JPH0548135A - 半導体光検出装置とその製造方法 - Google Patents

半導体光検出装置とその製造方法

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JPH0548135A
JPH0548135A JP3209241A JP20924191A JPH0548135A JP H0548135 A JPH0548135 A JP H0548135A JP 3209241 A JP3209241 A JP 3209241A JP 20924191 A JP20924191 A JP 20924191A JP H0548135 A JPH0548135 A JP H0548135A
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JP
Japan
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semiconductor
layer
conductivity type
substrate
superlattice
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JP3209241A
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Inventor
Tadashi Kimura
忠 木村
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程の簡略化をはかり、効率の高い半導
体光検出装置を得る。 【構成】 半導体基板1上に適当なマスク2を用い部分
的にエピタキシャル成長により第1導電型の半導体層3
を設け、この第1導電型の半導体層3の側壁を半導体超
格子光吸収層5の成長シードとすることにより、基板表
面に対し垂直な超格子面の半導体超格子光吸収層5が得
られる。このため、光の入射方向として最も面積の大き
い表面垂直方向が利用できる。 【効果】 入射光を有効に光信号に変換でき、また、同
時に多数の装置を同一基板内に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料を用いた半
導体光検出装置とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は、例えばApplied Physics Letter
50 (16),p.1092 に示された従来のGaAs/AlGa
As超格子を用いた赤外線検出装置を示す断面図であ
る。この図において、1は半導体基板、5は半導体超格
子光吸収層、6はこの半導体超格子光吸収層5上に形成
された電極形成層、7は電極、9は前記半導体基板1上
に形成された電極形成層、10は前記半導体基板1を斜
め45度に研磨した光入射面である。
【0003】次に、製造方法について説明する。半導体
基板1、例えば半絶縁性GaAs基板上に、有機金属気
相成長法または分子線エピタキシー法等の半導体結晶成
長法により、高キャリア濃度の第2導電型の半導体層
(電極形成層)9、例えばn型GaAs層を約1μm成
長させる。この後、同様の成長手段により、半導体超格
子光吸収層5、例えば40ÅGaAs/300ÅAl
0.31Ga0.69As50周期を形成させる。さらに、半導
体超格子光吸収層5の上に半導体層9と同様の第2導電
型の半導体層(電極形成層)6を設け、この後、半導体
基板1の端部を素子形成面に対し45度の角度で研磨を
行い、光入射面10を形成する。最後に、第2導電型の
半導体層6,9の表面に電極7、例えばAu/Ge/N
i等の金属を蒸着し、本素子は完成する。
【0004】この素子の基板研磨面である光入射面10
より、例えば波長約8μmの赤外線を入射させると、入
射光は半導体基板1を透過し、半導体超格子光吸収層5
に達する。ここで、入射光はGaAs井戸サブバンド中
の電子を伝導帯に励起させ、この電子はホットエレクト
ロンとなって走行し、光信号として検出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体光検出装
置は以上のように構成されているので、作成工程におい
て半導体基板1自体の研磨をしなければならず、さら
に、光を斜めから入射させる必要があった。このため、
超格子面に垂直な光成分のみ吸収されるので、量子効率
が最大でも0.5にしかならない。また、単体素子しか
半導体基板1上に形成できないため、集積化が困難であ
るなどの問題点があった。
【0006】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、基板研磨が不要で、光を斜めか
ら入射させる必要がなく、かつ量子効率が向上し、さら
に同一基板上に多数の素子を同時に形成できる半導体光
検出装置とその製造方法を得ることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体光検
