JPS63122285A - 半導体受光素子用材料 - Google Patents
半導体受光素子用材料Info
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- JPS63122285A JPS63122285A JP61269390A JP26939086A JPS63122285A JP S63122285 A JPS63122285 A JP S63122285A JP 61269390 A JP61269390 A JP 61269390A JP 26939086 A JP26939086 A JP 26939086A JP S63122285 A JPS63122285 A JP S63122285A
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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〕
本発明は電子材料に関するもので、特に光リセンサとし
て近年重要な地位を占めるに至った半導体受光素子の材
料に関するものである。
て近年重要な地位を占めるに至った半導体受光素子の材
料に関するものである。
（従来の技術と発明が
解決しようとする問題点）
近年のデバイスプロセスの発達にともない各種のセンサ
ーや集積回路、および半導体レーザ、発光ダイオードな
どの光半導体デバイスが高度の進歩を遂げているが、特
に光通信システムおよび情報処理技術の発展にともない
、さらに半導体光センサに対する高性能化の要求が高ま
っている。
ーや集積回路、および半導体レーザ、発光ダイオードな
どの光半導体デバイスが高度の進歩を遂げているが、特
に光通信システムおよび情報処理技術の発展にともない
、さらに半導体光センサに対する高性能化の要求が高ま
っている。
光センサの多くは光電効果と熱効果に基づくものである
が半導体光センサのほとんどは光電効果によっている。
が半導体光センサのほとんどは光電効果によっている。
半導体光センサ用の材料は、波長帯によって分類され波
長帯が０．３８〜０．７５μｍである可視光用の材料と
しては硫化カドミウム（ＣｄＳ） 、セレン（Ｓｅ）
、シリコン（Ｓｔ）などが用いられている。また可視光
とともに光通信にとって重要である赤外領域の材料とし
てはゲルマニウム（Ｃｕｅ）や硫化鉛（ＰｂＳ）が用い
られている。 さらに近赤外から遠赤外にかけてはイン
ジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）やサーモパイルが代表的
であるがこれらは大変高価なものである。
長帯が０．３８〜０．７５μｍである可視光用の材料と
しては硫化カドミウム（ＣｄＳ） 、セレン（Ｓｅ）
、シリコン（Ｓｔ）などが用いられている。また可視光
とともに光通信にとって重要である赤外領域の材料とし
てはゲルマニウム（Ｃｕｅ）や硫化鉛（ＰｂＳ）が用い
られている。 さらに近赤外から遠赤外にかけてはイン
ジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）やサーモパイルが代表的
であるがこれらは大変高価なものである。
これらの半導体光センサのなかで８１は接合型光センサ
すなわちフォトダイオードや゛フォトトランジスタに用
いられる重要な材料である、それは非常に完全性の高い
Ｓｉ単結晶が比較的容易に得られることと８１０２とい
う安定テしかも絶縁性の高い保護膜を用いることができ
るためである。現在ではデバイスプロセスを駆使するこ
とによってＭＯＳ型イメージセンサ、ＣＣＤ、 ＳＥＴ
イメージセンサなどの固体撮像デバイスも実用化されつ
つある。しかしながら第１図に示すようにＳｌはＧｏと
比較すると光の吸収係数が小さく０．５〜１．０μｍ１
ｆで急激に減少してしまうために感度が低く、可視から
赤外にかけての受光素子用の材料としては充分ではない
