity type A first pn junction comprising a first conductive layer and a first conductive type silicon layer on the second conductive type silicon layer.
Group III nitride (Al x In y Ga 1-xy N, where 0 ≦ x, y
≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) layer and a second pn junction composed of a second conductivity type group III nitride layer, and a longer wavelength side due to photocarriers generated in a depletion layer of the silicon pn junction. And the photosensitivity on the short wavelength side due to photocarriers generated in the depletion layer of the group III nitride layer pn junction.
【0009】前記シリコン基板と前記III 族窒化物層の
間にはIII 族窒化物からなる低温バッファ層が介在して
いると良い。上記のフォトダイオードの製造方法におい
て、前記III 族窒化物層は分子線エピタキシャルによっ
て形成されると良い。本発明によれば、Si基板にIII 族
窒化物層を形成して、Siとのヘテロpn接合を形成したの
で、空乏層はIII 族窒化物とSiの両側に形成される。II
I 族窒化物側から入射した短波長光はIII 族窒化物の空
乏層内で光キャリアを発生させ、より長波長光はIII 族
窒化物層を透過してSiの空乏層内で光キャリアを発生さ
せる。従って、1つの接合で両半導体の光感度の高い波
長域にわたる光感度を実現できる。Preferably, a low-temperature buffer layer made of a group III nitride is interposed between the silicon substrate and the group III nitride layer. In the above method for manufacturing a photodiode, the group III nitride layer is preferably formed by molecular beam epitaxy. According to the present invention, since the group III nitride layer is formed on the Si substrate to form a hetero pn junction with Si, depletion layers are formed on both sides of the group III nitride and Si. II
Short-wavelength light incident from the Group I nitride side generates photocarriers in the Group III nitride depletion layer, and longer wavelength light transmits through the Group III nitride layer to generate photocarriers in the Si depletion layer. generate. Therefore, light sensitivity over a wavelength range in which both semiconductors have high light sensitivity can be realized by one junction.
【0010】また、Siから成るpn接合とIII 族窒化物の
pn接合が直列接続されたタンデム構造のフォトダイオー
ドにおいても、より長波長光はIII 族窒化物層を透過し
てSiのpn接合に到達するので、上記のヘテロ接合のフォ
トダイオードと同様に1つフォトダイオードで両半導体
の光感度の高い波長域にわたる光感度を実現できる。ま
た、用途に応じてAlx Iny Ga1-x-y N の組成を変化する
ことにより、400nm近傍における光感度の立ち上がり
波長を変化させることができる。GaN に対して、x =0
としy を増加した場合には長波長側へ、そしてy =0と
しy を増加することにより短波長側へそれぞれシフトさ
せることができる。Also, a pn junction made of Si and a group III nitride
In a tandem photodiode in which pn junctions are connected in series, longer-wavelength light passes through the group III nitride layer and reaches the pn junction of Si. The photodiode can realize light sensitivity over a wavelength range in which both semiconductors have high light sensitivity. Also, by changing the composition of Al x In y Ga 1 -xy N according to the application, the rising wavelength of the photosensitivity in the vicinity of 400 nm can be changed. X = 0 for GaN
When y is increased, the wavelength can be shifted to the longer wavelength side, and when y = 0, the wavelength can be shifted to the shorter wavelength side by increasing y.
【0011】また、Si基板上に薄い低温バッファ層を形
成してから、導電型を制御したIII族窒化物層を形成す
るので、窒化物層の結晶性は良く光キャリアの寿命は長
くフォトダイオードの光感度は高いことが期待できる。
この低温バッファ層は、一般的には400〜600℃で
形成される。バッファ層が存在しないと、III 族窒化物
層に粒成長が生じる場合があるが、バッファ層は、それ
自体の結晶性は悪いが、いわゆる「ぬれ性」の良い層な
ので、バッファ層を設けることにより、III 族窒化物層
における粒成長が抑えられる。Further, since a thin low-temperature buffer layer is formed on a Si substrate and then a group III nitride layer having a controlled conductivity type is formed, the crystallinity of the nitride layer is good and the life of photocarriers is long and the photodiode has a long life. Can be expected to have high light sensitivity.
