JPH1056198A - 半導体受光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超格子ＡＰＤの半導体受光素子において、光吸
収層とキャリア増倍層の界面での発生電流を低減させ暗
電流の低減化を図るための製造方法を得る。 【解決手段】下部電極１０２と透明電極１０８間に、非
単結晶性材料で構成され光を吸収しフォトキャリアを発
生する光吸収層１０６と、非単結晶性材料で構成され前
記光吸収層１０６で発生したフォトキャリアを増倍する
キャリア増倍層１０５と、を有する半導体受光素子の製
造方法であって、非単結晶性のＺｎ_xＣｄ_{1 -x}Ｓから成り
xの値を連続的に変化させて形成した膜（傾斜超格子層
１０４）を積層した多層膜で前記キャリア増倍層１０５
を形成し、その後、キャリア増倍層を構成するカルコゲ
ン元素の水素化物Ｈ₂Ｓを含む雰囲気中でアニール処理
を行ない、その後に前記光吸収層１０６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ等の画像読み取り用のラインイメージセンサ、およ
び、ビデオカメラなど画像入力用の２次元イメージセン
サなどに用いられる半導体受光素子に係り、特に、光に
よって生成されたキャリアを衝突電離により増幅するア
バランシェ効果を利用した半導体受光素子において暗電
流の低減化を図るための半導体受光素子の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】アバランシェ増倍効果を利用したフォト
ダイオード（以下、ＡＰＤと記す）は、微弱な光を検出
できる高感度な半導体受光素子として注目されている。
中でも、非晶質半導体や多結晶半導体等の非単結晶半導
体による超格子構造を用いたＡＰＤは、格子定数不整合
の問題がなく自由なバンド構造を実現できるため、可視
光に対して高感度、高ＳＮ比、さらには低電圧駆動可能
なＡＰＤを実現する可能性を有している。

【０００３】超格子構造のＡＰＤとしては、例えば１９
９５年テレビジョン学会年次大会予稿集、ｐ７３に掲載
の澤田らの論文に示されるように、ａ−Ｓｉ：Ｈ／ａ−
ＳｉＣ：Ｈ 超格子において、障壁層を鋸歯状のポテン
シャル構造とした傾斜超格子構造のＡＰＤが提案されて
いる。このＡＰＤについて、図８（ａ）〜（ｃ）を参照
しながら説明する。傾斜超格子構造のＡＰＤは、図８
（ａ）に示すように、ｎ型単結晶Ｓｉ基板４０１上に、
ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ４０２、光吸収層とキャリア増倍層を
兼ねた傾斜超格子層４０５、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ４０６、
ｐ型半導体層４０７、ＩＴＯからなる透明電極４０８を
積層して構成されている。前記傾斜超格子層４０５は、
井戸層となるｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４０４と、障壁層とな
るｉ型ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：Ｈ（x＝０〜１）層４０３とを
交互に６層積み重ねた構造から構成されている。

【０００４】図８（ｂ）は、上記ＡＰＤ素子の電圧無印
加時のバンド構造を模式的に示した図である。障壁層と
なるｉ型ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：Ｈ（x＝０〜１）層４０３を
着膜する際に、ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x：Ｈ層組成比をx＝０〜
１の間で連続的に変化させることにより、鋸歯状にバン
ド構造が変化した傾斜超格子とすることができる。

【０００５】図８（ｃ）は、上記ＡＰＤ素子の逆バイア
ス印加時のバンド構造を模式的に示した図である。上記
ＡＰＤの構造によれば、ｐ型半導体層４０７側より光が
入射すると、傾斜超格子層４０５により吸収され光電変
換が行われる。生成された電子／正孔対は、おのおのｎ
型単結晶Ｓｉ基板４０１およびｐ型半導体層４０７に向
かって走行する。電界により加速された電子が傾斜超格
子層４０５の障壁層４０３から井戸層４０４に入る時、
電子は伝導帯のバンド不連続量ΔＥcだけ高いエネルギ
ー状態となるために、それだけ電子によるイオン化率α
は大きくなる。電子は、これの繰り返しによりキャリア
の数を増加させていく。