、また現在のＳｉの光センシングデバイスの微細化が吸
収係数によって律速されしまうことになる。すなわちＧ
ｓのほうがＳｔよりもフォトデバイス としては適して
いるがＧ６の酸化物は水に解けてしまうために安定な保
！！膜として用いることができない、ゆえに、現在の光
センシングデバイスはデバイス構造を工夫することによ
ってデバイスプロセスの確立したＳｉを用いて製作され
るのが現状である・本発明は従来のこれらの問題を解決
するためのものである。すなわち、充分大きな吸収係数
を有し、かつ現在の８１のデバイスプロセスを用いて製
作することが可能な安価な半導体受光素子用材料を提供
することを目的とする。
すなわちフォトダイオードや゛フォトトランジスタに用
いられる重要な材料である、それは非常に完全性の高い
Ｓｉ単結晶が比較的容易に得られることと８１０２とい
う安定テしかも絶縁性の高い保護膜を用いることができ
るためである。現在ではデバイスプロセスを駆使するこ
とによってＭＯＳ型イメージセンサ、ＣＣＤ、 ＳＥＴ
イメージセンサなどの固体撮像デバイスも実用化されつ
つある。しかしながら第１図に示すようにＳｌはＧｏと
比較すると光の吸収係数が小さく０．５〜１．０μｍ１
ｆで急激に減少してしまうために感度が低く、可視から
赤外にかけての受光素子用の材料としては充分ではない
、また現在のＳｉの光センシングデバイスの微細化が吸
収係数によって律速されしまうことになる。すなわちＧ
ｓのほうがＳｔよりもフォトデバイス としては適して
いるがＧ６の酸化物は水に解けてしまうために安定な保
！！膜として用いることができない、ゆえに、現在の光
センシングデバイスはデバイス構造を工夫することによ
ってデバイスプロセスの確立したＳｉを用いて製作され
るのが現状である・本発明は従来のこれらの問題を解決
するためのものである。すなわち、充分大きな吸収係数
を有し、かつ現在の８１のデバイスプロセスを用いて製
作することが可能な安価な半導体受光素子用材料を提供
することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
前期の目的は組成がＳｔのモル分率で１０〜３０％（最
適には約１５％）のゲルマニウム−シリコン混晶を素子
の受光部に用いることによって達成される。ここでゲル
マニウム−シリコン混晶は全組成範囲で使用可能である
。第２図にゲルマニウム−シリコン混晶（Ｇｅｔ−ｘｓ
ｉｘ）の組成と禁制帯幅の関係を示す＋＋Ｇｅと３１は
全組成範囲、０＜ｘ＜１で連続的に混合しＧｅｔ−ｘｓ
ｌｘ混晶を形成する。禁制帯幅は最も低い伝導帯の谷に
依存するので価電子帯の上端を基準にするとＳｔの密度
が増加するにしたが７て＜１１１＞方向の谷のほうが早
＜ ＜１００）の谷より高エネルギーの方に移動するの
で広い組成範囲において５１に近い禁制帯幅を有しＳｉ
と同様の電気的性質を示すことが期待される。しかしｘ
＝０゜Ｌ５のところで二つの谷は等しいエネルギーを有
しているので混晶組成がｘ＝０．１５近傍のＧｅｔ−ｘ
Ｓｉｘは二つの谷で光吸収する可能性が有り大幅に吸収
係数が増大することが期待される。
適には約１５％）のゲルマニウム−シリコン混晶を素子
の受光部に用いることによって達成される。ここでゲル
マニウム−シリコン混晶は全組成範囲で使用可能である
。第２図にゲルマニウム−シリコン混晶（Ｇｅｔ−ｘｓ
ｉｘ）の組成と禁制帯幅の関係を示す＋＋Ｇｅと３１は
全組成範囲、０＜ｘ＜１で連続的に混合しＧｅｔ−ｘｓ
ｌｘ混晶を形成する。禁制帯幅は最も低い伝導帯の谷に
依存するので価電子帯の上端を基準にするとＳｔの密度
が増加するにしたが７て＜１１１＞方向の谷のほうが早
＜ ＜１００）の谷より高エネルギーの方に移動するの
で広い組成範囲において５１に近い禁制帯幅を有しＳｉ
と同様の電気的性質を示すことが期待される。しかしｘ
＝０゜Ｌ５のところで二つの谷は等しいエネルギーを有
しているので混晶組成がｘ＝０．１５近傍のＧｅｔ−ｘ