This low temperature buffer layer is generally formed at 400 to 600 ° C. If there is no buffer layer, grain growth may occur in the group III nitride layer.However, although the buffer layer itself has poor crystallinity, it is a layer with good so-called "wettability". Thereby, grain growth in the group III nitride layer is suppressed.
【0012】また、上記の各III 族窒化物層を分子線エ
ピタキシャル(MBE)により形成するので、組成や不
純物添加の制御性が良く、良い結晶性と光感度の最適化
を実施できる。Further, since each of the above-mentioned group III nitride layers is formed by molecular beam epitaxy (MBE), the composition and the controllability of the addition of impurities are good, and good crystallinity and optimization of photosensitivity can be performed.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】実施例1 p 型Siを基板として、その上にn 型のGaN (Alx Iny Ga
1-x-y N におけるx=y=0 )を形成し、n 型GaN /p 型Si
からなるヘテロpn接合を作製した。図1は本発明に係る
n 型GaN /p 型Siのヘテロpn接合フォトダイオードの斜
視図である。製造工程に従って層構成を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 An n-type GaN (Al x In y Ga
X = y = 0) in 1-xy N is formed and n-type GaN / p-type Si
A hetero pn junction consisting of FIG. 1 relates to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of an n-type GaN / p-type Si hetero pn junction photodiode. The layer configuration will be described according to the manufacturing process.
【0014】キャリア濃度1017cm-3のp 型のSi(1,1,
1)面ウェハーを第1導電型の基板1として用いた。先
ず、Si基板をフッ酸洗浄した後、真空中で基板温度を8
00℃とし、1分間の予備加熱を行い表面を清浄化し
た。以下のGaN 層は分子線エピタキシャル(MBE)に
より形成した。基板温度を500℃に下げ、Gaをエフュ
ージョンセルから、また窒素ラジカルをラジカル源から
同時に照射することにより、厚さ1.2nmのGaN からな
る低温バッファー層2aを形成した。その後、エフュー
ジョンセルのシャッターを閉めることによりGaの供給を
停止し、基板温度を急速に800℃まで上昇した。そし
て、GaおよびドナーとするSiを窒素ラジカルと同時に照
射することにより、n 型GaN 層(第2導電型のIII 族窒
化物層2b)を形成し、n 型GaN /p 型Siのヘテロpn接
合を作製した。n 型GaN 層の層厚は1μm であり、キャ
リア濃度は1×1018cm-3である。A p-type Si (1,1,1) having a carrier concentration of 10 17 cm -3 .
1) A surface wafer was used as the substrate 1 of the first conductivity type. First, after cleaning the Si substrate with hydrofluoric acid, the substrate temperature was reduced to 8 in vacuum.
The temperature was set to 00 ° C., and preheating was performed for 1 minute to clean the surface. The following GaN layers were formed by molecular beam epitaxy (MBE). By lowering the substrate temperature to 500 ° C. and simultaneously irradiating Ga from the effusion cell and nitrogen radicals from the radical source, a low-temperature buffer layer 2a made of GaN and having a thickness of 1.2 nm was formed. Thereafter, the supply of Ga was stopped by closing the shutter of the effusion cell, and the substrate temperature was rapidly increased to 800 ° C. Then, the n-type GaN layer (the second conductivity type group III nitride layer 2b) is formed by simultaneously irradiating Ga and Si as a donor with nitrogen radicals, thereby forming an n-type GaN / p-type Si hetero pn junction. Was prepared. The layer thickness of the n-type GaN layer is 1 μm, and the carrier concentration is 1 × 10 18 cm −3 .