【０００６】一方、正孔は価電子帯のバンド不連続量Δ
Ｅvが小さいため電子のようなことが起こらない。この
ように、上記ＡＰＤの構造によると、電子のイオン化率
αのみを大きくすることができ、さらにイオン化の生じ
る場所をヘテロ接合部に特定できるため、高感度、低過
剰雑音特性が得られる。また、キャリアはヘテロ構造の
バンドオフセットによりエネルギーを受けるため、キャ
リアのイオン化に必要な電界強度を小さくすることがで
き、低電圧駆動が可能となる。

【０００７】また、このＡＰＤ素子によれば、電子の走
行方向に対してヘテロ接合部において電子に対するエネ
ルギー障壁が存在しないため、井戸層４０４から障壁層
４０３に入る時にエネルギーが失われる電子のクーリン
グ（cooling）や、井戸層４０４への電子の蓄積が生じ
て外部に信号として取り出されないことを防止し、高感
度化及び低雑音化を図ることができる。

【０００８】上述した非晶質Ｓｉ系半導体による超格子
構造を用いたＡＰＤは、格子定数不整合の問題がないた
め自由なバンド構造を実現でき、可視光に対して高感
度、高ＳＮ比、さらには低電圧駆動が可能なＡＰＤを得
ることができるが、その一方で次のような問題点が存在
する。

【０００９】先ず、上述した非晶質Ｓｉ系半導体による
超格子ＡＰＤでは、伝導帯のバンド不連続量が約０．３
４ｅＶであり、井戸層であるｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈの禁制帯
幅Ｅg＝１．７０ｅＶに比べると小さい。そのため、必
ずしもヘテロ接合部においてイオン化が生じず、低雑音
化に対する効果が不十分である。また、高いイオン化率
を得るには、ある程度の電界をキャリア増倍層に加える
必要があるため低電圧駆動が困難であり、キャリア増倍
層への高電界の印加は暗電流の増大や、電界による正孔
のイオン化のためＳＮ比の低下という問題を併発させ
る。

【００１０】また、非晶質Ｓｉ系半導体による超格子Ａ
ＰＤによると、超格子層３０６、４０５は光吸収層とキ
ャリア増倍層とを兼ねているので、キャリア増倍層で入
射光が吸収されフォトキャリア（電子／正孔対）を発生
する場合、生成されたフォトキャリアの増倍率は吸収の
生じた場所により異なり、光吸収層に近い場所で生じた
フォトキャリアほど、キャリア増倍層の走行距離が長く
なり大きな増倍を受ける。一般に入射光の波長が短いほ
ど表面近傍で吸収されるため、短波長の光に対しては増
倍率が大きくなり、長波長の光に対しては増倍率は小さ
くなる、という入射光の波長による増倍率の変動が生じ
る。また、低雑音化をはかるには、増倍する一方のキャ
リアのみをキャリア増倍層に注入することが望ましく、
キャリア増倍層で生じたフォトキャリアはＳＮ比を低下
させる原因となる。

【００１１】そこで本発明者らは上記超格子ＡＰＤの欠
点を解消するため、低電圧駆動を可能としながらも高感
度且つ低雑音であり、特に可視光に対して高感度、低雑
音であり、また、入射光の波長による増倍率の変動が少
ない半導体受光素子を提案した。この半導体受光素子
は、光吸収層に可視光に対して分光感度のすぐれた非単
結晶性Ｓｉ系薄膜、キャリア増倍層に非単結晶性Ｚｎ_x
Ｃｄ_1-xＭ（０≦x≦１、ＭはＳ，Ｓｅ若しくはＴｅから
選ばれた１つ）を用いてＡＰＤを構成するものである
（特願平７−３４３３１３）。

【００１２】この半導体受光素子について、図６及び図
７を参照しながら説明する。図６は前記半導体受光素子
の構造を示す断面図であり、ガラス基板２０１上に、Ｃ
ｒからなる下部電極２０２、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる
正孔注入阻止層２０３、多結晶性Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳ（０≦
x≦１）による傾斜超格子層２０４が複数層設けられた
キャリア増倍層２０５、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈで構成された
光吸収層２０６、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる電子注入阻
止層２０７、ＩＴＯからなる透明電極２０８を順次積層
して構成されている。