Ｓｉｘは二つの谷で光吸収する可能性が有り大幅に吸収
係数が増大することが期待される。
すなわちこの組成近傍のＧｅｔ−ｘＳ１１＋混晶を受光
部に用いれば可視から赤外にかけての領域で高感度な半
導体光センサーを製作することが可能となるうえに固体
撮像デバイスの微細化に対応することができる。またこ
のｘ＝０．１５近傍のＧｅｔ−ｘｓｉｘ混晶の禁制帯幅
は波長に換算すると約１．４８μｍなので第８図により
明らかに石英ガラスファイバーの最低損失波長とほぼ一
致するので石英ガラスファイバー を用いた光通信用の
受光素子として用いることも可能である。またＳＬとＧ
ｅはともに■族であるがＳｌのほうが早い周期なのでこ
°の混晶の化学的な性質はＳｉによって支配されること
になるので保護膜としてＳ Ｌ０２を用いることが可能
となる。
部に用いれば可視から赤外にかけての領域で高感度な半
導体光センサーを製作することが可能となるうえに固体
撮像デバイスの微細化に対応することができる。またこ
のｘ＝０．１５近傍のＧｅｔ−ｘｓｉｘ混晶の禁制帯幅
は波長に換算すると約１．４８μｍなので第８図により
明らかに石英ガラスファイバーの最低損失波長とほぼ一
致するので石英ガラスファイバー を用いた光通信用の
受光素子として用いることも可能である。またＳＬとＧ
ｅはともに■族であるがＳｌのほうが早い周期なのでこ
°の混晶の化学的な性質はＳｉによって支配されること
になるので保護膜としてＳ Ｌ０２を用いることが可能
となる。
またアモルファス ゲルマニウム−シリコンを保護膜と
して用いることも可能である。すなわち安定な保頷膿の
使用が可能なことから現在のＳｔのデバイスプロセスを
そのまま用いて受光素子を作製することが可能な利点を
有している。
して用いることも可能である。すなわち安定な保頷膿の
使用が可能なことから現在のＳｔのデバイスプロセスを
そのまま用いて受光素子を作製することが可能な利点を
有している。
以上述べたように、本発明の方法によって従来の問題点
がすべて解決できることが明白である。
がすべて解決できることが明白である。
（実施例）
以下１本発明の受光素子用材料の実施例を図面に基づい
て説明する。第１図に本発明の半導体受光素子用材料の
基本構造の一例を示す、１はｐ形Ｇａ＋−ｘｓｉｘＪｉ
、 ２はｎ形Ｇｅ＋−ｘＳｉ１Ｈ層（ｘ＝０． Ｌ〜０
．３で最適にはＯ，ｔＳ）でｐｎ接合を形成している。
て説明する。第１図に本発明の半導体受光素子用材料の
基本構造の一例を示す、１はｐ形Ｇａ＋−ｘｓｉｘＪｉ
、 ２はｎ形Ｇｅ＋−ｘＳｉ１Ｈ層（ｘ＝０． Ｌ〜０
．３で最適にはＯ，ｔＳ）でｐｎ接合を形成している。
光はデバイスの構造によって任意の位置から導入するこ
とが可能である。
とが可能である。
この構造は現在の結晶成長法、すなわち５ＩＨＪ、とＧ
ａ１４の混合ガスを用いた気相成長法や分子豚エピタキ
シー法によって容易に製作することが可能でありｎ形を
極、ｐ形電極を付けることよってフォトダイオードを作
製することができる。
ａ１４の混合ガスを用いた気相成長法や分子豚エピタキ
シー法によって容易に製作することが可能でありｎ形を
極、ｐ形電極を付けることよってフォトダイオードを作
製することができる。
第２図はこの構造を用いたフォトダイオードの例を示す
、第２＠Ｃａ）はｐｎ接合によるフォトダイオードで４
はＳｔあるいはＧｏの基板。
、第２＠Ｃａ）はｐｎ接合によるフォトダイオードで４
はＳｔあるいはＧｏの基板。
３は基板とｘ＝０．１５のＧｅｔ−ｘＳｌｘ混晶層との
格子整合をとるためのバッファー層で、用いる基板によ
りＳｌあるいはＧｅから徐々にまたは階段的に組成をｘ
＝０． Ｉｓまで変化させた層である。
格子整合をとるためのバッファー層で、用いる基板によ
りＳｌあるいはＧｅから徐々にまたは階段的に組成をｘ
＝０． Ｉｓまで変化させた層である。
５はｐ形用電極、６はｎ形層′：４極である。第２図（
ｂ）は本発明の材料を用いたｐｉｎフォトダイオードで
