JPS6252979A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- JPS6252979A JPS6252979A JP60192385A JP19238585A JPS6252979A JP S6252979 A JPS6252979 A JP S6252979A JP 60192385 A JP60192385 A JP 60192385A JP 19238585 A JP19238585 A JP 19238585A JP S6252979 A JPS6252979 A JP S6252979A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 52
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Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、異種半導体上に形成された、光電変換素子（
発光、受光素子）に関する。
発光、受光素子）に関する。
従来の光電変換素子は高効率化するために第３図に示す
ようなヘテロ構造を有していた。すなわち、主たる動作
を行う半導体層２．３にキャリア（光で励起された、ま
たは発光させるために注入された）を閉じ込めるために
その外側に、より広いエネルギギャップを有する半導体
層１．４を接合した少数キャリアに対するエネルギバリ
アを形成している。この構造のために室温発振半導体レ
ーザが可能となっている。
ようなヘテロ構造を有していた。すなわち、主たる動作
を行う半導体層２．３にキャリア（光で励起された、ま
たは発光させるために注入された）を閉じ込めるために
その外側に、より広いエネルギギャップを有する半導体
層１．４を接合した少数キャリアに対するエネルギバリ
アを形成している。この構造のために室温発振半導体レ
ーザが可能となっている。
しかし、ジ等の狭いエネルギギャップの半導体の上にｋ
ｌＰ 、 ＧｃＬＰ 、 ＧａＡｚ等の広いエネルギギ
ャップの半導体膜を堆積してその中に光電変換素子を形
成する場合、単純に考えると必ずしもキャリアの閉じ込
め効果は期待できず、高効率の光電変換素子は実現され
なかった。
ｌＰ 、 ＧｃＬＰ 、 ＧａＡｚ等の広いエネルギギ
ャップの半導体膜を堆積してその中に光電変換素子を形
成する場合、単純に考えると必ずしもキャリアの閉じ込
め効果は期待できず、高効率の光電変換素子は実現され
なかった。
本発明はキャリアを閉じ込めようとする半導体領域の外
側に狭いエネルギギャップの半導体領域を接して設けた
場合にも少数キャリアに対するエネルギバリアを形成す
る構成のデバイスを提供することを目的とする。以下、
本発明について説明する。
側に狭いエネルギギャップの半導体領域を接して設けた
場合にも少数キャリアに対するエネルギバリアを形成す
る構成のデバイスを提供することを目的とする。以下、
本発明について説明する。
第１図は本発明の光電変換素子を説明するための図で、
（α）は模式図、（ｂ）は本発明の光電変換素子の第１
の半導体領域１０がシリコン、第２の半導体領域２０が
ＧａＰで形成されると想定した場合、（Ｃ）は本発明の
光電変換素子の第１の半導体領域１０がシリコン、第２
の半導体層２０がＧａＡｓで形成されると想定した場合
のバンドダイヤグラムである。４ｎｚは２つの半導体の
電子親和力Ｅχ３．Ｅχ２の差でΔＥχ−Ｅχ＋Ｅχ之
で表わされる。
（α）は模式図、（ｂ）は本発明の光電変換素子の第１
の半導体領域１０がシリコン、第２の半導体領域２０が
ＧａＰで形成されると想定した場合、（Ｃ）は本発明の
光電変換素子の第１の半導体領域１０がシリコン、第２
の半導体層２０がＧａＡｓで形成されると想定した場合
のバンドダイヤグラムである。４ｎｚは２つの半導体の
電子親和力Ｅχ３．Ｅχ２の差でΔＥχ−Ｅχ＋Ｅχ之
で表わされる。
ＧａＰはシリコンよシミ子親和力が大きくΔ、Ｅχは負
であＬ ＧａＡｓの場合はＡＥ２は０．０５稈だけ正
である。これらのバンドダイヤグラムから、第１の半導
体領域との接合面α第２の半導体領域に少数キャリアの
バリアＢが形成されるためには、半導体がｎ形である場
