JPH08242015A - Ｓｉを基本とする光検出器を含む製品 - Google Patents
Ｓｉを基本とする光検出器を含む製品Info
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- JPH08242015A JPH08242015A JP8011365A JP1136596A JPH08242015A JP H08242015 A JPH08242015 A JP H08242015A JP 8011365 A JP8011365 A JP 8011365A JP 1136596 A JP1136596 A JP 1136596A JP H08242015 A JPH08242015 A JP H08242015A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
- H10F77/703—Surface textures, e.g. pyramid structures of the semiconductor bodies, e.g. textured active layers
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明はＳｉを基本とする光検出器を含む製
品を提供する。 【解決手段】 本発明に従うＳｉを基本とする光検出器
は、高速（たとえば≧１Ｇｂ／秒）及び高効率（たとえ
ば＞２０％）を持つことができる。検出器は誘電体（典
型的な場合ＳｉＯ2 ）層（１１）上の比較的薄い（たと
えば＜０．５α-1、ここでα-1は適当な放射のＳｉ中の
吸収長）結晶Ｓｉ層（１２）を含み、Ｓｉ層上には適当
な接触（１４、１５）がある。重要なことは、Ｓｉ層の
表面（１３）が、表面に入射し、Ｓｉ層中に伝搬される
放射が、本質的に無秩序な方向をもつよう、テクスチャ
ー表面であることである。伝搬方向が無秩序になること
により、放射がＳｉ層中に本質的に捕獲され、それに伴
いＳｉ中の実効的な伝搬長が増加する。本発明に従う検
出器は、典型的な場合、検出器のアレイを形成するよ
う、Ｓｉチップ上に、付随した回路とともに、集積化す
ると有利である。
品を提供する。 【解決手段】 本発明に従うＳｉを基本とする光検出器
は、高速（たとえば≧１Ｇｂ／秒）及び高効率（たとえ
ば＞２０％）を持つことができる。検出器は誘電体（典
型的な場合ＳｉＯ2 ）層（１１）上の比較的薄い（たと
えば＜０．５α-1、ここでα-1は適当な放射のＳｉ中の
吸収長）結晶Ｓｉ層（１２）を含み、Ｓｉ層上には適当
な接触（１４、１５）がある。重要なことは、Ｓｉ層の
表面（１３）が、表面に入射し、Ｓｉ層中に伝搬される
放射が、本質的に無秩序な方向をもつよう、テクスチャ
ー表面であることである。伝搬方向が無秩序になること
により、放射がＳｉ層中に本質的に捕獲され、それに伴
いＳｉ中の実効的な伝搬長が増加する。本発明に従う検
出器は、典型的な場合、検出器のアレイを形成するよ
う、Ｓｉチップ上に、付随した回路とともに、集積化す
ると有利である。
Description
【０００１】本発明の分野 本発明は半導体光検出器の分野及びたとえば光相互接続
のような光検出器を含む製品に係る。
のような光検出器を含む製品に係る。
【０００２】本発明の背景 光相互接続及び光通信を含む多くの用途に対し、速い光
検出器が必要である。多くの場合、モノリシックに集積
化された光検出器／受信器の組合せが得られることが、
非常に望ましい。そのような組合せについては、エヌ・
ヤマナカ（Ｎ．Ｙａｍａｎａｋａ）ら（アイ・イー・イ
ー・イー・ジャーナル・オン・セレクテッド・エリア・
イン・コミュニケーションズ（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｎＳｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、第９（５）巻、６８９頁）
により、示されている。ＧａＡｓを基本とした組合せ
は、０．８５μｍの波長で動作するレーザ発信機を用
い、優れた特性を示した。
検出器が必要である。多くの場合、モノリシックに集積
化された光検出器／受信器の組合せが得られることが、
非常に望ましい。そのような組合せについては、エヌ・
ヤマナカ（Ｎ．Ｙａｍａｎａｋａ）ら（アイ・イー・イ
ー・イー・ジャーナル・オン・セレクテッド・エリア・
イン・コミュニケーションズ（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｎＳｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、第９（５）巻、６８９頁）
により、示されている。ＧａＡｓを基本とした組合せ
は、０．８５μｍの波長で動作するレーザ発信機を用
い、優れた特性を示した。
【０００３】当業者はＳｉを基本とした光検出器／受信
器の組合せは、従来技術のＧａＡｓを基本とした組合せ
より、本質的に低価格になるであろうことを、認識する
であろう。更に、Ｓｉ技術がはるかに円熟しているた
め、ＧａＡｓを基本とした組合せより、Ｓｉを基本とし
た組合せに形成した方が、典型的な場合、より電子的な
機能が得られる。不幸にも、Ｓｉは間接禁制帯をもち、
ＧａＡｓより電磁放射に対して、はるかに弱い吸収を示
す。たとえば、λ＝０．８５μｍ及び０．８８μｍの放
射は、それぞれＧａＡｓ中の約１μｍに比べ、Ｓｉ中の
吸収長α-1＝１５μｍ及び２０μｍである。
器の組合せは、従来技術のＧａＡｓを基本とした組合せ
より、本質的に低価格になるであろうことを、認識する
であろう。更に、Ｓｉ技術がはるかに円熟しているた
め、ＧａＡｓを基本とした組合せより、Ｓｉを基本とし
た組合せに形成した方が、典型的な場合、より電子的な
機能が得られる。不幸にも、Ｓｉは間接禁制帯をもち、
ＧａＡｓより電磁放射に対して、はるかに弱い吸収を示
す。たとえば、λ＝０．８５μｍ及び０．８８μｍの放