ある。７はｉ−のＧｅｔ−ｘＳｉ）１混晶層である。こ
の構造を用いることによりさらに高感度の受光素子を実
現することが可能である。
ｂ）は本発明の材料を用いたｐｉｎフォトダイオードで
ある。７はｉ−のＧｅｔ−ｘＳｉ）１混晶層である。こ
の構造を用いることによりさらに高感度の受光素子を実
現することが可能である。
第３図にフォトダイオードにもう一つの接合を設けてト
ランジスタ構造として内部増幅することによって感度を
上げたフォトトランジスタの例を示す、第３図（１）は
バイポーラ構造のフォトトランジスタで１３〜１７は所
望の組成のＧｅｔ−ｘＳｉｘ混晶層である。１３は口・
層、１４は高抵抗エミッタ肩、１５は ｐベースｍで、
１６は高抵抗コレクタ暦、１７はｎ″層である。第３図
（ｂ）は静電誘導型のフォトトランジスタの一例で１８
がｎ°ソース層、１９゜２１．２２がｎ−高抵抗層、２
０がｐ・ゲート、２３がｎ會ドレインを表しおりバイポ
ーラ型よりもさらに高感度の受光素子が実現可能である
。
ランジスタ構造として内部増幅することによって感度を
上げたフォトトランジスタの例を示す、第３図（１）は
バイポーラ構造のフォトトランジスタで１３〜１７は所
望の組成のＧｅｔ−ｘＳｉｘ混晶層である。１３は口・
層、１４は高抵抗エミッタ肩、１５は ｐベースｍで、
１６は高抵抗コレクタ暦、１７はｎ″層である。第３図
（ｂ）は静電誘導型のフォトトランジスタの一例で１８
がｎ°ソース層、１９゜２１．２２がｎ−高抵抗層、２
０がｐ・ゲート、２３がｎ會ドレインを表しおりバイポ
ーラ型よりもさらに高感度の受光素子が実現可能である
。
第４＠は本発明の材料を用いたＣＣＯ（電荷結合デバイ
ス）の−例である。２４はｎ型のＧｅｔ−ｘＳｉＨ混晶
層で２５は５ｔＯａＵＡ、 ２ （３はｔｉである。こ
の構造はＳ ｉ（ｈを保ｆｆ１ｌＥｌｆｉとして使用で
きるので従来のフォトリソグラフ技術を用いたデバイス
プロセスで容易に作製することが出来ることと、さらに
微細化したでデバイスの実現が可能である。
ス）の−例である。２４はｎ型のＧｅｔ−ｘＳｉＨ混晶
層で２５は５ｔＯａＵＡ、 ２ （３はｔｉである。こ
の構造はＳ ｉ（ｈを保ｆｆ１ｌＥｌｆｉとして使用で
きるので従来のフォトリソグラフ技術を用いたデバイス
プロセスで容易に作製することが出来ることと、さらに
微細化したでデバイスの実現が可能である。
第５図は本発明の材料を用いたＭＯＳ型のイメージセン
サである。８はドレイン電極、９はゲート電極、１０は
５ｉ（ｈ膜、１１は、・ドレイン、１２はフォトダイオ
ードの２０層とＭＯＳ ＦＥＴのソースとを兼ねている
。
サである。８はドレイン電極、９はゲート電極、１０は
５ｉ（ｈ膜、１１は、・ドレイン、１２はフォトダイオ
ードの２０層とＭＯＳ ＦＥＴのソースとを兼ねている
。
（発明の効果）
以上説明したように本発明の半導体受光素子用材料はＧ
ｅｔ−ｘｓｉｘ混晶層およびＳｌあるいはＣ，ｅ！板か
らなり、該Ｇｅｔ−ｘｓｉｘ混晶の組成がＳｔのモル分
率で０．１〜０．３であり該Ｇｅｔ−にＳＩＸ混晶層を
素子の受光部に用いたものであることによりこの材料を
用いてフォトダイオードやフォトトランジスタなどの受
光素子を作製すれば従来のＳｉを用いている素子よりも
可視から赤外にかけての広い領域において高感度なもの
が得られるばかりでなく石英ガラスファイバーを用いた
光通信用の受光素子として使用することも可能である。
ｅｔ−ｘｓｉｘ混晶層およびＳｌあるいはＣ，ｅ！板か
らなり、該Ｇｅｔ−ｘｓｉｘ混晶の組成がＳｔのモル分
率で０．１〜０．３であり該Ｇｅｔ−にＳＩＸ混晶層を
素子の受光部に用いたものであることによりこの材料を
用いてフォトダイオードやフォトトランジスタなどの受
光素子を作製すれば従来のＳｉを用いている素子よりも
可視から赤外にかけての広い領域において高感度なもの
が得られるばかりでなく石英ガラスファイバーを用いた
光通信用の受光素子として使用することも可能である。
また、絶縁膜として５Ｌ（ｈを使用できるので現在のＳ