【００１３】図７は上記半導体受光素子の逆バイアス印
加時のバンド構造を模式的に示した図であり、光吸収層
２０６とキャリア増倍層２０５の界面における伝導帯の
エネルギー準位は、キャリア増倍層２０５のエネルギー
準位が光吸収層２０６のエネルギー準位より下方に位置
しており（ΔＥ＝０．７４ｅＶ）、キャリア増倍層２０
５はＺｎ_xＣｄ_1-xＳの組成比xを０〜１と連続的に変化
させた鋸歯状のバンド構造となっている。キャリア増倍
層２０５の禁制帯幅Ｅgは、x＝０〜１に対してＥg＝
２．５３〜３．５４ｅＶであり、傾斜超格子層２０４の
ヘテロ界面における伝導帯のバンド不連続量ΔＥcおよ
び価電子帯のバンド不連続量ΔＥvは、それぞれΔＥc＝
０．８９ｅＶ、ΔＥv＝０．１２ｅＶである。

【００１４】次に、上記構造の半導体受光素子の動作に
ついて説明する。透明電極２０８側から入射した光は、
光吸収層２０６で吸収されて電子／正孔対を発生する。
発生した電子／正孔対のうち、電子はバイアス電圧によ
る電界により加速されキャリア増倍層２０５に向かって
走行する。電子の走行方向に対して、光吸収層２０６か
らキャリア増倍層２０５との界面において電子に対する
エネルギー障壁が存在しないため、光吸収層２０６で発
生した電子は速やかにキャリア増倍層２０５へと流入す
る。キャリア増倍層２０５において、電子は傾斜超格子
構造のヘテロ接合部における伝導帯のバンド不連続量Δ
Ｅcによりイオン化のエネルギーを受けイオン化され、
新たな電子／正孔対を発生し、アバランシェ増倍作用を
生じさせる。

【００１５】上記半導体受光素子によれば、非単結晶性
のＺｎ_xＣｄ_1-xＭ（０≦x≦１、ＭはＳ，Ｓｅ及びＴｅか
ら選ばれた１つ）の組成比を連続的に変化させた膜を複
数層積層して成る多層膜からキャリア増倍層２０５を構
成しているので、禁制帯幅Ｅgに対して伝導帯のバンド
不連続量ΔＥcを大きくすることができ、電子によるイ
オン化率を大きくし、イオン化の生じる場所を特定して
高感度化及び低雑音化を図り、更に低電圧駆動を可能と
する。

【００１６】また、キャリア増倍層２０５の禁制帯幅が
光吸収層２０６の禁制帯幅に比べて広いため、キャリア
増倍層２０５でのフォトキャリアの発生がなく、入射光
の波長による増倍率の変動が少なく、低雑音な半導体受
光素子とすることができる。

【００１７】また、光吸収層２０６とキャリア増倍層２
０５との接合部において、可視光に高感度となる光吸収
層２０６に対してキャリア増倍層２０５のエネルギーバ
ンドを下方に位置させることができ、前記接合部におい
て電子に対するエネルギー障壁が存在しないため、この
部分における電子のクーリングや蓄積を防止し、高感度
化及び低雑音化が図れる。

【００１８】また、ＡＰＤの暗電流の原因としては、電
極から注入されるキャリア、素子内部での欠陥準位、ヘ
テロ接合部における界面準位などを介して熱的に発生す
るキャリア、伝導帯と価電子帯間のトンネル電流などが
挙げられるが、本質的には禁制帯幅の大きさに依存し、
禁制帯幅が大きいほど暗電流は小さくなる。上記ＡＰＤ
においては、キャリア増倍層２０５に禁制帯幅Ｅgの大
きいＺｎ_xＣｄ_1-xＳを用いることにより、低暗電流化を
図ることができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したＡＰＤにおい
ては、高感度、高ＳＮ比、低暗電流が実現されるが、半
導体受光素子においてはさらなる暗電流の低減化が望ま
れる場合がある。また、キャリア増倍層２０５に組成比
を連続的に変化させたＺｎ_xＣｄ_1-xＳｅを用いた場合に
は、禁制帯幅ＥgがＺｎ_xＣｄ_1-xＳより小さいので、Ｚ
ｎ_xＣｄ_1-xＳを用いた場合に比較すると暗電流が大きく
なってしまう。

