JPH03218078A - 光センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は絶縁物基板上に半導体層を設けた構造（以下Ｓ
ＯＩ構造と称す）において、その半導体層を受光層とし
たＳ　Ｏ　Ｉ　ＦＲ造の光センサに関する。

（口）従来の技術 ５０１１１造の光センサを３次元回路素子の最上層に作
製することは素子の多機能化を図る上で重要な技術であ
る。広瀬氏らは．　１　９　８　５　Ｓｙｍｐｏｓｉｕ
ｍｏｎ　ＶＬＳＩ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｄｉｇｅｓ
ｔ　ｐ．３４−ｐ．３５に記載のごとく、Ｓｉｎｓ膜上
にレーザ再結晶化法で成長した単結晶Ｓｉ膜にＰＮフ才
トダイオードを形成した。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ところが、この構造では、半導体膜であるＳｉのバンド
ギャップが大きいため、長波長光の感度が悪く、厚さ７
０００人程度の薄いＳｉ膜では赤色光を検出できず、カ
ラーセンサとして使用することができない。

本発明は斯る点に鑑みてなされたものである。

（二）課題を解決するための手段 本発明による光センサは、５０１構造の光センサにおい
て、その受光層にＳ＋　１　−ｘ　Ｇ　ｅ　＊／　Ｓ　
＋超格子層を用いたことを特徴とする。

更に本発明による光センサは、前記超格子層が、そのは
）゛全層に亘って格子歪を含んでいることを特徴とする
。

（ホ）作　用 ５　ｉ　．．Ｇ　ｅ　，／　Ｓ　ｉ超格子の組成比Ｘを
制御することで、そのバンドギャップをＳｉの１．１　
ｅＶからＧｅの０．６　６　ｅ　Ｖまで小さくすること
ができ、その結果、長波長光の感度が向上する。更には
、超格子の結晶格子を歪ませることで、そのバンドギャ
ップは０．６ｅＶまで小さくなり、長波長光感度が一層
向上する。

（へ）実施例 第１図は本発明実施例の光センサを示すが、説明の便宜
上、第２図乃至第６図に従い、その製造工程から説明す
る。

第２図に示す工程において、超高真空中にて７５０℃に
加熱保持した（１１０２）面を主面とするサファイアか
らなる絶縁物基板（１）表面にＳｉ分子ＩＩｉＩ（２　
）をＩ　Ｘ　１　０　”ａｔｏｍｓ／ｃｍ″’ｓの強度
で３０分間照射し、表面の清浄化を行う。

第３図に示す工程において、絶縁物基板（１）を８００
℃に昇温し、その上に膜厚０．５μｍのＳｉ膜（３）を
分子線エビタキシャル（ＭＢＥ）成長する。このＳｉ膜
（３）は、Ｓ　ｒ　１　−　Ｈ　Ｇ　ｅ　＊超格子層を
成長するに当り、結晶性の良好な下地を提供するだめの
バッファ層である。

第４図に示す工程において、ｓ　ｉｌ−１１Ｇ　ｅ　ｔ
／　Ｓｉ超格子層の成長を行う。今Ｘ＝０．５すなわち
Ｓ　ｉ６．ｓＧ　ｅ　ｏ，ｓ／　Ｓ　’超格子層を成長
するとして、結晶格子を歪んだままで保持するためにＳ
ｉ。ＩＧｅｏ，ｓ膜の厚さを８０人以下に抑える必要が
ある。これ以上の膜厚にすると欠陥が導入されやすくな
るためである。そこで、Ｓｉ膜（３）上にＳ１３ｓＧｅ
ｏ．ｓ膜（４）を膜厚８０人にてＭＢＥ成長する。この
時の基板温度は５５０℃であり、Ｓｉ（５）はＥ型電子
銃で、Ｇｅ（６）はクヌードセンセルでそれぞれ分子線
を発生させた。