射は、それぞれＧａＡｓ中の約１μｍに比べ、Ｓｉ中の
吸収長α-1＝１５μｍ及び２０μｍである。
【０００４】結晶Ｓｉ中の電磁放射の長い吸収長によ
り、２つの問題が生じる。第１に、Ｓｉを基本とした光
検出器（たとえば、金属−半導体−金属検出器）中の空
乏層幅（従って、キャリヤ収集長）はわずか数ミクロン
になるであろうから、検出器の量子効率ηは、非常に低
くなるであろう。第２に、空乏領域下で発生したフォト
キャリヤは、電界により生じるドリフトより、拡散によ
り収集され、遅い検出器となるであろう。従って、従来
技術のＳｉを基本とした光検出器は典型的な場合、高い
（たとえば≧２０％）量子効率及び高い（たとえば≧１
Ｇｂ／秒）速度の両方を同時に持つことはできない。た
とえば、サファイヤ上の０．５μｍ厚の結晶Ｓｉ層を含
む従来技術のＳｉＭＳＭ（金属−半導体−金属）検出器
は、λ＝０．８５μｍにおいて、わずか０．６％の効率
を有し、赤い励起光の場合、５．７ｐｓの半値幅（ＦＷ
ＨＭ）をもつパルス励起に対し、応答をもつ。シー・シ
ー・ワン（Ｃ．−Ｃ．Ｗａｎｇ）ら、アプライド・フィ
ジックス・レターズ（Ａｐｐｌｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第６４（２６）巻、３５７８頁を、
参照のこと、明らかに、従来技術の検出器は、高い速度
をもつが、効率は非常に低く、多くの可能性のある用途
に対して、適切ではなかった。エム・ワイ・リウ（Ｍ．
Ｙ．Ｌｉｕ）ら、アプライド・フィジックス・レターズ
（ＡｐｐｌｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第６
５（７）巻、８８７頁（１９９４）は、活性層下の四分
の一波長積層反射器及び活性層上の反射防止被膜によ
り、デバイス速度を下ることなく、ＳＭＳ Ｓｉを基本
とした光検出器の応答が、改善できることを、示唆して
いる。これらの示唆された修正により、比較的複雑で、
従って高価格の構造が生じる。
り、２つの問題が生じる。第１に、Ｓｉを基本とした光
検出器（たとえば、金属−半導体−金属検出器）中の空
乏層幅（従って、キャリヤ収集長）はわずか数ミクロン
になるであろうから、検出器の量子効率ηは、非常に低
くなるであろう。第２に、空乏領域下で発生したフォト
キャリヤは、電界により生じるドリフトより、拡散によ
り収集され、遅い検出器となるであろう。従って、従来
技術のＳｉを基本とした光検出器は典型的な場合、高い
（たとえば≧２０％）量子効率及び高い（たとえば≧１
Ｇｂ／秒）速度の両方を同時に持つことはできない。た
とえば、サファイヤ上の０．５μｍ厚の結晶Ｓｉ層を含
む従来技術のＳｉＭＳＭ（金属−半導体−金属）検出器
は、λ＝０．８５μｍにおいて、わずか０．６％の効率
を有し、赤い励起光の場合、５．７ｐｓの半値幅（ＦＷ
ＨＭ）をもつパルス励起に対し、応答をもつ。シー・シ
ー・ワン（Ｃ．−Ｃ．Ｗａｎｇ）ら、アプライド・フィ
ジックス・レターズ（Ａｐｐｌｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第６４（２６）巻、３５７８頁を、
参照のこと、明らかに、従来技術の検出器は、高い速度
をもつが、効率は非常に低く、多くの可能性のある用途
に対して、適切ではなかった。エム・ワイ・リウ（Ｍ．
Ｙ．Ｌｉｕ）ら、アプライド・フィジックス・レターズ
（ＡｐｐｌｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第６
５（７）巻、８８７頁（１９９４）は、活性層下の四分
の一波長積層反射器及び活性層上の反射防止被膜によ
り、デバイス速度を下ることなく、ＳＭＳ Ｓｉを基本
とした光検出器の応答が、改善できることを、示唆して
いる。これらの示唆された修正により、比較的複雑で、
従って高価格の構造が生じる。
【０００５】Ｓｉを基本とした光検出器の可能性のある
利点を考えると、比較的高い量子効率と速い応答の両方
を持てる簡単な構造のＳｉを基本とする光検出器が実現
できることは、非常に望ましいであろう。本明細書は、
そのような光検出器を明らかにする。
利点を考えると、比較的高い量子効率と速い応答の両方
を持てる簡単な構造のＳｉを基本とする光検出器が実現
できることは、非常に望ましいであろう。本明細書は、
そのような光検出器を明らかにする。
【０００６】用語 “テクスチャー”表面というのは、ここでは典型的な場
合、本質的に無秩序に分布した形状を示し、そのため表
面に入射するあらかじめ決められた波長λの放射を、
（無秩序又は半無秩序に）散乱する表面を、意味する。
そのような表面には、平均の形状寸法を含む表面形状の
統計的な尺度が、付随する。平均の形状寸法は典型的な
場合、たとえば表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真か
ら、決めることができる。
合、本質的に無秩序に分布した形状を示し、そのため表
面に入射するあらかじめ決められた波長λの放射を、
（無秩序又は半無秩序に）散乱する表面を、意味する。
そのような表面には、平均の形状寸法を含む表面形状の
統計的な尺度が、付随する。平均の形状寸法は典型的な
場合、たとえば表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真か
ら、決めることができる。
【０００７】本発明の要約 本発明は特許請求の範囲によって、規定される。一般的
には、本発明は改善されたＳｉを基本とする光検出器を
含む製品において、実施される。より具体的には、光検
出器は誘電体材料上に配置された結晶Ｓｉ（シリコン）
層と、Ｓｉ層への空間的に分離された第１及び第２の接
触を含む。製品はまた、前記第１及び第２の接触間にバ
イアス電圧を印加するための電源と、前記第１及び第２
の接触間の電流に応答する装置（典型的な場合、集積化
された受信回路）も含む。Ｓｉ層は主表面を有し、電流
は主表面に入射し、それを貫いて伝送される波長λの電
