KR102363563B1 - 반도체 광검출 소자 - Google Patents

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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

반도체 광검출 소자(SP1)는 실리콘 기판인 반도체 기판(1)을 구비하고 있다. 반도체 기판(1)은 광 입사면인 제2 주면(1b)과, 제2 주면(1b)에 대향하는 제1 주면(1a)을 가지고 있다. 반도체 기판(1)에서는, 입사광에 따라 캐리어가 발생한다. 제2 주면(1b)에는, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있다. 볼록부(10)는 반도체 기판(1)의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면(10a)을 가지고 있다. 볼록부(10)에서는, 경사면(10a)으로서, 반도체 기판(1)의 (111)면이 노출되어 있다. 볼록부(10)의 높이는, 200nm이상이다.

Description

반도체 광검출 소자
본 발명은 반도체 광검출 소자에 관한 것이다.
광 입사면과 광 입사면에 대향하는 이면을 가지고 있는 것과 함께, 입사광에 따라 캐리어가 발생하는 실리콘 기판을 구비하고 있는 반도체 광검출 소자가 알려져 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).
하마마츠 포토닉스 주식회사 「광반도체 소자 핸드북」 2013년 11월 6일 개정판 발행 5장 1. CCD 이미지 센서 1-1 구조, 동작 원리 p.107-108
비특허문헌 1에 기재된 반도체 광검출 소자에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성에 개선의 여지가 있다.
본 발명의 일 태양은, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있는 반도체 광검출 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양은, 반도체 광검출 소자로서, 광 입사면과 상기 광 입사면에 대향하는 이면을 가지고 있는 것과 함께, 입사광에 따라 캐리어가 발생하는 실리콘 기판을 구비하고 있다. 광 입사면에는, 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면을 가지는 복수의 볼록부가 형성되어 있다. 볼록부에서는, 경사면으로서, 실리콘 기판의 (111)면이 노출되어 있다. 볼록부의 높이가, 200nm이상이다.
본 일 태양에 따른 반도체 광검출 소자에서는, 광 입사면에 형성되어 있는 복수의 볼록부가, 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면을 가지고 있다. 광이 광 입사면으로부터 실리콘 기판에 입사되는 경우, 일부의 광은, 반도체 광검출 소자의 광 입사면측에서 반사된다. 경사면이 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사져 있다. 이 때문에, 예를 들면, 하나의 볼록부의 경사면측에서 반사된 광은, 당해 하나의 볼록부에 근접하는 볼록부의 경사면측으로 향해지고, 근접하는 볼록부의 경사면으로부터 실리콘 기판에 입사된다.
볼록부에서는, 경사면으로서, 실리콘 기판의 (111)면이 노출되어 있으므로, 경사면으로부터 실리콘 기판에 입사되는 광은, 실리콘 기판에 받아들여지기 쉽다. 볼록부의 높이가 200nm이상이므로, 경사면의 표면적이 크다. 이 때문에, 경사면에 입사되는 광이 실리콘 기판에 많이 받아들여진다.
자외의 파장 영역의 광은, 실리콘에 의한 흡수 계수가 크기 때문에, 실리콘 기판에 있어서의 광 입사면에 가까운 영역에서 흡수된다. 본 일 태양에 따른 반도체 광검출 소자에서는, 실리콘 기판에 형성되어 있는 볼록부에 있어서, 실리콘 기판의 (111)면이 노출되어 있으므로, 광 입사면에 가까운 영역에서의 광의 흡수가 저해되는 일은 없다.
이상의 이유에 의해, 본 일 태양에 따른 반도체 광검출 소자에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모된다.
실리콘 기판의 이면측에는, 실리콘 기판과 다른 도전형을 가지는 반도체 영역이 마련되어 있어도 되고, 실리콘 기판의 광 입사면측에는, 어큐뮬레이션층이 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 볼록부의 경사면은, 어큐뮬레이션층의 표면에 포함되어 있다. 본 형태에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있는, 이면 입사형의 반도체 광검출 소자가 실현된다. 어큐뮬레이션층에 의해서, 광 입사면측에서 광에 의하지 않고 발생하는 불요 캐리어가 재결합되어, 암전류가 저감된다. 어큐뮬레이션층은 실리콘 기판의 광 입사면 부근에서 광에 의해 발생된 캐리어가 해당 광 입사면에서 트랩되는 것을 억제하므로, 광에 의해 발생된 캐리어는, 실리콘 기판과 반도체 영역으로 형성되는 pn접합으로 효율적으로 이동한다. 이 결과, 본 형태에 의하면, 광 검출 감도의 향상이 도모된다.
실리콘 기판의 광 입사면측에는, 실리콘 기판과 다른 도전형을 가지는 반도체 영역이 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있는, 표면 입사형의 반도체 광검출 소자가 실현된다.
본 일 태양에 따른 반도체 광검출 소자는, 광 입사면 상에 배치되어 있고, 입사광을 투과시키는 산화물막과, 산화물막 상에 배치되어 있고, 입사광을 투과시키는 것과 함께 소정의 전위에 접속되는 전극막을 더 구비하고 있어도 된다. 산화물막에 자외광이 입사되면, 산화물막이 대전하는 현상(차지 업(charge up) 현상)이 발생할 우려가 있다. 차지 업 현상이 발생하면, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 열화된다. 본 형태에서는, 소정의 전위에 접속되는 전극막이 산화물막 상에 배치되어 있으므로, 산화물막의 대전이 억제된다. 따라서, 본 형태에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
전극막이 그래핀으로 이루어진 막이어도 된다. 이 경우, 자외의 파장 대역에서의 투과 특성의 저하가 억제된다. 이 결과, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이, 전극막에 의해서 저하되는 것이 억제되고 있다.
산화물막이 산화 실리콘막이어도 된다. 이 경우, 산화물막이 반사 방지막으로서 기능한다. 따라서, 광이 실리콘 기판에 한층 더 받아들여지기 쉽고, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 한층 더 향상된다.
산화물막이 산화 알루미늄막이어도 된다. 이 경우, 산화 알루미늄막에 의해서, 소정의 극성의 고정 전하가 실리콘 기판의 광 입사면측에 존재한다. 소정의 극성의 고정 전하가 존재하고 있는 실리콘 기판의 광 입사면측의 영역은, 어큐뮬레이션층으로서 기능한다.