ｌのデバイスプロセスにより固体撮像素子を作製するこ
とが可能なうえに光の吸収係数が大きいためにさらに集
積化、微細化した素子を安価に作製することも可能とな
る。
ｌのデバイスプロセスにより固体撮像素子を作製するこ
とが可能なうえに光の吸収係数が大きいためにさらに集
積化、微細化した素子を安価に作製することも可能とな
る。
第１図は本発明の受光素子用材料の一実施例の断面図、
第２１１ （ａ）はｐｎフォトダイオードに（ｂ）はｐ
ｉｎフォトダイオードに月いた実施例を示す、第３図（
ａ）は本発明の材料を フォトトランジスタに（ｂ）は
ＳＥＴフォトトランジスタに用いた実施例を示す、第４
図は本発明の材料を用いたＣＣＤの一実施例を示す、第
５図にはにＯ３型のイメージセンサの実施例を示す。 第６図は、ＣｅとＳｔの波長と吸収係数の関係を示すも
のである。第７図はＣａ１−ｘｓｉｘ混晶の組成と禁制
帯幅の関係を示すものである。第８図はガラスファイバ
ーの波長と伝送損失の関係を示すグラフである。 １ ：ｐ型 Ｇｌ−ｘｓｌｘ混晶暦２．２４
：ｎ型 Ｇｅｔ−＊ＳＩｘ混晶層３ ：階段
的組成変化層 ４ ：ＳｉまたはＧｏ基板 ５ ：ｐ型を極 ６ ：ｎ型電極 ７：ｎ−またはｐ−Ｇｅｔ−ｘｓｉｘ混晶層８
ニドレイン電極 ９ ：ゲート電極 １０．２５ ：５ｉＯｔ １１ ： ｐ”ドレイン １２ ：ｐ争ソース １３ ： ｎ”層 １４ ：ｎ−またはｐ−高抵抗エミッタ 層１５
：ｐベース層 １６ ：ｎ−またはｐ−高抵抗コレクタ 層１７
：ｎ・層 １８ ： ｎ”ソース層 １９．２１．２２：ｎ−高抵抗層 ２０ ： ｐｆ−ト ２３ ：ｎ◆ドレイン ２６ ：電極 ｈν ：光の照射
第２１１ （ａ）はｐｎフォトダイオードに（ｂ）はｐ
ｉｎフォトダイオードに月いた実施例を示す、第３図（
ａ）は本発明の材料を フォトトランジスタに（ｂ）は
ＳＥＴフォトトランジスタに用いた実施例を示す、第４
図は本発明の材料を用いたＣＣＤの一実施例を示す、第
５図にはにＯ３型のイメージセンサの実施例を示す。 第６図は、ＣｅとＳｔの波長と吸収係数の関係を示すも
のである。第７図はＣａ１−ｘｓｉｘ混晶の組成と禁制
帯幅の関係を示すものである。第８図はガラスファイバ
ーの波長と伝送損失の関係を示すグラフである。 １ ：ｐ型 Ｇｌ−ｘｓｌｘ混晶暦２．２４
：ｎ型 Ｇｅｔ−＊ＳＩｘ混晶層３ ：階段
的組成変化層 ４ ：ＳｉまたはＧｏ基板 ５ ：ｐ型を極 ６ ：ｎ型電極 ７：ｎ−またはｐ−Ｇｅｔ−ｘｓｉｘ混晶層８
ニドレイン電極 ９ ：ゲート電極 １０．２５ ：５ｉＯｔ １１ ： ｐ”ドレイン １２ ：ｐ争ソース １３ ： ｎ”層 １４ ：ｎ−またはｐ−高抵抗エミッタ 層１５
：ｐベース層 １６ ：ｎ−またはｐ−高抵抗コレクタ 層１７
：ｎ・層 １８ ： ｎ”ソース層 １９．２１．２２：ｎ−高抵抗層 ２０ ： ｐｆ−ト ２３ ：ｎ◆ドレイン ２６ ：電極 ｈν ：光の照射
Claims (1)
- ゲルマニウム−シリコン（Ｇｅ＿１＿−＿ｘＳｉ＿ｘ
）混晶層及びシリコンあるいはゲルマニウム基板からな
り、該ゲルマニウム−シリコン混晶層を素子の受光部と
して用いることを特徴とする半導体受光素子用材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61269390A JPS63122285A (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 半導体受光素子用材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61269390A JPS63122285A (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 半導体受光素子用材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63122285A true JPS63122285A (ja) | 1988-05-26 |