磁放射に、応答する。
には、本発明は改善されたＳｉを基本とする光検出器を
含む製品において、実施される。より具体的には、光検
出器は誘電体材料上に配置された結晶Ｓｉ（シリコン）
層と、Ｓｉ層への空間的に分離された第１及び第２の接
触を含む。製品はまた、前記第１及び第２の接触間にバ
イアス電圧を印加するための電源と、前記第１及び第２
の接触間の電流に応答する装置（典型的な場合、集積化
された受信回路）も含む。Ｓｉ層は主表面を有し、電流
は主表面に入射し、それを貫いて伝送される波長λの電
磁放射に、応答する。
【０００８】重要なことは、結晶Ｓｉ層の厚さｔが、波
長λの放射の結晶Ｓｉ中の吸収長α-1より小さく（典型
的な場合、本質的に小さく）、誘電体材料はλにおける
結晶Ｓｉの屈折率より小さい屈折率をもち、主表面の少
くとも一部は、テクスチャー表面に入射した波長λの放
射の伝搬方向が、本質的に無秩序になるようなテクスチ
ャー表面であることである。
長λの放射の結晶Ｓｉ中の吸収長α-1より小さく（典型
的な場合、本質的に小さく）、誘電体材料はλにおける
結晶Ｓｉの屈折率より小さい屈折率をもち、主表面の少
くとも一部は、テクスチャー表面に入射した波長λの放
射の伝搬方向が、本質的に無秩序になるようなテクスチ
ャー表面であることである。
【０００９】一実施例において、光検出器はＭＳＭ光検
出器で、第１及び第２の接触はＳｉ層の主表面上に、配
置される。別の実施例において、光検出器はｐ−ｎ接合
デバイスで、Ｓｉ層の第１の部分はｎ形、第２の部分は
ｐ形で、第１及び第２の接触は、それぞれ第１及び第２
の部分に接触する。
出器で、第１及び第２の接触はＳｉ層の主表面上に、配
置される。別の実施例において、光検出器はｐ−ｎ接合
デバイスで、Ｓｉ層の第１の部分はｎ形、第２の部分は
ｐ形で、第１及び第２の接触は、それぞれ第１及び第２
の部分に接触する。
【００１０】本発明に従う製品において、テクスチャー
表面を貫いて伝搬されることから生じる本質的に無秩序
な放射は、本質的にＳｉ層中に閉じ込められ、Ｓｉ層の
厚さより本質的に長いＳｉ層中の実効経路長が生じる。
従って、本発明に従う検出器は、比較的高い（たとえば
≧２０％）量子効率と、速度（たとえば≧１Ｇｂ／秒）
を、同時に持つことができる。
表面を貫いて伝搬されることから生じる本質的に無秩序
な放射は、本質的にＳｉ層中に閉じ込められ、Ｓｉ層の
厚さより本質的に長いＳｉ層中の実効経路長が生じる。
従って、本発明に従う検出器は、比較的高い（たとえば
≧２０％）量子効率と、速度（たとえば≧１Ｇｂ／秒）
を、同時に持つことができる。
【００１１】詳細な記述 従来技術のＳｉを基本とする光検出器に伴う上述の問題
は、テクスチャー構造の主表面を持つよう、加工された
光検出器で克服される。テクスチャー表面により、検出
器のＳｉ層中の放射の伝搬方向が、本質的に無秩序にな
り、その結果、非テクスチャー表面を有する類似の従来
技術の検出器に比べ、Ｓｉ層中の放射の伝搬長は、著し
く増加する。
は、テクスチャー構造の主表面を持つよう、加工された
光検出器で克服される。テクスチャー表面により、検出
器のＳｉ層中の放射の伝搬方向が、本質的に無秩序にな
り、その結果、非テクスチャー表面を有する類似の従来
技術の検出器に比べ、Ｓｉ層中の放射の伝搬長は、著し
く増加する。
【００１２】ビー・エフ・レビン（Ｂ．Ｆ．Ｌｅｖｉｎ
ｅ）らにより、１９９４年１１月１０日に申請された米
国特許出願第０８／３３６，９４６号は、半無秩序反射
放射にパターン形成された表面を有する量子井戸赤外光
検出器（ＱＷＩＰ）を、明らかにしている。また、ジー
・サルシ（Ｇ．Ｓａｒｕｓｉ）ら、アプライド・フィジ
ックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）第６４（８）巻、９６０頁、１９９４
年２月を参照のこと。これはそのようなＱＷＩＰを、明
らかにしている。テクスチャー表面を有するＳｉを基本
とした太陽電池も知られている。たとえば、ティー・テ
ィージェ（Ｔ．Ｔｉｅｄｊｅ）ら、アイ・イー・イー・
イー・トランスアクションズ・オン・エレクトロン・デ
バインズ（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）第ＥＤ ３１
（５）巻、７１１頁を参照のこと。
ｅ）らにより、１９９４年１１月１０日に申請された米
国特許出願第０８／３３６，９４６号は、半無秩序反射
放射にパターン形成された表面を有する量子井戸赤外光
検出器（ＱＷＩＰ）を、明らかにしている。また、ジー
・サルシ（Ｇ．Ｓａｒｕｓｉ）ら、アプライド・フィジ
ックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）第６４（８）巻、９６０頁、１９９４
年２月を参照のこと。これはそのようなＱＷＩＰを、明
らかにしている。テクスチャー表面を有するＳｉを基本
とした太陽電池も知られている。たとえば、ティー・テ
ィージェ（Ｔ．Ｔｉｅｄｊｅ）ら、アイ・イー・イー・
イー・トランスアクションズ・オン・エレクトロン・デ
バインズ（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）第ＥＤ ３１
（５）巻、７１１頁を参照のこと。
【００１３】次に、本発明の具体的な実施例、すなわち
ＭＳＭ−Ｓｉを基本とする光検出器について、述べる。
光検出器の例の一部が、図１に概略的に描かれており、
この図で（１０−１２）はそれぞれ、基板（典型的な場
合Ｓｉ）、誘電体（典型的な場合ＳｉＯ2 ）層及び高品
質結晶Ｓｉ（活性）層をさす。図１に示されたデバイス
を作るために用いられた型の絶縁体ウエハ上のＳｉ（Ｓ
ＯＩ）は、よく知られており、市販されている。埋め込
みＳｉＯ2 層はたとえば約０．４−１μｍの厚さで、層
１２の厚さは、Ｓｉ中の適切な吸収長α-1より本質的に
小さく、典型的な場合＜０．５α-1に、選ばれる。好ま
しい実施例において、ｔは最低電界領域中の正孔ドリフ