出装置は、半導体基板上に形成された第1導電型の半導
体層と第2導電型の半導体層の間に、光吸収層面が半導
体基板表面と垂直に形成された半導体超格子光吸収層を
設けたものである。
【0008】また、本発明に係る半導体光検出装置の製
造方法は、半導体層の側壁をシードとしてサイドウォー
ルをエピタキシャル成長させ、半導体超格子光吸収層を
前記半導体基板に垂直に形成するものである。
【0009】
【作用】本発明における半導体超格子光吸収層は、その
超格子面は基板表面と垂直となり、基板表面または裏面
より入射する光成分は全て半導体超格子光吸収層と相互
作用することになる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。図1は本発明の半導体光検出装置の一実施例を示す
断面図である。図1において、1は半導体基板で、例え
ばGaAsからなる。2はこの半導体基板1上に形成さ
れた絶縁膜で、例えばSiN膜である。3は前記半導体
基板1上にエピタキシャル成長されたストライプ状の第
1導電型の半導体層で、例えばp型GaAs層である。
4は素子保護用の絶縁膜で、例えばSiN膜である。5
は入射光を吸収する半導体超格子光吸収層で、例えば4
0ÅGaAs/300ÅAl0.31Ga0.69As50周期
に形成される。6は第2導電型の半導体層で、例えばn
型GaAs層である。7は第2導電型の電極で、例えば
Au/Ge/Ni等の合金属で形成される。8は前記半
導体基板1の裏面全面に蒸着等により形成された第1導
電型の電極で、例えばAu/Znで形成される。素子表
面の絶縁膜4を通して入射した光の電磁界ベクトルは超
格子面に対して全て垂直である。したがって、入射光は
全て半導体超格子光吸収層5と相互作用しうる。よっ
て、電磁界ベクトルの半分しか相互作用できない従来例
に比べ本質的に効率向上が望める。
【0011】次に、光検出の原理について説明する。本
発明における装置の基本構造は、いわゆるPIN型フォ
トダイオードと呼ばれるものである。受光部、すなわち
半導体超格子光吸収層5、例えば40ÅGaAs/30
0ÅAl0.31Ga0.69As50周期においては、GaA
s井戸とAlGaAsバリアが形成されている。各々の
井戸は唯一のサブバンドと拡張した連続的励起状態を持
つ。ここに光、例えば波長約8μmの赤外線が入射する
とサブバンドにある電子は励起され、この連続的励起状
態、つまり伝導帯に跳び移りここをホットエレクトロン
となって走行し、光信号となって検出される。
【0012】本発明で本質的なのは、光吸収に係る半導
体超格子光吸収層5を従来例に見られるような超格子面
と基板表面が平行になるように形成するのではなく、垂
直になるように形成することである。このためには、エ
ピタキシャル成長のシードに一旦基板上に成長したエピ
タキシャル層の側壁を用いて、ここより基板に垂直な超
格子面を成長するものである。
【0013】図2は本発明の半導体光検出装置の他の実
施例を示す断面図で、この実施例では、電極7を同一電
極材料にて形成し、上面に他の電極8を形成したもので
ある。
【0014】以下、図3,図4に示す製造フローに従っ
て図1の半導体光検出装置の製造方法を説明する。ま
ず、図3(a)に示すように、半導体基板1に、例えば
プラズマCVD法により絶縁膜2を堆積させる。次い
で、例えば熱CVD法によりアモルファスシリコン層1
1を堆積させる。次に、図3(b)に示すように、適当
なパターニングマスクにてアモルファスシリコン層11
を、例えばCHF3 /SF6 プラズマによりドライエッ
チングを行い穴を形成する。次いで、例えば、バッファ
フッ酸により穴部分の絶縁膜2を除去し、基板表面を露
呈させ第1導電型の半導体層形成用の溝12を形成す
る。次に、図3(c)に示すように、溝12中に適当な
半導体エピタキシー法、例えば有機金属気相成長(MO
CVD)法を用いて第1導電型の半導体層3をエピタキ
シャル成長させる。続いて、図3(d)に示すように、
エピタキシャル成長させた第1導電型の半導体層3、ア
モルファスシリコン層11の全面を覆うように素子保護
用の絶縁膜4を、例えば熱CVD法にて堆積させる。こ
の後、図3(e)に示すように、適当なパターニングマ
スクによりアモルファスシリコン層11の上の一部の素
子保護用の絶縁膜4を、例えばフッ酸等でエッチング除
去し、アモルファスシリコン層11の除去用の穴13を
形成する。
【0015】次いで、図4(a)に示すように、穴13
を通して、例えばCHF3 /SF6プラズマエッチング
によりアモルファスシリコン層11を分解除去し、半導
体超格子光吸収層形成用の穴14を形成する。ここで、
先にエピタキシャル成長した第1導電型の半導体層3の
側壁(サイドウォール16)が露呈される。この後、図
4(b)に示すように、サイドウォール16をシードと
して、例えばMOCVD法,ハイドライド気相成長法
(VPE)等により、半導体超格子光吸収層5、例えば