第５図に示す工程において膜厚８０人のＳｉ膜（７）を
基板温度５５０℃でＳ　ｒ　６．　＠Ｇ　ｅ　＠１膜（
４）上にＭＢＥ成長する。

第６図に示す工程では、第４図及び第５図に示す各工程
を繰り返し、Ｓｉ膜（　７　）／　Ｓ　＋　ｏ．ｓ　Ｇ
　ｅ。．，膜（４）を１３周期成長させて、膜厚２０８
０人のＳ　ｌ　ｏ．ｓＧ　ｅ　ｓ．　ｓ／　Ｓ　ｊ超格
子層（８）を形成する。

最終工程としての第１図に示す工程において、このＳ　
ｉ　ｃｓＧｅｏ，ｉ／Ｓ　ｉ超格子層（８）に、Ｐ型領
域（９）としてＢ　（１０）を、Ｎ型領域（１１）とし
てＡｓ　（１２）を、１０６ｍ幅のＩ型領域（１３）を
挟んでそれぞれイオン注入することによ９、ＰＩＮ接合
を持ったＳＯＩ構造の光センサ（１４）を完成する。

本発明の光センサ（１４）における赤色光（波長６５０
０人）の吸収係数は３　Ｘ　Ｉ　Ｑ　’ｃｍ−’以上と
なり、Ｓｉの３　Ｘ　Ｉ　Ｑ　’ｅｍ−’に比べて１桁
大きな値である。

ところでＰＩＮフォトダイオードにおける光電流Ｊは Ｊ＝ｑ・Φ。（１−ｅ−”“） で表わされる。この時、ｑは電荷、Φ。は光強度、ａは
吸収係数、Ｗは膜厚である。

したがって本発明におけるｓｏ　ｘ＃Ｍ造の光センサ（
１４）の赤色光（波長６５００人）照射時の光電流Ｊ．
目．　ｓＧ　ｅ　６　！／　Ｊ　ｓ＋はＪＳ＋ｓ，　ｓ
Ｇｅｓ．　ｉ／Ｓｌ −ＪＳｉ（１０４０ス）”ＪＳｉ＠，ｓＧｅａ，ｌ（１
０４０ｔ）一ｑ・φ，・（１−ｅ一“）＋ｑ・Φ．・（
１−ｅ−’）一ｏ．　２９９Ｘｑ・φ。となる。

但し、ａ　＝３ＸｌＯ”（１．０４Ｘ１０−″）β＝３
Ｘ１０’・（１．０４Ｘ１０−’）一方、受光領域とし
てＳ　１　ａ．　ｓ　Ｇ　ｅ　＠，　６／　Ｓ　ｒ超格
子層（８）のかわりにＳｉ膜のみを用いた場合の光電流
Ｊ　５１は、 ＪｓＩ＝＝ＪｓＩ（２０８０Ａ）＝ｑ・φ＃−（１−ｅ
−’）＝０．　０５８Ｘｑ・φ．である。

但し、Ｔ　＝３Ｘ１０”・（２．０８Ｘ１０−’）した
がって、本発明の光センサ（ｌ４）は、従来のＳｉｌｌ
々のみの場合に比べて Ｊｓ＋ｏ．　ｓｃａｎ．　ｓ／ｓ＋／Ｊｓｌ＝０．２９
９Ｘｑ・φｍｌ０．　０５８Ｘｑ−Φ。

一５、１６　となり， ５倍以」二の光電流を赤色光（波長６５００人）におい
て得ることができる。

（ト）発明の効果 本発明によれば、ＳＯＩ構造の光センサにおいて、長波
長光の感度向が向上し、赤色光の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例による光センサの断面図、第２図
乃至第６図は前記実施例を製造するための工程別断面図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁物基板上に半導体受光層としてＳｉ＿１＿−
   ＿ｘＧｅ＿ｘ／Ｓｉ超格子層を設けたことを特徴とする
   光センサ。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記超格子層は
   、そのほゞ全層に亘って格子歪を含んでいることを特徴
   とする光センサ。