【0015】上記のn 型GaN /p 型Siのヘテロpn接合に
オーミック電極としてそれぞれIII族窒化物側電極3お
よび基板側電極4を形成し、フォトダイオードを作製し
た。電極材料としては、n 型GaN にはTi(厚さ50nm)
/Al(厚さ300nm)、SiにはTi(厚さ100nm)/ N
i(厚さ400nm)/Au(厚さ300nm)をそれぞれ用
いた。これらの電極はともにスパッタリングにより形成
した。n 型GaN 側を受光面とするため、GaN 側電極3は
受光面を囲む四角いリング状にパターンニングし、Si基
板の裏面は全面を電極面とした。A group III nitride-side electrode 3 and a substrate-side electrode 4 were formed as ohmic electrodes at the n-type GaN / p-type Si hetero pn junction, respectively, to produce a photodiode. For electrode material, n-type GaN is Ti (50 nm thick)
/ Al (thickness 300nm), Si for Ti (thickness 100nm) / N
i (thickness: 400 nm) / Au (thickness: 300 nm). Both of these electrodes were formed by sputtering. In order to use the n-type GaN side as the light receiving surface, the GaN side electrode 3 was patterned in a square ring shape surrounding the light receiving surface, and the entire back surface of the Si substrate was used as the electrode surface.
【0016】一方、同様な成層方法により、サファイア
(0,0,0,1) 面基板上にn 型GaN を形成し光電流を測定し
た。測定には、n 型GaN 表面に1mmの間隔をあけた1対
のオーミック電極を形成し、電極間に電圧5V を印加し
た状態で、電極の間に光を照射した。図2はサファイア
基板上のn 型GaN 層の光電流の照射光の波長依存性を示
すグラフである。GaN の光学ギャップ以上、即ちSiフォ
トダイオードの光感度が低下する短波長領域で、光電流
は急激に増加していることが判る。On the other hand, sapphire is formed by a similar stratification method.
The n-type GaN was formed on a (0,0,0,1) plane substrate and the photocurrent was measured. For the measurement, a pair of ohmic electrodes were formed on the n-type GaN surface at intervals of 1 mm, and light was irradiated between the electrodes while a voltage of 5 V was applied between the electrodes. FIG. 2 is a graph showing the wavelength dependence of the irradiation light of the photocurrent of the n-type GaN layer on the sapphire substrate. It can be seen that the photocurrent sharply increases above the optical gap of GaN, that is, in the short wavelength region where the photosensitivity of the Si photodiode decreases.
【0017】図3は本発明に係るn 型GaN /p 型Siのヘ
テロpn接合フォトダイオードの光感度の波長依存性を示
すグラフである。ヘテロpn接合構造では、GaN とSiとの
格子不整合に起因して、n 型GaN とp 型Si界面に多量の
界面準位が形成され、このため図2から期待されるGaN
光学ギャップ以上での光感度の急激な立ち上がりは観測
されないが、長波長域ではSiフォトダイオードと同程度
の光感度を示すと共に、400nm以下での短波長域での
光感度は図7に示したSiフォトダイオードの光感度より
遙に大きくなっていることは明らかである。 実施例2 実施例1における導電型を逆としたp 型GaN /n 型Siヘ
テロpn接合フォトダイオードを作製した。層構成は図1
と同じであり、第1導電型はn 型である。FIG. 3 is a graph showing the wavelength dependence of the light sensitivity of the n-type GaN / p-type Si hetero pn junction photodiode according to the present invention. In the hetero pn junction structure, a large amount of interface states are formed at the interface between n-type GaN and p-type Si due to the lattice mismatch between GaN and Si.
Although no sharp rise in light sensitivity is observed above the optical gap, the light sensitivity in the long wavelength region is comparable to that of the Si photodiode, and the light sensitivity in the short wavelength region below 400 nm is shown in FIG. Obviously, the sensitivity is much higher than that of the Si photodiode. Example 2 A p-type GaN / n-type Si hetero pn junction photodiode having the opposite conductivity type in Example 1 was produced. Fig. 1
And the first conductivity type is n-type.
【0018】キャリア濃度1017cm-3のn 型の(1,1,1)
面Si基板を用い、III 族窒化物層の成層方法は実施例1
と同様にして、Si基板上にp 型GaN を形成した。バッフ
ァー層形成後、基板温度を720℃とし、Ga、アクセプ
ターとしてのMgおよび窒素ラジカルを同時に照射するこ
とにより、p 型GaN を形成した。層厚は1μm とした。
同様にIII 族窒化物側電極には窓をあけた。An n-type (1,1,1) having a carrier concentration of 10 17 cm -3
The method for forming a group III nitride layer using a planar Si substrate is described in Example 1.