【００２０】上記ＡＰＤにおける暗電流の主要因として
は、光吸収層２０６とキャリア増倍層２０５の界面に形
成される界面のトラップ準位を介しての発生電流Ｊgsが
考えられる。トラップ準位が暗電流の発生中心として作
用するためには、電子および正孔をかわるがわる伝導帯
および価電子帯に放出する必要があり、電子および正孔
の放出確率の等しいトラップ準位のみ、すなわち、禁制
帯のほぼ中央に位置するトラップ準位のみが発生中心と
なる。したがって、トラップの電子および正孔に対する
捕獲断面積が等しいと仮定した場合に、界面準位による
発生電流Ｊgsは式１で与えられる。

【００２１】

【式１】Ｊgs＝ｑ・ｎi・Ｎss・Ｓ・ｖ

【００２２】ここで、ｑは素電荷、ｎiは真性キャリア
濃度、Ｎssは界面におけるトラップ準位密度（界面準位
密度）、Ｓは捕獲断面積、ｖはキャリアの熱速度であ
り、真性キャリア濃度ｎiは禁制帯幅Ｅgに対して、式２
で与えられる。

【００２３】

【式２】 ｎi＝√｛（ＮcＮv）ｅｘｐ（−Ｅg／２ｋＴ）｝

【００２４】ここで、Ｎc、Ｎvはそれぞれ伝導帯および
価電子帯の状態密度、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温
度である。したがって、真性キャリア濃度ｎiが大き
く、すなわち禁制帯幅Ｅgが小さく、界面準位密度Ｎss
が大きいほど発生電流Ｊgsは大きくなる。

【００２５】一般に非単結晶性のＺｎ_xＣｄ_1-xＭ（０≦
x≦１、ＭはＳ又はＳｅ）薄膜は、薄膜形成時にカルコ
ゲン元素が抜けやすくカルコゲン元素の空孔欠陥が存在
したり、また、薄膜表面に化学的未結合手（ダングリン
グボンド）が存在し、これらがトラップ準位を形成する
と考えられ、その結果、界面準位密度Ｎssを大きくして
発生電流Ｊgsが大きくなる。

【００２６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、光吸収層とキャリア増倍層の界面におけるトラップ
準位密度Ｎssを低減することにより界面での発生電流を
抑制し、暗電流の低減化を図ることができる半導体受光
素子の製造方法を提供することを目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、少なくとも一方が透明な２つの電極間に、非
単結晶性材料で構成され光を吸収しフォトキャリアを発
生する光吸収層と、非単結晶性材料で構成され前記光吸
収層で発生したフォトキャリアを増倍するキャリア増倍
層と、を有する半導体受光素子の製造方法であって、次
の手順を含むものである。非単結晶性のＺｎ_xＣｄ_1-xＭ
（０≦x≦１、ＭはＳ又はＳｅ）から成りxの値を連続的
に変化させて形成した膜を積層した多層膜で前記キャリ
ア増倍層を形成する。前記キャリア増倍層の形成後、少
なくともキャリア増倍層を構成するカルコゲン元素の水
素化物Ｈ₂Ｍ（ＭはＳ又はＳｅ）を含む雰囲気中でアニ
ール処理を行なう。その後に前記光吸収層を形成する。

【００２８】本発明方法によれば、Ｚｎ_xＣｄ_1-xＭ（Ｍ
はＳ又はＳｅ）薄膜をＨ₂Ｍ（ＭはＳ又はＳｅ）ガス中
でアニールすることにより、薄膜中におけるＳ又はＳｅ
による空孔欠陥の補償およびＨによるダングリングボン
ドの終端がなされ、光吸収層とキャリア増倍層の界面に
おけるトラップ準位密度を大幅に低減することができ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明に係る半導体受光素子の製
造方法の実施の形態の一例について、図１を参照しなが
ら説明する。この半導体受光素子は、絶縁性基板１０１
上に、下部電極１０２、正孔注入阻止層となるｎ型半導
体層１０３、非単結晶性材料から成るキャリア増倍層１
０５、非単結晶性材料から成る光吸収層１０６、電子注
入阻止層となるｐ型半導体層１０７、透明電極１０８を
順次積層して構成される。前記キャリア増倍層１０５
は、非単結晶性のＺｎ_xＣｄ_1-xＳの組成比を連続的に変
化させた（０≦x≦１）複数の傾斜超格子層１０４で構
成することにより、エネルギーバンドを周期的に変化さ
せて、キャリア増倍層１０５の伝導帯を鋸歯状のポテン
シャル構造としている。