본 일 태양에 따른 반도체 광검출 소자는, 광 입사면 상에 배치되어 있고, 입사광을 투과시키는 것과 함께 붕소를 포함하는 막을 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 반도체 광검출 소자에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제된다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있는 반도체 광검출 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자를 나타내는 사시도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자에서의 광의 주행을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 반도체 광검출 소자를 관찰한 SEM 화상이다.
도 5는 실시예 2에 따른 반도체 광검출 소자를 관찰한 SEM 화상이다.
도 6은 실시예 1과 2 및 비교예 1에 있어서의, 파장에 대한 양자 효율의 변화를 나타내는 선도이다.
도 7은 실시예 1과 2 및 비교예 1에 있어서의, 파장에 대한 양자 효율의 변화를 나타내는 선도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 제3 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제4 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 제5 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 제6 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 제7 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 제8 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 제9 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 제10 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 가지는 요소에는, 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP1)의 구성을 설명한다. 도 1은 제1 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자를 나타내는 사시도이다. 도 2는 제1 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP1)는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 이면 입사형의 고체 촬상 소자이다. 반도체 광검출 소자(SP1)는 반도체 기판(SS)의 이면측이 박화(薄化)된 BT-CCD(전하결합소자)이다. 반도체 기판(SS)의 박화는, 예를 들면, 에칭에 의해 실현된다. 에칭액에는, 예를 들면, 수산화 칼륨 용액 또는 TMAH(수산화 테트라메틸암모늄 용액)가 이용된다.
박화된 반도체 기판(SS)의 중앙 영역에는, 오목부(TD)가 형성되어 있다. 오목부(TD)의 주위에는, 두꺼운 테두리부가 존재하고 있다. 오목부(TD)의 측면은, 저면(BF)에 대해서 둔각을 이루어 경사져 있다. 반도체 기판(SS)의 박화된 중앙 영역은, 광 감응 영역(촬상 영역)이다. 이 광 감응 영역에 광 L이, 예를 들면, Z축의 마이너스 방향을 따라서 입사된다. 반도체 기판(SS)의 오목부(TD)의 저면(BF)은, 광 입사면을 구성하고 있다. 테두리부는 에칭에 의해서 제거되어 있어도 된다. 이 경우, 전 영역이 박화된 이면 입사형의 고체 촬상 소자가 얻어진다.
반도체 광검출 소자(SP1)는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(SS)으로서의 p형(제1 도전형)의 반도체 기판(1)을 구비하고 있다. 반도체 기판(1)은 실리콘(Si) 결정으로 이루어지고, 서로 대향하는 제1 주면(1a) 및 제2 주면(1b)을 가지고 있다. 반도체 기판(1)은 면방위 (100)의 실리콘 기판이다. 반도체 기판(1)에서는, 입사광에 따라 캐리어가 발생한다. 제2 주면(1b)이 광 입사면이며, 제1 주면(1a)이 광 입사면의 이면이다. 반도체 기판(1)의 두께 방향은, Z축과 평행한 방향이다. 반도체 기판(1)의 중앙 영역에 있어서의 두께는, 예를 들면, 5~30㎛이다.
반도체 기판(1)의 두께는, 화소 피치 P 이하로 설정되어 있다. 본 실시 형태에서는, 화소 피치 P는, 예를 들면, 5~48㎛이다. 반도체 기판(1)의 두께는, 예를 들면, 5~30㎛이다. 본 실시 형태에서는, 반도체 광검출 소자(SP1)로서, 2상(phase) 클록 구동되는 고체 촬상 소자가 제시되고 있다. 각 전송 전극 아래에는, 전하가 일방향으로 확실히 전송되기 위해서, 불순물 농도를 다르게 한 영역(도시하지 않음)이 존재하고 있다.
Si를 이용했을 경우, p형 불순물로서는 B 등의 3족 원소가 이용되고, n형 불순물로서는 N, P 또는 As 등의 5족 원소가 이용된다. 반도체의 도전형인 n형과 p형은, 서로 치환해서 소자를 구성해도, 당해 소자를 기능시킬 수 있다.
반도체 기판(1)의 제1 주면(1a)측에는, 전하 전송부로서의 n형의 반도체층(반도체 영역)(3)이 마련되어 있다. 반도체 기판(1)과 반도체층(3)의 사이에는 pn접합이 형성되어 있다. 반도체 기판(1)의 제1 주면(1a) 상에는, 절연층(7)을 개재시켜, 전송 전극부로서의 복수의 전하 전송 전극(5)이 배치되어 있다. 반도체 기판(1)의 제1 주면(1a)측에는, 반도체층(3)을 수직 CCD마다 전기적으로 분리하는 아이솔레이션 영역(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 반도체층(3)의 두께는, 예를 들면, 0.1~1㎛이다.
반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)에는, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 볼록부(10)가, 제2 주면(1b)에 있어서의 광 감응 영역(9)에 대응하는 영역 전체에 형성되어 있다. 각 볼록부(10)는, 대략 뿔체 형상을 나타내고 있고, 반도체 기판(1)의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면(10a)을 가지고 있다. 볼록부(10)는, 예를 들면, 대략 사각뿔 형상을 나타낸다. 볼록부(10)의 높이는, 200nm 이상이다. 서로 이웃하는 두 개의 볼록부(10)의 정점의 간격은, 예를 들면, 500~3000nm이다.
볼록부(10)에서는, 경사면(10a)으로서, 반도체 기판(1)의 (111)면이 노출되어 있다. 경사면(10a)은 광학적으로 노출되어 있다. 경사면(10a)이 광학적으로 노출되어 있다는 것은, 경사면(10a)이 공기 등의 분위기 가스와 접하고 있을 뿐만 아니라, 경사면(10a) 상에 광학적으로 투명한 막이 형성되어 있는 경우도 포함한다.
반도체 광검출 소자(SP1)에서는, 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)측에는, 어큐뮬레이션층(11)이 마련되어 있다. 볼록부(10)의 경사면(10a)은, 어큐뮬레이션층(11)의 표면에 포함되어 있다. 어큐뮬레이션층(11)은 반도체 기판(1)과 같은 도전형(p형)을 가지고 있다. 어큐뮬레이션층(11)의 불순물 농도는, 반도체 기판(1)의 불순물 농도보다도 크다.