In the same manner as described above, p-type GaN was formed on a Si substrate. After the formation of the buffer layer, the substrate temperature was set to 720 ° C., and Ga, Mg as an acceptor, and nitrogen radicals were simultaneously irradiated to form p-type GaN. The layer thickness was 1 μm.
Similarly, a window was opened in the group III nitride side electrode.
【0019】また、実施例1と同様にサファイア基板上
にp 型GaN 層を形成し、光電流の評価を行った。図4は
サファイア基板上のp 型GaN 層の光電流の照射光の波長
依存性を示すグラフである。図2に示したn 型GaN の特
性と比較して、長波長領域での光電流は大きくなってい
るが、n 型GaN と同様に、GaN の光学ギャップ以上、即
ちSiフォトダイオードの光感度が低下する短波長領域
で、光電流は急激に増加していることが判る。In the same manner as in Example 1, a p-type GaN layer was formed on a sapphire substrate, and the photocurrent was evaluated. FIG. 4 is a graph showing the wavelength dependence of the irradiation light of the photocurrent of the p-type GaN layer on the sapphire substrate. Compared to the characteristics of n-type GaN shown in FIG. 2, the photocurrent in the long wavelength region is larger. However, similar to n-type GaN, the light sensitivity is larger than the optical gap of GaN, that is, the light sensitivity of the Si photodiode. It can be seen that the photocurrent sharply increases in the decreasing short wavelength region.
【0020】このpnヘテロ接合フォトダイオードにおい
ても、実施例1の図3に示される光感度特性と同様に、
短波長域で高感度であることが確認できた。 実施例3 他の層構成のフォトダイオードとして、Siからなるpn接
合上にさらにGaN からなるpn接合を形成したタンデム型
フォトダイオードを作製した。Also in this pn heterojunction photodiode, similar to the light sensitivity characteristic shown in FIG.
It was confirmed that the sensitivity was high in a short wavelength range. Example 3 As a photodiode having another layer configuration, a tandem photodiode in which a pn junction made of GaN was further formed on a pn junction made of Si was manufactured.
【0021】図5は本発明に係るタンデム型フォトダイ
オードの斜視図である。製造工程に従って層構成を説明
する。はじめに、n 型の(1,1,1) 面Si基板1に熱拡散に
より、B を拡散し表面より約1μm の領域をp 型の層
(第2導電型Si層1a)とした。そして、MBE法によ
り、実施例1と同じ条件で厚さ1.2nmの低温バッファ
層2a、Siを添加したn型GaN 層(第1導電型III 族窒
化物層2b)を厚さ1μm 形成し、その上にMgを添加し
たp 型GaN 層(第2導電型III 族窒化物層2c)を厚さ
1μm 形成した。その後、p 型GaN 上に、 Ni(200
nm)/Au(300nm)をスパッタリングにより形成し、
パターンニングにより窓をあけてから、窒素雰囲気中4
00℃、10分間の熱処理を行いオーミック接触のIII
族窒化物側電極3を得た。一方、Si側はTi/Ni/Au層をス
パッタリングにより形成し、これをオーミックの基板側
電極4とした。FIG. 5 is a perspective view of a tandem photodiode according to the present invention. The layer configuration will be described according to the manufacturing process. First, B was diffused into the n-type (1,1,1) plane Si substrate 1 by thermal diffusion, and a region about 1 μm from the surface was formed as a p-type layer (second conductivity type Si layer 1a). Then, a low-temperature buffer layer 2a having a thickness of 1.2 nm and an n-type GaN layer (first conductivity type group III nitride layer 2b) doped with Si are formed to a thickness of 1 μm under the same conditions as in Example 1 by MBE. Then, a p-type GaN layer (second conductivity type group III nitride layer 2c) doped with Mg was formed thereon to a thickness of 1 μm. After that, Ni (200
nm) / Au (300 nm) by sputtering,
After opening the window by patterning, in a nitrogen atmosphere 4
Heat treatment at 00 ° C for 10 minutes to form ohmic contact III
A group nitride side electrode 3 was obtained. On the other hand, on the Si side, a Ti / Ni / Au layer was formed by sputtering, and this was used as an ohmic substrate-side electrode 4.