ト速度Ｖh と、デバイスの最大応答時間の積にほぼ等し
く、選択される。前者は典型的な場合、約１０6 ｃｍ／
秒で、検出器の１Ｇｂ／秒動作の場合、τは≦３００ｐ
ｓにすべきである。層１２の厚さは、たとえば約３μ
ｍ、典型的な場合、１．５−５μｍの範囲に選択され
る。Ｓｉ活性層のドーピングは、たとえば３．５−５Ｖ
のＣＭＯＳバイアス電圧といった予想されるバイアス電
圧において、層が完全に空乏になるように、選択するの
が有利である。たとえば、活性層のドーピングは≦１０
16ｃｍ-3、たとえば約１０15ｃｍ-3ｐ形である。
ＭＳＭ−Ｓｉを基本とする光検出器について、述べる。
光検出器の例の一部が、図１に概略的に描かれており、
この図で（１０−１２）はそれぞれ、基板（典型的な場
合Ｓｉ）、誘電体（典型的な場合ＳｉＯ2 ）層及び高品
質結晶Ｓｉ（活性）層をさす。図１に示されたデバイス
を作るために用いられた型の絶縁体ウエハ上のＳｉ（Ｓ
ＯＩ）は、よく知られており、市販されている。埋め込
みＳｉＯ2 層はたとえば約０．４−１μｍの厚さで、層
１２の厚さは、Ｓｉ中の適切な吸収長α-1より本質的に
小さく、典型的な場合＜０．５α-1に、選ばれる。好ま
しい実施例において、ｔは最低電界領域中の正孔ドリフ
ト速度Ｖh と、デバイスの最大応答時間の積にほぼ等し
く、選択される。前者は典型的な場合、約１０6 ｃｍ／
秒で、検出器の１Ｇｂ／秒動作の場合、τは≦３００ｐ
ｓにすべきである。層１２の厚さは、たとえば約３μ
ｍ、典型的な場合、１．５−５μｍの範囲に選択され
る。Ｓｉ活性層のドーピングは、たとえば３．５−５Ｖ
のＣＭＯＳバイアス電圧といった予想されるバイアス電
圧において、層が完全に空乏になるように、選択するの
が有利である。たとえば、活性層のドーピングは≦１０
16ｃｍ-3、たとえば約１０15ｃｍ-3ｐ形である。
【００１４】当業者は活性層厚及びドーピングを適切に
選択することにより、上述の遅い拡散の問題が、本質的
に解決できることを理解するであろう。なぜなら、Ｓｉ
層１２は典型的な場合、空乏化し、Ｓｉ基板１０中に光
で発生したキャリヤは、絶縁層１１を横切って拡散でき
ないからである。、しかし、そのようなデバイスは、テ
クスチャー表面１３がないと、なお量子効率は非常に低
く、たとえばわずか約６％であろう。出願人は、量子効
率は適切なテクスチャー表面１３により、本質的に増加
できることを、発見した。効率ηが増加する根拠は、全
体的な内部反射によるＳｉ活性層１２内での光の捕獲で
ある。空気及びＳｉＯ2 の両方が、結晶Ｓｉより本質的
に小さい屈折率をもつ。
選択することにより、上述の遅い拡散の問題が、本質的
に解決できることを理解するであろう。なぜなら、Ｓｉ
層１２は典型的な場合、空乏化し、Ｓｉ基板１０中に光
で発生したキャリヤは、絶縁層１１を横切って拡散でき
ないからである。、しかし、そのようなデバイスは、テ
クスチャー表面１３がないと、なお量子効率は非常に低
く、たとえばわずか約６％であろう。出願人は、量子効
率は適切なテクスチャー表面１３により、本質的に増加
できることを、発見した。効率ηが増加する根拠は、全
体的な内部反射によるＳｉ活性層１２内での光の捕獲で
ある。空気及びＳｉＯ2 の両方が、結晶Ｓｉより本質的
に小さい屈折率をもつ。
【００１５】本発明に従うデバイスに適したテクスチャ
ーＳｉ表面は、たとえばプラズマエッチングにより生成
できる。たとえば、ヘリコン高密度プラズマ源を用い、
６９％ＨＢｒ、２２％Ｈｅ、５．５％Ｏ2 及び３．５％
ＳＦ6 のＳｉ／ＳｉＯ2 の高い選択性ガス混合物で、５
ｍＴｏｒｒの圧力、２５００ＷのＲＦソースパワー及び
５０Ｖのチャックバイアスにおいて行えば、約１μｍの
層１２が除去される時、適切なテクスチャー表面が生じ
る。得られたエッチされたＳｉ表面は、黒いビロード状
の非反射性に見える。エッチされた表面のＳＥＭは、表
面形状は約０．１μｍの平均寸法を有し、これはＳｉ中
の放射の波長（真空中でλ＝０．８５μｍ）の約半分
に、対応する。平均の形状寸法は０．２λ／ｎないし５
λ／ｎが望ましい。ここで、ｎは波長λ（真空中）の放
射に対する結晶Ｓｉの屈折率である。平均の形状寸法は
λ／２ｎ±５０％が、好ましい。
ーＳｉ表面は、たとえばプラズマエッチングにより生成
できる。たとえば、ヘリコン高密度プラズマ源を用い、
６９％ＨＢｒ、２２％Ｈｅ、５．５％Ｏ2 及び３．５％
ＳＦ6 のＳｉ／ＳｉＯ2 の高い選択性ガス混合物で、５
ｍＴｏｒｒの圧力、２５００ＷのＲＦソースパワー及び
５０Ｖのチャックバイアスにおいて行えば、約１μｍの
層１２が除去される時、適切なテクスチャー表面が生じ
る。得られたエッチされたＳｉ表面は、黒いビロード状
の非反射性に見える。エッチされた表面のＳＥＭは、表
面形状は約０．１μｍの平均寸法を有し、これはＳｉ中
の放射の波長（真空中でλ＝０．８５μｍ）の約半分
に、対応する。平均の形状寸法は０．２λ／ｎないし５
λ／ｎが望ましい。ここで、ｎは波長λ（真空中）の放
射に対する結晶Ｓｉの屈折率である。平均の形状寸法は
λ／２ｎ±５０％が、好ましい。
【００１６】実施例において、テクスチャー表面はＳＥ
Ｍ顕微鏡写真中で、“丘と谷”のように見え、図４から
わかるように、本質的に丸い“丘”を有する。
Ｍ顕微鏡写真中で、“丘と谷”のように見え、図４から
わかるように、本質的に丸い“丘”を有する。
【００１７】テクスチャー表面１３を形成することから
生じる吸収の増加は、イー・ヤブロノビッチ（Ｅ．Ｙａ
ｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ）、ジャーナル・オブ・ザ・オプ
ティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ（Ｊ．ｏｆ．
ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍ
ｅｒｉｃａ）、第７２巻、８９９−９０７頁（１９８