본 실시 형태에서는, 어큐뮬레이션층(11)은 반도체 기판(1) 내에 있어서 제2 주면(1b)측으로부터 p형 불순물을 이온 주입 또는 확산시키는 것에 의해서 형성되어 있다. 어큐뮬레이션층(11)은, p형 불순물을 이온 주입 또는 확산시킨 후에 열처리(어닐, anneal)함으로써, 활성화되어 있다. 어큐뮬레이션층(11)의 두께는, 예를 들면, 0.1~1㎛이다.
반도체 광검출 소자(SP1)는 제2 주면(1b) 상에 배치되어 있는 반사 방지막(AR1)을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 반사 방지막(AR1)은 산화 실리콘(SiO2)막이다. 반사 방지막(AR1)은 입사광을 투과시키는 산화물막이다. 반사 방지막(AR1)은, 볼록부(10)의 경사면(10a)을 덮도록, 경사면(10a)과 접하고 있다. 반사 방지막(AR1)의 표면에는, 복수의 볼록부(10)에 대응하는 요철이 형성되어 있다. 반사 방지막(AR1)의 두께는, 예를 들면, 1~200nm이다. 반사 방지막(AR1)은, 예를 들면, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있는 영역 전체를 덮고 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 제2 주면(1b)에 형성되어 있는 복수의 볼록부(10)가, 경사면(10a)을 가지고 있다. 광 L이 제2 주면(1b)으로부터 반도체 기판(1)에 입사되는 경우, 도 3에 도시되는 바와 같이, 일부의 광은, 제2 주면(1b)측에서 반사된다. 경사면(10a)이 반도체 기판(1)의 두께 방향에 대해서 경사져 있으므로, 예를 들면, 하나의 볼록부(10)의 경사면(10a)측에서 반사된 광은, 당해 하나의 볼록부(10)에 근접하는 볼록부(10)의 경사면(10a)측으로 향해지고, 근접하는 볼록부(10)의 경사면(10a)으로부터 반도체 기판(1)에 입사된다. 제2 주면(1b)(경사면(10a))측에서 반사된 광이, 반도체 기판(1)에 재입사된다.
볼록부(10)에서는, 경사면(10a)으로서, 반도체 기판(1)의 (111)면이 노출되어 있으므로, 경사면(10a)으로부터 반도체 기판(1)에 입사되는 광은, 반도체 기판(1)에 받아들여지기 쉽다. 볼록부(10)의 높이가 200nm 이상이므로, 경사면(10a)의 표면적이 크다. 이 때문에, 경사면(10a)에 입사되는 광이 반도체 기판(1)에 많이 받아들여진다.
자외의 파장 영역의 광은, 실리콘에 의한 흡수 계수가 크기 때문에, 반도체 기판(1)에 있어서의 제2 주면(1b)(경사면(10a))에 가까운 영역에서 흡수된다. 반도체 광검출 소자(SP1)에서는, 반도체 기판(1)에 형성되어 있는 볼록부(10)에 있어서, 반도체 기판(1)의 (111)면이 노출되어 있으므로, 제2 주면(1b)에 가까운 영역에서의 광의 흡수가 저해되는 일은 없다.
이러한 결과, 반도체 광검출 소자(SP1)에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 이하의 이유에 의해, 반도체 광검출 소자(SP1)에서는, 근적외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상도 도모되고 있다.
경사면(10a)으로부터 반도체 기판(1) 내에 입사된 광 L1은, 도 3에도 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(1)의 두께 방향과 교차하는 방향으로 진행되어, 제1 주면(1a)에 도달하는 일이 있다. 이때, 제1 주면(1a)에 도달하는 광 L1은, 제1 주면(1a)에 도달하는 각도에 따라서는, 제1 주면(1a)에서 전반사된다. 이 때문에, 반도체 광검출 소자(SP1)(반도체 기판(1))에 입사된 광의 주행거리가 길어진다.
반도체 기판(1)에 재입사된 광 L2는, 반도체 기판(1)의 두께 방향과 교차하는 방향으로 반도체 기판(1) 내를 진행한다. 이 때문에, 반도체 광검출 소자(SP1)(반도체 기판(1))에 재입사된 광 L2의 주행거리도 길어진다.
반도체 기판(1) 내를 진행하는 광의 주행거리가 길어지면, 광이 흡수되는 거리도 길어진다. 이 때문에, 실리콘에 의한 흡수 계수가 작은 근적외의 파장 대역의 광이어도, 반도체 기판(1)에서 흡수되므로, 반도체 광검출 소자(SP1)에서는, 근적외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모된다.
반도체 광검출 소자(SP1)에서는, 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)에, 어큐뮬레이션층(11)이 마련되어 있다. 볼록부(10)의 경사면(10a)은, 어큐뮬레이션층(11)의 표면에 포함되어 있다. 어큐뮬레이션층(11)에 의해서, 제2 주면(1b)측에서 광에 의하지 않고 발생하는 불요 캐리어가 재결합되어, 암전류가 저감된다. 어큐뮬레이션층(11)은 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b) 부근에서 광에 의해 발생된 캐리어가 제2 주면(1b)에서 트랩되는 것을 억제하므로, 광에 의해 발생된 캐리어는, 반도체 기판(1)과 반도체층(3)으로 형성되는 pn접합으로 효율적으로 이동한다. 이 결과, 반도체 광검출 소자(SP1)에서는, 광 검출 감도의 향상이 도모되고 있다.
반도체 광검출 소자(SP1)는 산화 실리콘막인 반사 방지막(AR1)을 구비하고 있다. 이 때문에, 광이 반도체 기판(1)에 한층 더 받아들여지기 쉽고, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 한층 더 향상된다.
본 발명자들은, 제1 실시 형태에 의한 분광 감도 특성의 향상 효과를 확인하기 위한 실험을 행했다.
본 발명자들은, 상술한 구성을 구비한 반도체 광검출 소자(실시예 1 및 2로 칭함)와, 반도체 기판의 광 입사면에 볼록부가 형성되어 있지 않은 반도체 광검출 소자(비교예 1로 칭함)를 제작하여, 각각의 분광 감도 특성을 조사했다. 실시예 1과 2 및 비교예 1은, 볼록부를 형성하는 점을 제외하고, 같은 구성을 구비하고 있다. 광 감응 영역의 사이즈는, 0.5mmφ로 설정되어 있다.