【0022】図6は本発明に係るタンデム型のフォトダ
イオードの光感度の波長依存性を示すグラフである。タ
ンデム型を採用することにより、のフォトダイオードの
400nm以下の波長域の光感度はSiフォトダイオードに
較べ約4倍向上していることが判る。FIG. 6 is a graph showing the wavelength dependence of the light sensitivity of the tandem photodiode according to the present invention. It can be seen that the adoption of the tandem type improves the photosensitivity of the photodiode in the wavelength region of 400 nm or less as compared with the Si photodiode by about four times.
【0023】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、pn接合を有し、pn接合
により形成された空乏層内に発生した光キャリアにより
光検出を行うフォトダイオードにおいて、前記pn接合は
第1導電型のシリコン基板と第2導電型のIII 族窒化物
(Alx Iny Ga1-x-y N 、ただし0≦x ,y ≦1、0≦x
+y ≦1)層とからなり、シリコン側の空乏層に発生し
た光キャリアによる長波長側の光感度と、III 族窒化物
層側の空乏層に発生した光キャリアによる短波長側の光
感度とを併せもたせるようにしたため、長波長域ではシ
リコンフォトダイオードの光感度を保持し、短波長域で
はIII 族窒化物層に起因するシリコンのみのpn接合を有
するシリコンフォトダイオードよりも高い高感度を有す
る広い波長域にわたる光感度を得ることができる。According to the present invention, in a photodiode having a pn junction and performing photodetection by photocarriers generated in a depletion layer formed by the pn junction, the pn junction is silicon of the first conductivity type. substrate and the group III nitride of the second conductivity type (Al x in y Ga 1- xy N, provided that 0 ≦ x, y ≦ 1,0 ≦ x
+ Y.ltoreq.1) layer, and the light sensitivity on the long wavelength side due to the photocarriers generated in the depletion layer on the silicon side and the light sensitivity on the short wavelength side due to the photocarriers generated in the depletion layer on the group III nitride layer side. In the long wavelength region, the photosensitivity of the silicon photodiode is maintained, and in the short wavelength region, the sensitivity is higher than that of a silicon photodiode having a pn junction of only silicon caused by the group III nitride layer. Light sensitivity over a wide wavelength range can be obtained.
【0024】また、第1導電型のシリコン基板上の第2
導電型のシリコン層上にさらに第1導電型のIII 族窒化
物層と第2導電型のIII 族窒化物からなるpn接合を積層
して、タンデム型のフォトダイオードとしたので、この
フォトダイオードは上記と同様の作用により、シリコン
pn接合とIII 族窒化物pn接合の両者の光感度の高い波長
域にわたって高い光感度を有する。Also, the second conductive type silicon substrate
A tandem photodiode is formed by further laminating a first-conductivity-type III-nitride layer and a second-conductivity-type III-nitride on the first-conductivity-type silicon layer to form a tandem-type photodiode. By the same action as above, silicon
Both the pn junction and the group III nitride pn junction have high photosensitivity over a wavelength range where photosensitivity is high.
【0025】また、Si基板上へIII 族窒化物層の形成
を、MBEによって行うことにしたので、結晶性は良好
でありまたIII 族窒化物への不純物添加の制御が確実と
なり、特性の良いフォトダイオードを得ることができ
る。また、本発明に係る光感度波長域の広いフォトダイ
オードは分光器他分光機能を必要とする種々の光学機器
の受光素子として適用範囲が広い。Further, since the group III nitride layer is formed on the Si substrate by MBE, the crystallinity is good, the control of the addition of impurities to the group III nitride is ensured, and the characteristics are good. A photodiode can be obtained. Further, the photodiode according to the present invention having a wide photosensitivity wavelength range has a wide range of application as a light receiving element of various optical devices requiring a spectroscope and other spectroscopic functions.
【図1】本発明に係るn 型GaN /p 型Siのヘテロpn接合
フォトダイオードの斜視図FIG. 1 is a perspective view of an n-type GaN / p-type Si hetero pn junction photodiode according to the present invention.