２）の統計的光学理論により、容易に計算できる。図２
は電極間に４μｍの間隙を有する表面上の１μｍ幅の相
互にかみ合せた金属電極についての、そのような計算の
結果を示す。図１中の参照数字１４及び１５は、電極を
さし、数字１６及び１７はそれぞれ適当なバイアス電圧
源及び受信機をさす。電圧源及び受信機は、通常のもの
でよい。先に引用したシー・シー・ワン（Ｃ．−Ｃ．Ｗ
ａｎｇ）の論文中の図１は、交互にかみあわせた、電極
の組の例を、平面図で示し、先に引用したヤマナカ（Ｙ
ａｍａｎａｋａ）の論文（ここに参照のため含まれてい
る）は、特に光検出器及び受信機の集積化されたアレイ
の、受信機回路を示す。
生じる吸収の増加は、イー・ヤブロノビッチ（Ｅ．Ｙａ
ｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ）、ジャーナル・オブ・ザ・オプ
ティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ（Ｊ．ｏｆ．
ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍ
ｅｒｉｃａ）、第７２巻、８９９−９０７頁（１９８
２）の統計的光学理論により、容易に計算できる。図２
は電極間に４μｍの間隙を有する表面上の１μｍ幅の相
互にかみ合せた金属電極についての、そのような計算の
結果を示す。図１中の参照数字１４及び１５は、電極を
さし、数字１６及び１７はそれぞれ適当なバイアス電圧
源及び受信機をさす。電圧源及び受信機は、通常のもの
でよい。先に引用したシー・シー・ワン（Ｃ．−Ｃ．Ｗ
ａｎｇ）の論文中の図１は、交互にかみあわせた、電極
の組の例を、平面図で示し、先に引用したヤマナカ（Ｙ
ａｍａｎａｋａ）の論文（ここに参照のため含まれてい
る）は、特に光検出器及び受信機の集積化されたアレイ
の、受信機回路を示す。
【００１８】図２はαｔのかなり小さい値に対しても、
非常に大きな値のηが得られることを、示している。図
はまた、ηは電極の組成にも依存し、Ａｇにより最大値
が得られ、Ｔｉの場合が最小で、Ａｌが中間であること
を、示している。図２はまた、量子効率の増加γ＝η／
ηo も示している。ここで、ηo はＳｉ厚ｔを１回通過
した時の効率である。
非常に大きな値のηが得られることを、示している。図
はまた、ηは電極の組成にも依存し、Ａｇにより最大値
が得られ、Ｔｉの場合が最小で、Ａｌが中間であること
を、示している。図２はまた、量子効率の増加γ＝η／
ηo も示している。ここで、ηo はＳｉ厚ｔを１回通過
した時の効率である。
【００１９】ウエハの例の、上で述べたテクスチャー表
面上に、Ｔｉ層を堆積させ、次にそれを従来の手段によ
り、１．６μｍのフィンガー幅、４．４μｍのフィンガ
ー間隔を有する１００μｍ角の交互にかみあわせたＭＳ
Ｍパターンに、形成した。Ｔｉは比較的低い抵抗をもつ
ため、厳重な試験を行うための金属触媒として、選ん
だ。他の接触金属も、使用できる。同じ電極パターン
を、並べて比較するため、同じウエハのテクスチャーの
ない部分上に、形成した。完成した検出器を高速５０オ
ーム伝送線マイクロ波マウント中に、マウントした。電
極間にバイアス電圧を印加するため、従来の手段を用
い、検出器の応答性Ｒを、λ＝０．８８μｍで動作する
補正したＧａＡｓレーザを用いて測定した。本発明に従
う検出器の例は、Ｖb ＝５Ｖのバイアス電圧において、
Ｒ＝０．１９Ａ／Ｗの値を示し、非テクスチャー表面１
３を有する類似の検出器は、（ｔ＝３μｍに規格化し
て）わずか０．０５３Ａ／Ｗの応答性を示した。応答性
のこれらの値は、それぞれ２７％及び７．４％のηに対
応し、本発明に従う（最適化されていない）検出器の例
のηは、本質的に改善されていることを、示している。
面上に、Ｔｉ層を堆積させ、次にそれを従来の手段によ
り、１．６μｍのフィンガー幅、４．４μｍのフィンガ
ー間隔を有する１００μｍ角の交互にかみあわせたＭＳ
Ｍパターンに、形成した。Ｔｉは比較的低い抵抗をもつ
ため、厳重な試験を行うための金属触媒として、選ん
だ。他の接触金属も、使用できる。同じ電極パターン
を、並べて比較するため、同じウエハのテクスチャーの
ない部分上に、形成した。完成した検出器を高速５０オ
ーム伝送線マイクロ波マウント中に、マウントした。電
極間にバイアス電圧を印加するため、従来の手段を用
い、検出器の応答性Ｒを、λ＝０．８８μｍで動作する
補正したＧａＡｓレーザを用いて測定した。本発明に従
う検出器の例は、Ｖb ＝５Ｖのバイアス電圧において、
Ｒ＝０．１９Ａ／Ｗの値を示し、非テクスチャー表面１
３を有する類似の検出器は、（ｔ＝３μｍに規格化し
て）わずか０．０５３Ａ／Ｗの応答性を示した。応答性
のこれらの値は、それぞれ２７％及び７．４％のηに対
応し、本発明に従う（最適化されていない）検出器の例
のηは、本質的に改善されていることを、示している。
【００２０】本発明に従う上述のＳＭＳ検出器の例の速
度を、１Ｇｂ／秒方形波レーザ信号で、試験した。結果
の例が、図３に示されている。立上り及び立下り時間
は、約２００ｐｓであった。曲線上の突起は、検出器の
特性とは、関係ない。
度を、１Ｇｂ／秒方形波レーザ信号で、試験した。結果
の例が、図３に示されている。立上り及び立下り時間
は、約２００ｐｓであった。曲線上の突起は、検出器の
特性とは、関係ない。
【００２１】当業者は、本発明はＭＳＭ型検出器だけで
なく、本質的に任意のＳｉを基本とする光検出器、たと
えばｐ−ｉ−ｎ型光検出器及び光導電体型検出器におい
ても、実施できることを、認識するであろう。図５及び
６はｐ−ｉ−ｎ型光検出器及び光導電体型光検出器の一
部を、概略的に示す。前者において、数字５１及び５２
はｐ及びｎドープ領域をさし、後者における領域１６は
同じ伝導形、たとえばｐ形をもつ。たとえば活性層１２
の厚さ及びドーピング及びテクスチャー表面１３の平均
の形状寸法といった上述の選択条件は、典型的な場合、
本発明のすべての実施例に、通用される。接触は従来の