실시예 1(도 4 참조)에서는, 볼록부(10)의 높이는, 1570nm이다. 이 값은, 반사 방지막(AR1)의 두께를 포함하고 있다. 실시예 2(도 5 참조)에서는, 볼록부(10)의 높이는, 1180nm이다. 이 값도, 반사 방지막(AR1)의 두께를 포함하고 있다. 도 4 및 도 5의 (a)는, 반도체 광검출 소자의 광 입사면측의 표면(반사 방지막(AR1)의 표면)을, 45°비스듬하게 관찰한 SEM 화상이다. 도 4 및 도 5의 (b)는, 반도체 광검출 소자의 단면을 관찰한 SEM 화상이다.
실험 결과가 도 6 및 도 7에 나타나 있다. 도 6 및 도 7에 있어서, 실시예 1의 분광 감도 특성은 T1으로 표시되고, 실시예 2의 분광 감도 특성은 T2로 표시되며, 비교예 1의 분광 감도 특성은 T3로 표시되어 있다. 도 6에 있어서, 세로축은 양자 효율(Q. E.)을 나타내고, 가로축은 광의 파장(nm)을 나타내고 있다. 도 7에서는, 진공 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 나타내지고 있다.
도 6 및 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 및 2에서는, 비교예 1에 비해, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도가 큰폭으로 향상되고 있다. 실시예 1 및 2에서는, 비교예 1에 비해, 근적외의 파장 대역에서의 분광 감도도 향상되고 있다. 실시예 1은, 실시예 2에 비해, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 향상되고 있다.
(제2 실시 형태)
도 8을 참조하여, 제2 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP2)의 구성을 설명한다. 도 8은 제2 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP2)는 반도체 기판(1), 복수의 전하 전송 전극(5), 및 전극막(EL)을 구비하고 있다. 반도체 광검출 소자(SP2)는, 반사 방지막(AR1) 대신에, 전극막(EL)을 구비하고 있는 점에서, 반도체 광검출 소자(SP1)와 상위하다.
전극막(EL)은 반도체 기판(1) 상에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 전극막(EL)은 반도체 기판(1)과 접하고 있다. 전극막(EL)은 반도체 광검출 소자(SP2)에 입사되는 광을 투과시키는 것과 함께, 소정의 전위(예를 들면, 그라운드 전위 또는 음의 전위)에 접속된다. 전극막(EL)은, 예를 들면, 피측정광에 대해서 투명한 전극막(이하, 간단하게 「투명 전극막」이라고 칭하는 경우가 있음)이다. 투명 전극막의 재료로서는, 예를 들면, 주석 도핑된 산화 인듐(ITO), 그래핀, 및 카본 나노 튜브(CNT)를 들 수 있다. 투명 전극막은 매우 얇은 금속막이어도 된다. 이 금속막의 재료로서는, 예를 들면, TiPt를 들 수 있다. 전극막(EL)의 표면에는, 반도체 기판(1)과 마찬가지로, 복수의 볼록부(10)에 대응하는 요철이 형성되어 있다. 전극막(EL)의 두께는, 예를 들면, 0.0003~3㎛이다. 전극막(EL)은, 예를 들면, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있는 영역 전체를 덮고 있다.
반도체 광검출 소자(SP2)에서는, 반도체 광검출 소자(SP1)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다.
반사 방지막(AR1)에 자외광이 입사되면, 반사 방지막(AR1)이 산화 실리콘막, 즉 산화물막이기 때문에, 반사 방지막(AR1)이 대전하는 현상(차지 업 현상)이 발생할 우려가 있다. 반사 방지막(AR1)에 차지 업 현상이 발생하면, 이하의 이유에 의해, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 열화된다.
산화 실리콘막 등의 산화물막에는, 일반적으로, 양(+)극성의 전하가 대전하고 있다. 자외광이 산화물막에 조사되면, 산화물막의 전하량이 증가한다. 어큐뮬레이션층(11)이 p형의 반도체층인 경우, 양극성으로 대전된 불순물 원자인 억셉터가, 어큐뮬레이션층(11)에 존재하고 있다. 산화물막에 대전된 양극성의 전하에 의해, 어큐뮬레이션층(11) 내에 존재하는, 양극성으로 하전(荷電)된 정공을 물리칠 수 있다. 이 때문에, 어큐뮬레이션층(11)에 의해서 반도체 기판(1) 내에 형성되는 포텐셜 슬로프는, 제2 주면(1b) 근방에서 자외광의 입사면측으로 휘어진다. 입사된 자외광은, 반도체 기판(1)의 표면 근방에서 광전 반응을 발생시킨다. 광전 반응에 의해 발생된 전자는, 전하 전송이 행해지는 제1 주면(1a)측으로 유도되지 않고, 제2 주면(1b)측으로 유도된다. 제2 주면(1b)측으로 유도된 전자는, 재결합에 의해 소멸되므로, 신호 출력으로서는 취출되지 않는다. 이 결과, 자외의 파장 대역에서의 감도가 저하된다.
이것에 대해, 반도체 광검출 소자(SP2)에서는, 반사 방지막(AR1)이 존재하지 않기 때문에, 반사 방지막(AR1)의 대전에 의해 발생하는, 자외의 파장 대역에서의 감도의 저하가 억제된다. 또한, 반도체 기판(1)의 표면에 위치하는 전극막(EL)에 의해, 반도체 기판(1)의 표면의 전위는 항상 일정하게 유지된다. 따라서, 반도체 광검출 소자(SP2)에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다. 전극막(EL)에 의한 상기 작용·효과는, 볼록부(10)가 형성되어 있지 않은 반도체 광검출 소자여도 얻어진다.
(제3 실시 형태)
도 9를 참조하여, 제3 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP3)의 구성을 설명한다. 도 9는 제3 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP3)는 반도체 기판(1), 복수의 전하 전송 전극(5), 산화 알루미늄(Al2O3)막(13), 및 전극막(EL)을 구비하고 있다. 반도체 광검출 소자(SP2)는, 산화 알루미늄막(13)을 구비하고 있는 점에서, 반도체 광검출 소자(SP2)와 상위하다.
산화 알루미늄막(13)은 제2 주면(1b) 상에 배치되어 있다. 산화 알루미늄막(13)은 입사광을 투과시키는 산화물막이다. 산화 알루미늄막(13)의 두께는, 예를 들면, 0.0003~3㎛이다. 산화 알루미늄막(13)의 표면에는, 복수의 볼록부(10)에 대응하는 요철이 형성되어 있다. 산화 알루미늄막(13)은, 예를 들면, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있는 영역 전체를 덮고 있다.