【図2】サファイア基板上のn 型GaN 層の光電流の照射
光の波長依存性を示すグラフFIG. 2 is a graph showing wavelength dependence of irradiation light of photocurrent of an n-type GaN layer on a sapphire substrate.
【図3】本発明に係るn 型GaN /p 型Siのヘテロpn接合
フォトダイオードの光感度の波長依存性を示すグラフFIG. 3 is a graph showing the wavelength dependence of the optical sensitivity of an n-type GaN / p-type Si hetero pn junction photodiode according to the present invention.
【図4】サファイア基板上のp 型GaN 層の光電流の照射
光の波長依存性を示すグラフFIG. 4 is a graph showing wavelength dependence of irradiation light of photocurrent of a p-type GaN layer on a sapphire substrate.
【図5】本発明に係るタンデム型フォトダイオードの斜
視図FIG. 5 is a perspective view of a tandem photodiode according to the present invention.
【図6】本発明に係るタンデム型のフォトダイオードの
光感度の波長依存性を示すグラフFIG. 6 is a graph showing the wavelength dependence of light sensitivity of a tandem photodiode according to the present invention.
【図7】従来の広域測光用のpn接合型Siフォトダイオー
ドの分光感度のグラフFIG. 7 is a graph of the spectral sensitivity of a conventional pn junction type Si photodiode for wide area photometry.
1 第1導電型基板(Si基板) 1a 第2導電型Si層 2a バッファ層 2b 第2導電型III 族窒化物層 2c 第1導電型III 族窒化物層() 3 III 族窒化物層側電極 4 Si基板側電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st conductivity type board | substrate (Si substrate) 1a 2nd conductivity type Si layer 2a Buffer layer 2b 2nd conductivity type group III nitride layer 2c 1st conductivity type group III nitride layer () 3 Group III nitride layer side electrode 4 Si substrate side electrode
Claims (4)
乏層内に発生した光キャリアにより光検出を行うフォト
ダイオードにおいて、前記pn接合は第1導電型のシリコ
ン基板と第2導電型のIII 族窒化物(Alx Iny Ga1-x-y
N 、ただし0≦x ,y ≦1、0≦x +y ≦1)層とから
なり、シリコン側の空乏層に発生した光キャリアによる
長波長側の光感度と、III 族窒化物層側の空乏層に発生
した光キャリアによる短波長側の光感度とを併せもつこ
とを特徴とするフォトダイオード。1. A photodiode having a pn junction and performing photodetection by photocarriers generated in a depletion layer formed by the pn junction, wherein the pn junction is a silicon substrate of a first conductivity type and a second conductivity type. Group III nitrides (Al x In y Ga 1-xy
N, provided that 0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) layers, and the photosensitivity on the long wavelength side due to the photocarriers generated in the depletion layer on the silicon side and the depletion on the group III nitride layer side A photodiode having both light sensitivity on the short wavelength side due to photocarriers generated in a layer.
乏層内に発生した光キャリアにより光検出を行うフォト
ダイオードにおいて、第1導電型のシリコン基板表面に
形成された第2導電型のシリコン層からなる第1のpn接
合と、第2導電型のシリコン層上にさらに第1導電型の
III 族窒化物(Alx Iny Ga1-x-y N 、ただし0≦x ,y
≦1、0≦x +y ≦1)層および第2導電型のIII 族窒
化物層からなる第2のpn接合が形成されており、シリコ
ンpn接合の空乏層に発生した光キャリアによる長波長側
の光感度と、III 族窒化物層pn接合の空乏層に発生した
光キャリアによる短波長側の光感度とを併せもつことを
特徴とするフォトダイオード。2. A photodiode having a pn junction and performing photodetection by photocarriers generated in a depletion layer formed by the pn junction, wherein the second conductivity type formed on the surface of the first conductivity type silicon substrate is provided. A first pn junction made of a silicon layer of the first conductivity type, and
Group III nitride (Al x In y Ga 1-xy N, where 0 ≦ x, y
≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) layer and a second pn junction composed of a second conductivity type group III nitride layer, and a longer wavelength side due to photocarriers generated in a depletion layer of the silicon pn junction. A photodiode characterized by having both the above-mentioned photosensitivity and the photosensitivity on the short wavelength side due to photocarriers generated in the depletion layer of the group III nitride layer pn junction.