【００３０】この半導体受光素子は以下のようにして作
製される。先ず、絶縁性基板１０１上に、下部電極１０
２、正孔注入阻止層となるｎ型半導体層１０３を順次積
層する。次に、Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳの成膜において、その組
成がx＝１（ＺｎＳ）からx＝０（ＣｄＳ）へと連続的に
変化するようにxを制御して傾斜超格子層１０４を形成
し、この傾斜超格子層１０４を複数層形成することによ
りキャリア増倍層１０５を形成する。次に、Ｈ₂Ｓガス
中でアニール処理を行った後、光吸収層１０６、電子注
入阻止層となるｐ型半導体層１０７、透明電極１０８
を、順次積層して半導体受光素子を完成する。

【００３１】本発明方法の特徴的な工程は、傾斜超格子
層１０４を構成するＺｎ_xＣｄ_1-xＳ薄膜をＨ₂Ｓガス中
でアニール処理する点である。このアニールにより、薄
膜中におけるＳによる空孔欠陥の補償およびＨによるダ
ングリングボンドの終端がなされ、光吸収層１０６とキ
ャリア増倍層１０５の界面におけるトラップ準位密度を
大幅に低減することができ、半導体受光素子の暗電流の
主要因である界面でのトラップ準位による発生電流Ｊgs
を抑制し、暗電流の低減化を図るものである。アニール
処理の方法としては、ＲＦプラズマ法、ＥＣＲプラズマ
法、エキシマレーザ等のレーザ光をキャリア増倍層に照
射する方法、赤外線ランプアニール等により加熱する方
法などある。

【００３２】

【実施例】

（実施例１）次に、本発明による半導体受光素子の製造
方法のより具体的な実施例について、図２を参照しなが
ら説明する。ガラス基板１上に、スパッタ法によりＴａ
を着膜して下部電極２を形成する。次いで、プラズマＣ
ＶＤ法によりＳｉＨ₄、ＰＨ₃、Ｈ₂を原料ガスとし、ｎ
型μｃ−Ｓｉからなる正孔注入阻止層３を５０ｎｍの膜
厚に形成する。次に、ＺｎＳおよびＣｄＳをターゲット
に用いた２元スパッタ法により各ターゲットに投入する
電力密度を制御することにより、その組成がx＝１（Ｚ
ｎＳ）からx＝０（ＣｄＳ）へと連続的に変化するよう
な多結晶性Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳを１００ｎｍの膜厚に成膜
し、これを２回繰り返し２層の傾斜超格子層４を形成し
てキャリア増倍層５とする。

【００３３】次に、以下に示す条件でＲＦプラズマ法に
よりキャリア増倍層５のアニール処理を行う。 使用ガスと流量 ：Ａｒ／Ｈ₂Ｓ＝５０／５０ｓｃｃｍ 基板温度 ：３５０°Ｃ 圧力 ：６６．３Ｐａ（０．５Ｔorr） ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：３００Ｗ アニール時間 ：２時間

【００３４】アニール処理方法としては、上述のＲＦプ
ラズマ法以外にも、ＥＣＲプラズマ法、エキシマレーザ
等のレーザ光をキャリア増倍層５の上方より照射する方
法、赤外線ランプアニール等により加熱する方法などが
適用できる。アニール条件は、Ｓ薄膜がキャリア増倍層
５の表面に堆積されないように圧力、基板温度、Ｈ₂Ｓ
ガス流量などを調整しておき、Ｈ₂Ｓガスを希釈する場
合の希釈ガスとしては、上述のＡｒ以外にもＨｅ、Ｎｅ
などの不活性ガスやＨ₂を適用することができる。ま
た、アニール処理後、キャリア増倍層５の表面にＯやＮ
などの吸着を防ぐために、真空中に保持したまま光吸収
層６を着膜するほうが望ましい。