산화 알루미늄막(13)은 음(-)극성으로 대전하고 있다. 반도체 기판(1)의 도전형이 p형이기 때문에, 산화 알루미늄막(13)에 의해서, 소정의 고정 전하(양극성의 고정 전하)가 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)측에 존재한다. 양극성의 고정 전하가 존재하고 있는 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)측의 영역은, 어큐뮬레이션층으로서 기능한다. 따라서, 반도체 광검출 소자(SP3)에서는, 반도체 기판(1)에 어큐뮬레이션층(11)은 마련되어 있지 않다.
산화 알루미늄막(13)은 산화 실리콘막을 개재시켜 제2 주면(1b) 상에 배치되어 있어도 된다. 이 경우에서도, 산화 알루미늄막(13)에 의해서, 양극성의 고정 전하가 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)측에 존재한다.
전극막(EL)은 산화 알루미늄막(13) 상에 배치되어 있다. 전극막(EL)은 산화 알루미늄막(13)과 접하고 있다. 본 실시 형태에서도, 전극막(EL)은, 예를 들면, 피측정광에 대해서 투명한 전극막이다. 투명 전극막의 재료로서는, 예를 들면, ITO, 그래핀, 및 CNT를 들 수 있다. 투명 전극막은 매우 얇은 금속막이어도 된다. 이 금속막의 재료로서는, 예를 들면, TiPt를 들 수 있다. 전극막(EL)은 소정의 전위(예를 들면, 그라운드 전위 또는 음의 전위)에 접속된다. 전극막(EL)의 두께는, 예를 들면, 0.0003~3㎛이다. 전극막(EL)은, 예를 들면, 산화 알루미늄막(13) 전체를 덮고 있다.
반도체 광검출 소자(SP3)에서도, 반도체 광검출 소자(SP1, SP2)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 반도체 광검출 소자(SP3)에서는, 반도체 기판(1)에 어큐뮬레이션층(11)이 마련될 필요가 없기 때문에, 반도체 광검출 소자(SP3)의 제조 과정의 간소화가 도모된다.
산화 알루미늄막(13)에 자외광이 입사되면, 반사 방지막(AR1)과 마찬가지로, 산화 알루미늄막(13)이 대전한다. 이 경우, 산화 알루미늄막(13)의 대전 상태는, 음극성으로부터 전기적으로 중화(中和)된 상태로 이행된다. 반도체 광검출 소자(SP3)에서는, 소정의 전위에 접속되는 전극막(EL)이 산화 알루미늄막(13) 상에 배치되어 있으므로, 산화 알루미늄막(13)의 대전이 억제된다. 따라서, 반도체 광검출 소자(SP3)에서도, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다. 전극막(EL)에 의한 상기 작용·효과는, 볼록부(10)가 형성되어 있지 않은 반도체 광검출 소자여도 얻어진다.
전극막(EL)이, 그래핀 또는 CNT로 이루어진 막인 경우, 예를 들면 ITO막에 비해, 자외의 파장 대역의 광의 투과율이 높은, 즉, 자외의 파장 대역에서의 투과 특성의 저하가 억제된다. 이 결과, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이, 전극막(EL)에 의해서 저하되는 것이 억제되고 있다.
(제4 실시 형태)
도 10을 참조하여, 제4 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP4)의 구성을 설명한다. 도 10은 제4 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP4)는 반도체 기판(1), 복수의 전하 전송 전극(5), 반사 방지막(AR1) 및 전극막(EL)을 구비하고 있다. 반도체 광검출 소자(SP4)는, 반도체 기판(1)에 어큐뮬레이션층(11)이 마련되어 있지 않은 점에서, 반도체 광검출 소자(SP2)와 상위하다.
본 실시 형태에서도, 전극막(EL)은, 예를 들면, 피측정광에 대해서 투명한 전극막이다. 투명 전극막의 재료로서는, 예를 들면, ITO, 그래핀, 및 CNT를 들 수 있다. 투명 전극막은 매우 얇은 금속막이어도 된다. 이 금속막의 재료로서는, 예를 들면, TiPt를 들 수 있다. 전극막(EL)은 소정의 전위(예를 들면, 음의 전위)에 접속된다. 전극막(EL)은, 반사 방지막(AR1)(산화 실리콘막)을 개재시켜, 제2 주면(1b) 상에 배치되어 있다. 전극막(EL)은 반사 방지막(AR1)과 접하고 있다. 전극막(EL)의 두께는, 예를 들면, 0.0003~3㎛이다. 전극막(EL)은, 예를 들면, 반사 방지막(AR1) 전체를 덮고 있다.
전극막(EL)은 음의 전위에 접속된다. 반도체 기판(1)의 도전형이 p형이기 때문에, 전극막(EL)에 의해서, 소정의 고정 전하(양극성의 고정 전하)가 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)측에 존재한다. 양극성의 고정 전하가 존재하고 있는 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)측의 영역은, 어큐뮬레이션층으로서 기능한다.
반도체 광검출 소자(SP4)에서도, 반도체 광검출 소자(SP1, SP2, SP3)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 반도체 광검출 소자(SP4)에서도, 반도체 기판(1)에 어큐뮬레이션층(11)이 마련될 필요가 없기 때문에, 반도체 광검출 소자(SP4)의 제조 과정의 간소화가 도모된다.
반도체 광검출 소자(SP4)에서는, 음의 전위에 접속되는 전극막(EL)이 반사 방지막(AR1) 상에 배치되어 있으므로, 반사 방지막(AR1)의 대전의 유무와 상관없이, 반도체 기판(1) 내에는 포텐셜 슬로프가 일정하게 형성된다. 따라서, 반도체 광검출 소자(SP4)에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
(제5 실시 형태)
도 11을 참조하여, 제5 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP5)의 구성을 설명한다. 도 11은 제5 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP5)는, 도 11에 도시되는 바와 같이, 표면 입사형의 포토다이오드이다. 반도체 광검출 소자(SP5)는 n-형의 반도체 기판(21)을 구비하고 있다. 반도체 기판(21)은 실리콘(Si) 결정으로 이루어지고, 서로 대향하는 제1 주면(21a) 및 제2 주면(21b)을 가지고 있다. 반도체 기판(21)은 면방위 (100)의 실리콘 기판이다. 제1 주면(21a)이 광 입사면이고, 제2 주면(21b)이 광 입사면의 이면이다. 반도체 기판(21)의 두께는, 예를 들면, 200~500㎛이다. 반도체 기판(21)의 두께 방향은, Z축과 평행한 방향이다.