40ÅGaAs/300ÅAl0.31Ga0.69As50周
期を形成する。なお、穴14は完全に埋め込まず一部、
すなわち第2導電型の半導体層形成用の溝15を残して
おく。次に、図4(c)に示すように、先と同様の半導
体結晶成長法を用い、第2導電型の半導体層6、例えば
成長時にSiをドーピングしたn型GaAs層をエピタ
キシャル成長させる。最後に、図4(d)に示すよう
に、第2導電型の半導体層6の上部に、第2導電型の電
極7を蒸着し、また、半導体基板1の裏面全面には第1
導電型の電極8を蒸着形成し、本発明に係る半導体光検
出装置は完成する。
【0016】なお、上記実施例では、第1導電型の半導
体基板1を用い、電流は半導体基板1の表裏方向に流れ
る構造となっているが、半絶縁性の基板を用い、第1導
電型,第2導電型の電極8,7を基板表面の同一面に形
成して検出する光を基板裏面より入射させても良い。こ
の例を図5(a),(b)により説明する。図5(a)
に示すように、第2導電型の半導体層6で穴14を埋め
込んだ後、素子保護用の絶縁膜4の第1導電型の半導体
層3上部の一部をフッ酸等によりエッチング除去し、第
1導電型の電極形成用の穴17を形成する。次に、図5
(b)に示すように、第2導電型の電極7を第2導電型
の半導体層6上に形成し、また、第1導電型の電極8を
第1導電型の半導体層3上に形成することによって、本
発明の他の実施例による半導体光検出装置が完成する。
【0017】なお、上記実施例では、第1導電型の電極
金属を基板裏面全面に形成し、検出光は表面より入射さ
せることを前提としたが、裏面の一部にのみ電極を形成
し、表裏両面より検出光を入射させても良い。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項
1、2に記載の発明は、半導体基板上に部分的に第1導
電型の半導体層を形成し、この第1導電型の半導体層の
側壁を半導体超格子光吸収層の成長シードとして半導体
超格子光吸収層を形成したので、以下に記載するような
効果を奏する。
【0019】半導体基板の研磨が必要でないため、製造
工程は簡略化され効率良く装置が作製できる。また、基
板に対して垂直に光を入射させることができるため、入
射光成分は全て超格子面に対し垂直となって吸収される
ので、量子効率の向上が望める。また、同一半導体基板
上に多数の素子を形成できるため、開口部面積、すなわ
ち受光面積が増加し高感度な装置となる。さらに、同一
基板上での集積化が可能であるため、2次元的撮像素子
として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体光検出装置を示
す断面図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す半導体光検出装置の
断面図である。
【図3】本発明の半導体光検出装置の製造工程を示す断
面図である。
【図4】図3に引き続く製造工程を示す断面図である。
【図5】本発明の他の製造方法の工程を示す断面図であ
る。
【図6】従来の半導体光検出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 絶縁膜 3 第1導電型の半導体層 4 素子保護用の絶縁膜 5 半導体超格子光吸収層 6 第2導電型の半導体層 7 第2導電型の電極 8 第1導電型の電極 11 アモルファスシリコン層 12 第1導電型の半導体層形成用の溝 13 アモルファスシリコン層除去用の穴 14 半導体超格子光吸収層形成用の穴 15 第2導電型の半導体層形成用の溝 16 サイドウォール 17 第1導電型の電極形成用の穴

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された第1導電型の
    半導体層と第2導電型の半導体層の間に、光吸収層面が
    前記半導体基板表面と垂直に形成された半導体超格子光
    吸収層を設けたことを特徴とする半導体光検出装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に所定パターンで第1導電
    型の半導体層を形成し、この第1導電型の半導体層の側
    壁をそのシードとして半導体超格子光吸収層を前記半導
    体基板面に垂直に形成する工程を含むことを特徴とする
    半導体光検出装置の製造方法。
JP3209241A 1991-08-21 1991-08-21 半導体光検出装置とその製造方法 Pending JPH0548135A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008227450A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Dongbu Hitek Co Ltd イメージセンサ及びその製造方法

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