合 ＥＰＩ ＋ ＡＥ ＜ ＥＰＩ 、−１−０−＝−−
８０，−０（１）χ の関係を満たす必要がある。ＥＰＩは第１の半導領域１
０のフェルミレベルを第１の半導体の伝導帯から測定し
た値、ＥＦｚは第２の半導体２０のフェルミレベルを第
２の半導体の伝導帯から測定した値である。このために
はΔＥχ＜Ｅ、χ／２である必要がある。半導体がｐ形
である場合はＥｙ＋＋ΔＥよ＞ Ｅ ｖｚ ＞ ＥＧＧ
／２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２
）の関係を満す必要がおる。
であＬ ＧａＡｓの場合はＡＥ２は０．０５稈だけ正
である。これらのバンドダイヤグラムから、第１の半導
体領域との接合面α第２の半導体領域に少数キャリアの
バリアＢが形成されるためには、半導体がｎ形である場
合 ＥＰＩ ＋ ＡＥ ＜ ＥＰＩ 、−１−０−＝−−
８０，−０（１）χ の関係を満たす必要がある。ＥＰＩは第１の半導領域１
０のフェルミレベルを第１の半導体の伝導帯から測定し
た値、ＥＦｚは第２の半導体２０のフェルミレベルを第
２の半導体の伝導帯から測定した値である。このために
はΔＥχ＜Ｅ、χ／２である必要がある。半導体がｐ形
である場合はＥｙ＋＋ΔＥよ＞ Ｅ ｖｚ ＞ ＥＧＧ
／２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２
）の関係を満す必要がおる。
このためには
ΔＢｚ ＞ Ｅａｔ／２− Ｅａｔ ／２である必要が
ある。この関係を統一して表現すると、次の構成となる
。
ある。この関係を統一して表現すると、次の構成となる
。
すなわち、本発明の光電変換素子は、第１のエネルギギ
ャップを有する第１の導電形の第１の半導体領域と、第
１のエネルギギャップよシ大きな値の第２のエネルギギ
ャップを有する第１の導電形の第２半導体領域と該第２
の半導体と整流接合を有する第３の領域とが順次接合し
て形成され、前記第２の半導体領域の第１の半導体領域
との接合面に前記第１の導電形と逆導電形のキャリアを
阻止する障壁が形成される材料の組合わせて前記第１お
よび第２の半導体領域が形成されていることを特徴とす
る。
ャップを有する第１の導電形の第１の半導体領域と、第
１のエネルギギャップよシ大きな値の第２のエネルギギ
ャップを有する第１の導電形の第２半導体領域と該第２
の半導体と整流接合を有する第３の領域とが順次接合し
て形成され、前記第２の半導体領域の第１の半導体領域
との接合面に前記第１の導電形と逆導電形のキャリアを
阻止する障壁が形成される材料の組合わせて前記第１お
よび第２の半導体領域が形成されていることを特徴とす
る。
次に、本発明の実施例について説明する。
第２図に示すようにｐ形３ΩＣ’１（１００）面シリコ
ン基板表面に選択拡散技術によシ燐原子を表面濃度で１
０個々コドーブしたル形領域１ｏを形成した。基板表面
にＳｔＯ＊１２ を形成し領域１０表面に開口を設け
た。開口部に単結晶成長するように分子線エピタキシア
ル装置によシロ００℃チル形ＧａＰ２０とｐ形ＧａＰ２
１を３μｍ成長させた。キャリア濃度が１０個／備３と
なるように成長時ＫＳｉをドープしてル形層２０、Ｂ−
ドープをしてｐ形層２１を形成した。その後選択工ンチ
によりＧａＰを島状に残しＺｎＯを堆積し６００℃で熱
拡散を行った。
ン基板表面に選択拡散技術によシ燐原子を表面濃度で１
０個々コドーブしたル形領域１ｏを形成した。基板表面
にＳｔＯ＊１２ を形成し領域１０表面に開口を設け
た。開口部に単結晶成長するように分子線エピタキシア
ル装置によシロ００℃チル形ＧａＰ２０とｐ形ＧａＰ２
１を３μｍ成長させた。キャリア濃度が１０個／備３と
なるように成長時ＫＳｉをドープしてル形層２０、Ｂ−
ドープをしてｐ形層２１を形成した。その後選択工ンチ
によりＧａＰを島状に残しＺｎＯを堆積し６００℃で熱
拡散を行った。
これによりＧａＰ中に発光センタを導入した。必要に応
じて、シリコンナイトライド等の保護膜２２を堆積して
、ＳｉＯ１２および保護膜２２中に開口を設け、領域１
０、領域２１へ導電性薄膜の引き出し電極１３．２３を
設けた。ＧａＰ薄膜は３μ罵と薄いにもかかわらず赤色