반도체 기판(21)의 제1 주면(21a)측에는, p+형의 반도체 영역(23)과 n+형의 반도체 영역(25)이 마련되어 있다. 반도체 기판(21)과 반도체 영역(23)의 사이에는 pn접합이 형성되어 있다. 반도체 영역(23)의 두께는, 예를 들면, 1.5~3.0㎛이다. 본 실시 형태에서는, 반도체 영역(23)은 반도체 기판(21) 내에 있어서 제1 주면(21a)측으로부터 p형 불순물을 이온 주입 또는 확산시키는 것에 의해 형성되어 있다. 반도체 영역(25)은 반도체 기판(21) 내에 있어서 제1 주면(21a)측으로부터 n형 불순물을 이온 주입 또는 확산시키는 것에 의해 형성되어 있다.
도전형에 부여된 「+」는, 고불순물 농도인 것을 나타내고, 예를 들면, 불순물 농도가 1×1017cm-3 정도 이상인 것을 나타낸다. 도전형에 부여된 「-」는, 저불순물 농도인 것을 나타내고, 예를 들면, 불순물 농도가 1×1015cm-3 정도 이하인 것을 나타낸다.
반도체 기판(21)의 제1 주면(21a)에는, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 볼록부(10)가, 제1 주면(21a)에 있어서의 반도체 영역(23)에 대응하는 영역 전체에 형성되어 있다. 볼록부(10)의 경사면(10a)은, 반도체 영역(23)의 표면에 포함되어 있다. 각 볼록부(10)는, 제1 실시 형태와 같이, 대략 뿔체 형상을 나타내고 있고, 반도체 기판(21)의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면(10a)을 가지고 있다. 볼록부(10)에서는, 경사면(10a)으로서, 반도체 기판(21)의 (111)면이 노출되어 있다. 볼록부(10)는 제1 주면(21a)에 있어서의 반도체 영역(23)에 대응하는 영역 이외에도 형성되어 있어도 된다. 즉, 볼록부(10)는 제1 주면(21a) 전체에 형성되어 있어도 된다.
반도체 기판(21)의 제1 주면(21a) 상에는, 절연층(27)이 배치되어 있다. 절연층(27)은 산화 실리콘(SiO2)막이다. 즉, 절연층(27)은 입사광을 투과시키는 산화물막이다. 절연층(27)은, 볼록부(10)의 경사면(10a)을 덮도록, 경사면(10a)과 접하고 있다. 절연층(27)의 표면에는, 복수의 볼록부(10)에 대응하는 요철이 형성되어 있다. 절연층(27)의 두께는, 예를 들면, 1~200nm이다. 절연층(27)은 반사 방지막으로서 기능시켜도 된다.
반도체 광검출 소자(SP5)는 전극막(EL)을 구비하고 있다. 전극막(EL)은 절연층(27) 상에 배치되어 있다. 전극막(EL)은 절연층(27)과 접하고 있다. 본 실시 형태에서도, 전극막(EL)은, 예를 들면, 피측정광에 대해서 투명한 전극막이다. 투명 전극막의 재료로서는, 예를 들면, ITO, 그래핀, 및 CNT를 들 수 있다. 투명 전극막은 매우 얇은 금속막이어도 된다. 이 금속막의 재료로서는, 예를 들면, TiPt를 들 수 있다. 전극막(EL)은, 전극(31)을 통하여, 소정의 전위(예를 들면, 그라운드 전위 또는 음의 전위)에 접속된다. 전극(31)은 전극막(EL)에 전기적으로 접촉 및 접속되어 있다. 전극막(EL)의 두께는, 예를 들면, 0.0003~3㎛이다.
반도체 광검출 소자(SP5)는 전극(33, 35)을 구비하고 있다. 전극(33)은, 절연층(27)에 형성된 컨택트홀(H1)을 통하여, 반도체 영역(23)에 전기적으로 접촉 및 접속되어 있다. 전극(35)은, 절연층(27)에 형성된 컨택트홀(H2)을 통하여, 반도체 영역(25)에 전기적으로 접촉 및 접속되어 있다.
반도체 광검출 소자(SP5)에서도, 반도체 광검출 소자(SP1, SP2, SP3, SP4)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다.
반도체 광검출 소자(SP5)에서는, 그라운드 전위 또는 음의 전위에 접속되는 전극막(EL)(투명 전극막)이 절연층(27) 상에 배치되어 있으므로, 절연층(27)의 대전이 억제된다. 따라서, 반도체 광검출 소자(SP5)에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
전극막(EL)이, 그래핀 또는 CNT로 이루어진 막인 경우, 상술한 바와 같이, 자외의 파장 대역에서의 투과 특성의 저하가 억제된다. 이 결과, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이, 전극막(EL)에 의해서 저하되는 것이 억제되고 있다.
(제6 실시 형태)
도 12를 참조하여, 제6 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP6)의 구성을 설명한다. 도 12는 제6 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP6)는, 도 12에 도시되는 바와 같이, 이면 입사형의 포토다이오드이다. 반도체 광검출 소자(SP6)는 반도체 기판(21), 반사 방지막(AR1)(산화 실리콘막), 및 전극막(EL)을 구비하고 있다. 제6 실시 형태에서도, 전극막(EL)은, 예를 들면, 피측정광에 대해서 투명한 전극막이다. 투명 전극막의 재료로서는, 예를 들면, ITO, 그래핀, 및 CNT를 들 수 있다. 투명 전극막은 매우 얇은 금속막이어도 된다. 이 금속막의 재료로서는, 예를 들면, TiPt를 들 수 있다. 제2 주면(21b)이 광 입사면이며, 제1 주면(21a)이 광 입사면의 이면이다. 반도체 기판(21)의 두께는, 예를 들면, 100~200㎛이다.