Family
ID=17471737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61269390A Pending JPS63122285A (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 半導体受光素子用材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63122285A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5576221A (en) * | 1993-12-20 | 1996-11-19 | Nec Corporation | Manufacturing method of semiconductor device |
| JPH11121729A (ja) * | 1997-08-20 | 1999-04-30 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | バンドギャップ設計型アクティブ・ピクセル・セル |
| US6448614B2 (en) | 2000-05-30 | 2002-09-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Circuit-incorporating photosensitive device |
| JP2007013177A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Magnachip Semiconductor Ltd | Ｃｍｏｓイメージセンサ及びその製造方法 |
| JP2011040445A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Hitachi Ltd | 半導体受光装置及びその製造方法 |
| JP2013138240A (ja) * | 2006-06-01 | 2013-07-11 | Zecotek Medical Systems Singapore Pte. Ltd | マイクロチャネル・アバランシェ・フォトダイオード |
| JP2015220290A (ja) * | 2014-05-15 | 2015-12-07 | 富士通株式会社 | Ｇｅ系半導体装置、その製造方法及び光インターコネクトシステム |
| JPWO2015146108A1 (ja) * | 2014-03-26 | 2017-04-13 | 日本電気株式会社 | 受光素子、光モジュール及び光受信器 |
-
1986
- 1986-11-12 JP JP61269390A patent/JPS63122285A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5576221A (en) * | 1993-12-20 | 1996-11-19 | Nec Corporation | Manufacturing method of semiconductor device |
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| JPWO2015146108A1 (ja) * | 2014-03-26 | 2017-04-13 | 日本電気株式会社 | 受光素子、光モジュール及び光受信器 |
| JP2015220290A (ja) * | 2014-05-15 | 2015-12-07 | 富士通株式会社 | Ｇｅ系半導体装置、その製造方法及び光インターコネクトシステム |
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