の注入発光が得られた。一方、半導体領域１０をｐ形シ
リコンとした場合、第１図（ｂ）のＢで示されるような
バリアが形成されず注入発光の強さは同一電流に対して
も１／１０以下となってしまった。
じて、シリコンナイトライド等の保護膜２２を堆積して
、ＳｉＯ１２および保護膜２２中に開口を設け、領域１
０、領域２１へ導電性薄膜の引き出し電極１３．２３を
設けた。ＧａＰ薄膜は３μ罵と薄いにもかかわらず赤色
の注入発光が得られた。一方、半導体領域１０をｐ形シ
リコンとした場合、第１図（ｂ）のＢで示されるような
バリアが形成されず注入発光の強さは同一電流に対して
も１／１０以下となってしまった。
以上説明したように、本発明の光電変換素子は、シリコ
ン基板上にモノリシックに製造することができるので、
同一基板上にシリコンＭＯ８ＦＥＴ、バイポーラトラン
ジスタ等で駆動でき、０ＥＩＣの出力素子、ＬＥＤプリ
ンタ用の発光素接合、ショットキ接合を形成する酸化錫
膜、光が透過する程度に薄い金属薄膜等で構成するとと
もできる利点を有する。更に広いエネルギギャップを有
する半導体として、ＧｃＬＰの他にＧａＡｙ。
ン基板上にモノリシックに製造することができるので、
同一基板上にシリコンＭＯ８ＦＥＴ、バイポーラトラン
ジスタ等で駆動でき、０ＥＩＣの出力素子、ＬＥＤプリ
ンタ用の発光素接合、ショットキ接合を形成する酸化錫
膜、光が透過する程度に薄い金属薄膜等で構成するとと
もできる利点を有する。更に広いエネルギギャップを有
する半導体として、ＧｃＬＰの他にＧａＡｙ。
ＡＩＰ等の半導体も用いることができる。
第１図（α）は本発明の光電変換素子の模式図、第１図
（Ａ）、（Ｃ）は夫々本発明の光電変換素子のバンドダ
イヤグラム、第２図は本発明の一実施例の概略構成図、
第３図は従来例の素子のバンドダイヤグラムである。 図中、１，４は広いエネルギギャップを有する半導体層
、２，３は主たる動作を行う半導体層、１０は第１の半
導体領域（狭いエネルギギャップの半導体領域）、１１
は狭いエネルギギャップの半導体基板、１２はＳＬＯ！
、１３．２３は夫々引き出し電極、２０は第２の半導体
領域（広いエネルギギャップの半導体領域）、２１は第
２の半導体領域と整流接合を形成する領域、２２は保護
膜である。 第４図 Ｂ ツマリア 第２図 １０、蓼１の半４ノ本領カ或 （２：５ｉＯｚ （３，弓１うＢし電極 ２０、第２の牛埠〕］≦４情建七ｅ？ ２に第２の十淳イ木々四賊と整遡り撞図（Σ升多成する
冷償ｊ曳（Ｐ彬ＧａＰ１２２；Ａホ８を膜 ２３ 引き出し電才歪 □＝手 続 補 正 書（自発） 昭和 ６０（１１０月 １２ １−１ 特許庁長官 宇 賀 道 部 殿 、−′ ｌ！１ｆ件の表示 ゛ψ昭昭和６牟 ２発明の名称 光電変換素子 ３ 補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代０１区１：１か関１丁目３番１号１１４Ｉ
集技南院長 等々力 達 ４指定代理人 ６補正の内容 − ・・冥、１ １ 明細豊中、第６頁３行のｒ’５ｉ０１２および・・
・」をｒ ５ｉｙｘ １２および・・・ 」と訂正する
。
（Ａ）、（Ｃ）は夫々本発明の光電変換素子のバンドダ
イヤグラム、第２図は本発明の一実施例の概略構成図、
第３図は従来例の素子のバンドダイヤグラムである。 図中、１，４は広いエネルギギャップを有する半導体層
、２，３は主たる動作を行う半導体層、１０は第１の半
導体領域（狭いエネルギギャップの半導体領域）、１１
は狭いエネルギギャップの半導体基板、１２はＳＬＯ！
、１３．２３は夫々引き出し電極、２０は第２の半導体
領域（広いエネルギギャップの半導体領域）、２１は第
２の半導体領域と整流接合を形成する領域、２２は保護
膜である。 第４図 Ｂ ツマリア 第２図 １０、蓼１の半４ノ本領カ或 （２：５ｉＯｚ （３，弓１うＢし電極 ２０、第２の牛埠〕］≦４情建七ｅ？ ２に第２の十淳イ木々四賊と整遡り撞図（Σ升多成する
冷償ｊ曳（Ｐ彬ＧａＰ１２２；Ａホ８を膜 ２３ 引き出し電才歪 □＝手 続 補 正 書（自発） 昭和 ６０（１１０月 １２ １−１ 特許庁長官 宇 賀 道 部 殿 、−′ ｌ！１ｆ件の表示 ゛ψ昭昭和６牟 ２発明の名称 光電変換素子 ３ 補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代０１区１：１か関１丁目３番１号１１４Ｉ