반도체 기판(21)의 제2 주면(21b)에는, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 볼록부(10)가 제2 주면(21b) 전체에 형성되어 있다. 각 볼록부(10)는, 제1 실시 형태와 같이, 대략 뿔체 형상을 나타내고 있고, 반도체 기판(21)의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면(10a)을 가지고 있다. 볼록부(10)에서는, 경사면(10a)으로서, 반도체 기판(21)의 (111)면이 노출되어 있다. 볼록부(10)는 제2 주면(21b)에 있어서의 반도체 영역(23)에 대응하는 영역에만 형성되어 있어도 된다.
반사 방지막(AR1)은 제2 주면(21b) 상에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서도, 반사 방지막(AR1)은, 볼록부(10)의 경사면(10a)을 덮도록, 경사면(10a)과 접하고 있다. 반사 방지막(AR1)의 두께는, 예를 들면, 1~200㎛이다.
전극막(EL)(투명 전극막)은 소정의 전위(예를 들면, 그라운드 전위 또는 음의 전위)에 접속된다. 전극막(EL)은, 반사 방지막(AR1)(산화 실리콘막)을 개재시켜, 제2 주면(1b) 상에 배치되어 있다. 전극막(EL)의 두께는, 예를 들면, 0.0003~3㎛이다.
반도체 광검출 소자(SP6)에서도, 반도체 광검출 소자(SP1, SP2, SP3, SP4, SP5)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다.
반도체 광검출 소자(SP6)에서는, 그라운드 전위 또는 음의 전위에 접속되는 전극막(EL)(투명 전극막)이 반사 방지막(AR1) 상에 배치되어 있으므로, 반사 방지막(AR1)의 대전이 억제된다. 따라서, 반도체 광검출 소자(SP6)에서는, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
전극막(EL)이, 그래핀 또는 CNT로 이루어진 막인 경우, 상술한 바와 같이, 자외의 파장 대역에서의 투과 특성의 저하가 억제된다. 이 결과, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성이, 전극막(EL)에 의해서 저하되는 것이 억제되고 있다.
(제7 실시 형태)
도 13을 참조하여, 제7 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP7)의 구성을 설명한다. 도 13은 제7 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP7)는 반도체 기판(1), 복수의 전하 전송 전극(5), 및 붕소를 포함하는 막(40)을 구비하고 있다. 반도체 광검출 소자(SP7)는, 반사 방지막(AR1) 대신에, 막(40)을 구비하고 있는 점에서, 반도체 광검출 소자(SP1)와 상위하다.
막(40)은 제2 주면(1b) 상에 배치되어 있고, 입사광을 투과시킨다. 막(40)은 제2 주면(1b)과 접하고 있다. 본 실시 형태에서는, 막(40)은 붕소로 이루어진 막이다. 막(40)은, 볼록부(10)의 경사면(10a)을 덮도록, 경사면(10a)과 접하고 있다. 막(40)의 표면에는, 복수의 볼록부(10)에 대응하는 요철이 형성되어 있다. 막(40)의 두께는, 예를 들면, 1~30nm이다. 막(40)은, 예를 들면, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있는 영역 전체를 덮고 있다.
반도체 광검출 소자(SP7)에서는, 반도체 광검출 소자(SP1, SP2, SP3, SP4, SP5, SP6)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다.
반도체 광검출 소자(SP7)에서는, 제2 주면(1b)(광 입사면) 상에 붕소를 포함하는 막(40)이 배치되어 있으므로, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
(제8 실시 형태)
도 14를 참조하여, 제8 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP8)의 구성을 설명한다. 도 14는 제8 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP8)는 반도체 기판(1), 복수의 전하 전송 전극(5), 붕소를 포함하는 막(40), 및 반사 방지막(AR2)을 구비하고 있다. 반도체 광검출 소자(SP8)는, 반사 방지막(AR2)을 구비하고 있는 점에서, 반도체 광검출 소자(SP7)와 상위하다.
반사 방지막(AR2)은 막(40) 상에 배치되어 있다. 반사 방지막(AR2)은 막(40)과 접하고 있다. 본 실시 형태에서는, 반사 방지막(AR2)은 산화 알루미늄(Al2O3)막이다. 반사 방지막(AR2)은 입사광을 투과시키는 산화물막이다. 반사 방지막(AR2)은, 예를 들면, 막(40) 전체를 덮고 있다. 본 실시 형태에서도, 막(40)은 붕소로 이루어진 막이다. 반사 방지막(AR2)의 두께는, 예를 들면, 0.01~1㎛이다.
반도체 광검출 소자(SP8)에서는, 반도체 광검출 소자(SP1, SP2, SP3, SP4, SP5, SP6, SP7)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 반도체 광검출 소자(SP8)는 반사 방지막(AR2)을 구비하고 있으므로, 광이 반도체 기판(1)에 한층 더 받아들여지기 쉽다. 이 결과, 반도체 광검출 소자(SP8)에서는, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 한층 더 향상된다.
반도체 광검출 소자(SP8)에서는, 반도체 광검출 소자(SP7)와 마찬가지로, 제2 주면(1b)(광 입사면) 상에 붕소를 포함하는 막(40)이 배치되어 있으므로, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
(제9 실시 형태)
도 15를 참조하여, 제9 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP9)의 구성을 설명한다. 도 15는 제9 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP9)는, 반도체 광검출 소자(SP6)와 마찬가지로, 이면 입사형의 포토다이오드이다. 반도체 광검출 소자(SP9)는 반도체 기판(21), 붕소를 포함하는 막(40), 및 반사 방지막(AR2)(산화 알루미늄막)을 구비하고 있다. 반도체 광검출 소자(SP9)는, 막(40) 및 반사 방지막(AR2)을 구비하고 있는 점에서, 반도체 광검출 소자(SP6)와 상위하다.
막(40)은 제2 주면(21b) 상에 배치되어 있다. 막(40)은, 볼록부(10)의 경사면(10a)을 덮도록, 경사면(10a)과 접하고 있다. 막(40)은 제2 주면(21b)와 접하고 있다. 막(40)의 두께는, 예를 들면, 1~30nm이다. 본 실시 형태에서도, 막(40)은 붕소로 이루어진 막이다. 막(40)은, 예를 들면, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있는 영역 전체를 덮고 있다.
반사 방지막(AR2)은, 막(40)을 개재시켜, 제2 주면(1b) 상에 배치되어 있다. 반사 방지막(AR2)은 막(40)과 접하고 있다. 반사 방지막(AR2)의 두께는, 예를 들면, 0.01~1㎛이다.
