JPH11177119A - フォトダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
フォトダイオードおよびその製造方法Info
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- 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
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Description
【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。
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。
【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。
≦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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
(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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
フォトダイオードの斜視図
【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
光の波長依存性を示すグラフ
【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
フォトダイオードの光感度の波長依存性を示すグラフ
【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
光の波長依存性を示すグラフ
【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
視図
【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
光感度の波長依存性を示すグラフ
【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
ドの分光感度のグラフ
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
Claims (4)
- 【請求項１】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
とを特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項２】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を
特徴とするフォトダイオード。 - 【請求項３】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。 - 【請求項４】請求項１ないし３に記載のフォトダイオー
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ことを特徴とするフォ
トダイオードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9345162A JPH11177119A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | フォトダイオードおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9345162A JPH11177119A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | フォトダイオードおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11177119A true JPH11177119A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18374710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9345162A Pending JPH11177119A (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | フォトダイオードおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11177119A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020036125A (ko) * | 2000-11-08 | 2002-05-16 | 박호군 | ＺｎＯ／Ｓｉ 이종접합 광다이오드 및 그 제조방법 |
| WO2005038889A1 (en) * | 2003-10-18 | 2005-04-28 | Epivalley Co., Ltd. | The method for allngan epitaxial growth on silicon substrate |
| JP2009278003A (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Rohm Co Ltd | フォトダイオード |
-
1997
- 1997-12-15 JP JP9345162A patent/JPH11177119A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020036125A (ko) * | 2000-11-08 | 2002-05-16 | 박호군 | ＺｎＯ／Ｓｉ 이종접합 광다이오드 및 그 제조방법 |
| WO2005038889A1 (en) * | 2003-10-18 | 2005-04-28 | Epivalley Co., Ltd. | The method for allngan epitaxial growth on silicon substrate |
| JP2009278003A (ja) * | 2008-05-16 | 2009-11-26 | Rohm Co Ltd | フォトダイオード |
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