もので、オーム性でも、非オーム性でもよい。
なく、本質的に任意のＳｉを基本とする光検出器、たと
えばｐ−ｉ−ｎ型光検出器及び光導電体型検出器におい
ても、実施できることを、認識するであろう。図５及び
６はｐ−ｉ−ｎ型光検出器及び光導電体型光検出器の一
部を、概略的に示す。前者において、数字５１及び５２
はｐ及びｎドープ領域をさし、後者における領域１６は
同じ伝導形、たとえばｐ形をもつ。たとえば活性層１２
の厚さ及びドーピング及びテクスチャー表面１３の平均
の形状寸法といった上述の選択条件は、典型的な場合、
本発明のすべての実施例に、通用される。接触は従来の
もので、オーム性でも、非オーム性でもよい。
【００２２】本発明は、本発明に従う個別の光検出器を
含む製品で、実施できるが、本発明は光検出器及び付随
した回路の集積化されたアレイを含む製品において、最
も有利に実施される。そのような集積化されたアレイ
は、たとえば光相互接続装置又は光リンク中で、使用で
きる。たとえば、先に引用したヤマナカ（Ｙａｍａｎａ
ｋａ）の論文の図２を参照のこと。更に、集積化された
付随する回路を有する本発明に従う検出器は、たとえば
ファイバーホーム広帯域通信システム用の加入者端末に
用いても、有利である。これらすべての用途に対し、集
積化されたＳｉを基本とする光検出器／回路の組合せの
潜在的な低価格及び高機能性は、利点となるであろう。
含む製品で、実施できるが、本発明は光検出器及び付随
した回路の集積化されたアレイを含む製品において、最
も有利に実施される。そのような集積化されたアレイ
は、たとえば光相互接続装置又は光リンク中で、使用で
きる。たとえば、先に引用したヤマナカ（Ｙａｍａｎａ
ｋａ）の論文の図２を参照のこと。更に、集積化された
付随する回路を有する本発明に従う検出器は、たとえば
ファイバーホーム広帯域通信システム用の加入者端末に
用いても、有利である。これらすべての用途に対し、集
積化されたＳｉを基本とする光検出器／回路の組合せの
潜在的な低価格及び高機能性は、利点となるであろう。
【図１】本発明に従う製品を概略的に描いた図である。
【図２】本発明に従う光検出器の場合の、吸収対量子効
率及び増加係数の結果の例を示す図である。
率及び増加係数の結果の例を示す図である。
【図３】本発明に従う光検出器の例の動作データを示す
図である。
図である。
【図４】テクスチャー表面のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５】本発明に従う更に別の光検出器の例を、概略的
に描いた図である。
に描いた図である。
【図６】本発明に従う更に別の光検出器の例を、概略的
に描いた図である。
に描いた図である。
１０ 基板 １１ 誘電体、絶縁層、誘電体材料 １２ Ｓｉ層、層、活性層 １３ 表面 １４、１５ 電極 １６ 電圧源 １７ 受信機 ５１ ｐドープ領域 ５２ ｎドープ領域 ６１ 領域
Claims (9)
- 【請求項１】 ａ） 誘電体材料（１１）上に配置さ
れ、主表面（１３）を有する結晶Ｓｉ層（１２）、 ｂ） Ｓｉ層への空間的に分離された第１及び第２の接
触（１４、１５）、 ｃ） 前記第１及び第２の接触間にバイアス電圧を供給
するための電圧源（１６）及び前記第１及び第２の接触
間の電流に応答する受信機（１７）が含まれ、前記電流
は前記主表面上に入射した波長λの電磁放射に応答する
Ｓｉを基本とする光検出器を含む製品において、 ｄ） 前記結晶Ｓｉ層の厚さｔは、波長λの前記放射の
結晶Ｓｉ中の吸収長α-1より小さく、 ｅ） 前記誘電体材料は結晶Ｓｉの屈折率より小さい屈
折率を有し、 ｆ） 前記主表面の少くとも一部は、波長λの前記放射
が、本質的に無秩序な方向に、表面の前記部分を貫いて
伝搬されるよう、テクスチャー表面となっていることを
特徴とする製品 - 【請求項２】 ｔ＜０．５α-1で、表面の前記少くとも
一部には、平均形状寸法が付随し、前記平均形状寸法は
ｎを波長λの放射に対する結晶Ｓｉの屈折率とすると
き、０．２（λ／２ｎ）ないし５（λ／２ｎ）の範囲に
ある請求項１記載の製品。 - 【請求項３】 ｔは１．５−５μｍの範囲で、前記結晶
Ｓｉ層は≦１０16ｃｍ-3のドーパント濃度を含む請求項
２記載の製品。 - 【請求項４】 前記第１及び第２の接触は金属接触であ
る請求項１記載の製品。 - 【請求項５】 前記第１及び第２の接触は、それぞれ結
晶Ｓｉ層中の第１の伝導形の領域及び第２の伝導形の領
域を含む請求項１記載の製品。 - 【請求項６】 前記第１及び第２の接触は、結晶Ｓｉ層
中の第１の伝導形の領域を含む請求項１記載の製品。 - 【請求項７】 前記光検出器及び受信機の両方が、共通
のＳｉ基体の中又は上に配置されている請求項１記載の
製品。 - 【請求項８】 共通のＳｉ基体中又は上に配置された複
数の前記光検出器が含まれる請求項７記載の製品。 - 【請求項９】 前記複数の光検出器のそれぞれに、前記
共通のＳｉ基体中は上に配置された受信機が付随する請
求項８記載の製品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/379422 | 1995-01-27 | ||
| US08/379,422 US5589704A (en) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | Article comprising a Si-based photodetector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08242015A true JPH08242015A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=23497208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8011365A Pending JPH08242015A (ja) | 1995-01-27 | 1996-01-26 | Ｓｉを基本とする光検出器を含む製品 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5589704A (ja) |