集技南院長 等々力 達 ４指定代理人 ６補正の内容 − ・・冥、１ １ 明細豊中、第６頁３行のｒ’５ｉ０１２および・・
・」をｒ ５ｉｙｘ １２および・・・ 」と訂正する
。
Claims (2)
- （１）第１のエネルギギャップを有する第１の導電形の
第１の半導体領域と、前記第１のエネルギギャップより
大きな値の第２のエネルギギャップを有する前記第１の
導電形の第２の半導体領域と該第２の半導体領域と整流
接合を有する第３の領域とが順次接合して形成され、前
記第２の半導体領域の第１の半導体領域との接合面に前
記第１の導電形と逆導電形のキャリアを阻止する障壁が
形成される材料の組合わせて前記第１および第２の半導
体領域が形成されていることを特徴とする光電変換素子
。 - （２）特許請求の範囲第（１）項記載の光電変換素子に
おいて 前記第１の半導体領域はｎ形シリコン、前記第
２の半導体領域はｎ形ＧａＰ、前記第３の領域はｐ形Ｇ
ａＰであることを特徴とする光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60192385A JPS6252979A (ja) | 1985-08-31 | 1985-08-31 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60192385A JPS6252979A (ja) | 1985-08-31 | 1985-08-31 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6252979A true JPS6252979A (ja) | 1987-03-07 |
Family
ID=16290412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60192385A Pending JPS6252979A (ja) | 1985-08-31 | 1985-08-31 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6252979A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0575158A (ja) * | 1991-09-12 | 1993-03-26 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
| JP2012054424A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Koji Tomita | 太陽電池及びその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59133586A (ja) * | 1983-01-20 | 1984-07-31 | 富士通株式会社 | 表示装置およびその製造方法 |
-
1985
- 1985-08-31 JP JP60192385A patent/JPS6252979A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59133586A (ja) * | 1983-01-20 | 1984-07-31 | 富士通株式会社 | 表示装置およびその製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0575158A (ja) * | 1991-09-12 | 1993-03-26 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
| JP2012054424A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Koji Tomita | 太陽電池及びその製造方法 |
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