반도체 광검출 소자(SP9)에서도, 반도체 광검출 소자(SP1, SP2, SP3, SP4, SP5, SP6, SP7, SP8)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 반도체 광검출 소자(SP9)는 반사 방지막(AR2)을 구비하고 있으므로, 상술한 바와 같이, 반도체 광검출 소자(SP9)에서는, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 한층 더 향상된다.
반도체 광검출 소자(SP9)에서도, 반도체 광검출 소자(SP7, SP8)와 마찬가지로, 제2 주면(21b)(광 입사면) 상에 붕소를 포함하는 막(40)이 배치되어 있으므로, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
(제10 실시 형태)
도 16을 참조하여, 제10 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자(SP10)의 구성을 설명한다. 도 16은 제10 실시 형태에 따른 반도체 광검출 소자의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 광검출 소자(SP10)는, 반도체 광검출 소자(SP5)와 마찬가지로, 표면 입사형의 포토다이오드이다. 반도체 광검출 소자(SP10)는 반도체 기판(21), 붕소를 포함하는 막(40), 및 반사 방지막(AR2)(산화 알루미늄막)을 구비하고 있다. 반도체 광검출 소자(SP10)는, 막(40) 및 반사 방지막(AR2)을 구비하고 있는 점에서, 반도체 광검출 소자(SP5)와 상위하다.
막(40)은 제2 주면(21b) 상에 배치되어 있다. 막(40)은, 반도체 광검출 소자(SP9)와 마찬가지로, 볼록부(10)의 경사면(10a)을 덮도록, 경사면(10a)과 접하고 있다. 막(40)의 두께는, 예를 들면, 1~30nm이다. 본 실시 형태에서도, 막(40)은 붕소로 이루어진 막이다.
반사 방지막(AR2)은, 반도체 광검출 소자(SP9)와 마찬가지로, 막(40)을 개재시켜, 제2 주면(1b) 상에 배치되어 있다. 반사 방지막(AR2)의 두께는, 예를 들면, 0.01~1㎛이다. 본 실시 형태에서는, 반도체 광검출 소자(SP5)와 달리, 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있는 영역은, 절연층(27)으로부터 노출되어 있다. 즉, 절연층(27)은 복수의 볼록부(10)가 형성되어 있는 영역을 덮고 있지 않다. 절연층(27)은, 예를 들면, 산화 실리콘(SiO2)막이다.
반도체 광검출 소자(SP10)에서도, 반도체 광검출 소자(SP1, SP2, SP3, SP4, SP5, SP6, SP7, SP8, SP9)와 마찬가지로, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 향상이 도모되고 있다. 반도체 광검출 소자(SP10)는, 반사 방지막(AR2)을 구비하고 있으므로, 상술한 바와 같이, 반도체 광검출 소자(SP10)에서는, 자외 및 근적외의 각 파장 대역에서의 분광 감도 특성이 한층 더 향상된다.
반도체 광검출 소자(SP10)에서도, 반도체 광검출 소자(SP7, SP8, SP9)와 마찬가지로, 제2 주면(21b)(광 입사면) 상에 붕소를 포함하는 막(40)이 배치되어 있으므로, 자외의 파장 대역에서의 분광 감도 특성의 열화가 억제되고 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
산업상의 이용 가능성
본 발명은 실리콘 기판을 구비하는 반도체 광검출 소자에 이용할 수 있다.
1, 21…반도체 기판, 1a, 21a…제1 주면, 1b, 21b…제2 주면, 3…반도체층, 10…볼록부, 10a…경사면, 11…어큐뮬레이션층, 13…산화 알루미늄막, 23…반도체 영역, 27…절연층(산화 실리콘막), 40…붕소를 포함하는 막, AR1…반사 방지막(산화 실리콘막), EL…전극막, L…광, SP1, SP2, SP3, SP4, SP5, SP6, SP7, SP8, SP9, SP10…반도체 광검출 소자.

Claims (12)

  1. 반도체 광검출 소자로서,
    광 입사면과 상기 광 입사면에 대향하는 이면을 가지고 있는 것과 함께, 입사광에 따라 캐리어가 발생하는 실리콘 기판을 구비하고,
    상기 광 입사면에는, 상기 실리콘 기판의 두께 방향에 대해서 경사진 경사면을 가지는 복수의 볼록부가 형성되어 있고,
    상기 볼록부에서는, 상기 경사면으로서, 상기 실리콘 기판의 (111)면이 노출되고,
    상기 볼록부의 높이가, 200nm이상인 반도체 광검출 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 기판의 상기 이면측에는, 상기 실리콘 기판과 다른 도전형을 가지는 반도체 영역이 마련되고,
    상기 실리콘 기판의 상기 광 입사면측에는, 어큐뮬레이션층이 마련되어 있고,
    상기 볼록부의 경사면이, 상기 어큐뮬레이션층의 표면에 포함되어 있는 반도체 광검출 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 기판의 상기 광 입사면측에는, 상기 실리콘 기판과 다른 도전형을 가지는 반도체 영역이 마련되어 있는 반도체 광검출 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 입사면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 산화물막과,
    상기 산화물막 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 것과 함께 소정의 전위에 접속되는 전극막을 더 구비하고 있는 반도체 광검출 소자.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 입사면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 산화물막과,
    상기 산화물막 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 것과 함께 소정의 전위에 접속되는 전극막을 더 구비하고 있는 반도체 광검출 소자.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 광 입사면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 산화물막과,
    상기 산화물막 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 것과 함께 소정의 전위에 접속되는 전극막을 더 구비하고 있는 반도체 광검출 소자.
  7. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극막이 그래핀으로 이루어진 막인 반도체 광검출 소자.
  8. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화물막이 산화 실리콘막인 반도체 광검출 소자.
  9. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화물막이 산화 알루미늄막인 반도체 광검출 소자.
  10. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 입사면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 것과 함께 붕소를 포함하는 막을 더 구비하고 있는 반도체 광검출 소자.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 광 입사면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 것과 함께 붕소를 포함하는 막을 더 구비하고 있는 반도체 광검출 소자.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 광 입사면 상에 배치되어 있고, 상기 입사광을 투과시키는 것과 함께 붕소를 포함하는 막을 더 구비하고 있는 반도체 광검출 소자.
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