| EP (1) | EP0724299B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08242015A (ja) |
| DE (1) | DE69617064T2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010140621A1 (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体光検出素子及び半導体光検出素子の製造方法 |
| JP2011066316A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 光センサ |
| JP2011077165A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光検出素子、光検出装置及び赤外線検出素子、赤外線検出装置 |
| WO2011129149A1 (ja) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体光検出素子 |
| JP2011215073A (ja) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Hamamatsu Photonics Kk | 距離センサ及び距離画像センサ |
| US8629485B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-01-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor photodetection element |
| US8742528B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-06-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| US8916945B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-12-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor light-detecting element |
| US9190551B2 (en) | 2009-02-24 | 2015-11-17 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
| WO2018061898A1 (ja) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 日本電気株式会社 | 光センサとその形成方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW415103B (en) * | 1998-03-02 | 2000-12-11 | Ibm | Si/SiGe optoelectronic integrated circuits |
| FR2791473B1 (fr) * | 1999-03-22 | 2001-12-07 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Dispositif opto-electronique premuni contre les detections par un faisceau lumineux collimate. |
| CA2365499C (en) | 2000-12-26 | 2011-02-15 | National Research Council Of Canada | High speed and high efficiency si-based photodetectors using waveguides formed with silicides for near ir applications |
| US7057256B2 (en) | 2001-05-25 | 2006-06-06 | President & Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
| US7442629B2 (en) | 2004-09-24 | 2008-10-28 | President & Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
| KR100678291B1 (ko) * | 2004-11-11 | 2007-02-02 | 삼성전자주식회사 | 나노입자를 이용한 수광소자 |
| TWI267897B (en) * | 2005-11-10 | 2006-12-01 | Tatung Co | Substrate with anti-reflection layer and its manufacturing method |
| US8329046B2 (en) * | 2009-02-05 | 2012-12-11 | Asia Union Electronic Chemical Corporation | Methods for damage etch and texturing of silicon single crystal substrates |