間にはIII 族窒化物からなる低温バッファ層が介在して
いることを特徴とする請求項1または2に記載のフォト
ダイオード。3. The photodiode according to claim 1, wherein a low-temperature buffer layer made of a group III nitride is interposed between the silicon substrate and the group III nitride layer.
ドの製造方法において、前記III 族窒化物層は分子線エ
ピタキシャルによって形成されることを特徴とするフォ
トダイオードの製造方法。4. The method for manufacturing a photodiode according to claim 1, wherein said group III nitride layer is formed by molecular beam epitaxy.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9345162A JPH11177119A (en) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | Photodiode and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9345162A JPH11177119A (en) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | Photodiode and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11177119A true JPH11177119A (en) | 1999-07-02 |
Family
ID=18374710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9345162A Pending JPH11177119A (en) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | Photodiode and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11177119A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020036125A (en) * | 2000-11-08 | 2002-05-16 | 박호군 | ZnO/Si structure heterojunction photodiode and fabrication method thereof |
WO2005038889A1 (en) * | 2003-10-18 | 2005-04-28 | Epivalley Co., Ltd. | The method for allngan epitaxial growth on silicon substrate |
JP2009278003A (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Rohm Co Ltd | Photodiode |
-
1997
- 1997-12-15 JP JP9345162A patent/JPH11177119A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020036125A (en) * | 2000-11-08 | 2002-05-16 | 박호군 | ZnO/Si structure heterojunction photodiode and fabrication method thereof |
WO2005038889A1 (en) * | 2003-10-18 | 2005-04-28 | Epivalley Co., Ltd. | The method for allngan epitaxial growth on silicon substrate |
JP2009278003A (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Rohm Co Ltd | Photodiode |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Razeghi | Short-wavelength solar-blind detectors-status, prospects, and markets | |
US6104074A (en) | Schottky barrier detectors for visible-blind ultraviolet detection | |
Munoz et al. | III nitrides and UV detection | |
US7928471B2 (en) | Group III-nitride growth on silicon or silicon germanium substrates and method and devices therefor | |
JP4164563B2 (en) | Oxide semiconductor PN junction device and manufacturing method thereof | |
TW554554B (en) | Zn1-xMgxSySe1-y pin-photodiode and Zn1-xMgxSySe1-y avalanche-photodiode | |
KR101027225B1 (en) | Ultraviolet photosensor | |
TWI427824B (en) | Infrared ray emitting element | |
KR101639779B1 (en) | Semiconductor photo-detecting device | |
JP2010512664A (en) | Zinc oxide multi-junction photovoltaic cell and optoelectronic device | |
US8350290B2 (en) | Light-receiving device and manufacturing method for a light-receiving device | |
CN109285914B (en) | AlGaN-based ultraviolet heterojunction phototransistor detector and preparation method thereof | |
KR101671552B1 (en) | Sensor, semiconductor substrate, and method for manufacturing semiconductor substrate | |
CN113169244A (en) | Optoelectronic device with dilute nitride layer | |
JPS63128677A (en) | Mamufacture of semiconductor photodetector | |
US20210210646A1 (en) | Broadband uv-to-swir photodetectors, sensors and systems | |
Chang et al. | GaN-Based Schottky Barrier Photodetectors With a 12-Pair Mg $ _ {\rm x} $ N $ _ {\rm y} $–GaN Buffer Layer | |
Seo et al. | The heterogenous integration of GaN thin-film metal-semiconductor-metal photodetectors onto silicon | |
Chang et al. | ZnSTeSe metal-semiconductor-metal photodetectors | |
JPH11177119A (en) | Photodiode and its manufacture | |
US8263966B2 (en) | Photodetector and method for manufacturing photodetector | |
US7009224B2 (en) | Metamorphic long wavelength high-speed photodiode | |
JPWO2015079763A1 (en) | Light receiving element | |
TW202105760A (en) | Short wavelength infrared optoelectronic devices having graded or stepped dilute nitride active region | |
KR20000030069A (en) | UV detector |