| US9911781B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-03-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| US9673243B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| US8120027B2 (en) * | 2009-12-10 | 2012-02-21 | Leonard Forbes | Backside nanoscale texturing to improve IR response of silicon solar cells and photodetectors |
| US8212250B2 (en) | 2009-12-10 | 2012-07-03 | Leonard Forbes | Backside texturing by cusps to improve IR response of silicon solar cells and photodetectors |
| US8692198B2 (en) * | 2010-04-21 | 2014-04-08 | Sionyx, Inc. | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| CN103081128B (zh) | 2010-06-18 | 2016-11-02 | 西奥尼克斯公司 | 高速光敏设备及相关方法 |
| US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
| JP2014525091A (ja) | 2011-07-13 | 2014-09-25 | サイオニクス、インク． | 生体撮像装置および関連方法 |
| US9064764B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-06-23 | Sionyx, Inc. | Pixel isolation elements, devices, and associated methods |
| WO2014127376A2 (en) | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Sionyx, Inc. | High dynamic range cmos image sensor having anti-blooming properties and associated methods |
| US9939251B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-10 | Sionyx, Llc | Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods |
| WO2014209421A1 (en) | 2013-06-29 | 2014-12-31 | Sionyx, Inc. | Shallow trench textured regions and associated methods |
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|---|---|---|---|---|
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| US4989972A (en) * | 1989-05-01 | 1991-02-05 | Hewlett-Packard Company | Low reflectivity surface relief gratings for photodetectors |
-
1995
- 1995-01-27 US US08/379,422 patent/US5589704A/en not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-01-16 EP EP96300306A patent/EP0724299B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-01-16 DE DE69617064T patent/DE69617064T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-01-26 JP JP8011365A patent/JPH08242015A/ja active Pending
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| US9972729B2 (en) | 2009-02-24 | 2018-05-15 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodiode and photodiode array |
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| WO2018061898A1 (ja) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 日本電気株式会社 | 光センサとその形成方法 |
| US10879407B2 (en) | 2016-09-27 | 2020-12-29 | Nec Corporation | Optical sensor and method for forming same |
Also Published As
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| DE69617064D1 (de) | 2002-01-03 |
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| DE69617064T2 (de) | 2002-07-18 |
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