【００３５】ここでは、Ｈ₂Ｓガスによるアニール処理
後、装置内を真空に排気した後、原料ガスとしてＳｉＨ
₄を装置内に導入しプラズマＣＶＤ法によりｉ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈからなる光吸収層６を５００ｎｍの膜厚に形成し
た。次に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ₄、Ｂ₂Ｈ₆を
原料ガスとし、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる電子注入阻止
層７を５０ｎｍの膜厚に形成する。最後に、スパッタ法
によりＩＴＯからなる透明電極８を６０ｎｍの膜厚に形
成した。

【００３６】上記実施例により作製したＡＰＤの電流−
電圧特性を図３に実線で示す。逆バイアス印加電圧２０
Ｖ、１００ｌｘの照射時で光電流は１００μＡ／ｃｍ²
程度で約６のゲインが得られており、暗電流は５０ｎＡ
／ｃｍ²程度であった。比較のためＨ₂Ｓアニール処理を
行っていないＡＰＤ（従来例）の電流−電圧特性を点線
で示すが、このＡＰＤに対して暗電流が１〜２桁低減し
ており暗電流の低減化が達成されているのが確認でき
た。

【００３７】（実施例２）本発明による半導体受光素子
の製造方法の他の実施例について、図４を参照しながら
説明する。ｎ型Ｓｉウエハー１２上に、ジメチルジンク
（ＤＭＺｎ）、ジメチルカドミウム（ＤＭＣｄ）および
Ｈ₂Ｓｅをソース源に、キャリアガスにＨ₂を用いたＭＯ
ＣＶＤ法により、ＤＭＺｎ、ＤＭＣｄに導入するキャリ
アガスの流量を制御することにより、その組成がx＝１
（ＺｎＳｅ）からx＝０（ＣｄＳｅ）へと連続的に変化
するような多結晶性Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳｅを５０ｎｍの膜厚
に成膜し、これを５回繰り返し５層の傾斜超格子層１３
を形成してキャリア増倍層１４とした。

【００３８】次に、以下に示す条件でＲＦプラズマ法に
よりキャリア増倍層１４のアニール処理を行う。 使用ガスと供給量 ：Ｈ₂Ｓｅ＝５×１０^-6 mol／min 基板温度 ：７００°Ｃ 圧力 ：１０１０８０Ｐａ（７６０Ｔor
r） アニール時間 ：５時間

【００３９】次に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ₄を
原料ガスとしｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる光吸収層１５を
５００ｎｍの膜厚に形成する。プラズマＣＶＤ法により
ＳｉＨ₄、Ｂ₂Ｈ₆を原料ガスとし、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈか
らなる電子注入阻止層１６を５０ｎｍの膜厚に形成す
る。スパッタ法によりＩＴＯからなる透明電極１７を６
０ｎｍの膜厚に形成した。次に、透明電極１７上に表面
保護膜としてレジスト膜を形成した後、ｎ型Ｓｉウエハ
ー１２の裏面をＨＦ処理し、ｎ型Ｓｉウエハー１２の裏
面（透明電極１７と反対側）にスパッタ法によりＡｌを
着膜して金属電極１１を形成し、レジスト膜を除去し
た。

【００４０】上記実施例により作製したＡＰＤの電流−
電圧特性を図４に実線で示す。逆バイアス印加電圧２０
Ｖ、１００ｌｘの照射時で光電流は４００μＡ／ｃｍ²
程度で約２５のゲインが得られており、暗電流は２００
ｎＡ／ｃｍ²程度であった。比較のためＨ₂Ｓｅアニール
処理を行っていないＡＰＤ（従来例）の電流−電圧特性
を点線で示すが、このＡＰＤに対して光電流は変化せ
ず、暗電流が１〜２桁低減しており、暗電流の低減化が
達成されていることが確認できた。

【００４１】

【発明の効果】本発明方法によれば、キャリア増倍層の
形成後、キャリア増倍層を構成するカルコゲン元素と同
一のカルコゲン元素の水素化物の雰囲気中でアニール処
理を行った後に、光吸収層を形成することにより、光吸
収層とキャリア増倍層の界面におけるトラップ準位が減
少し、キャリア増倍層と光吸収層の界面での発生電流が
抑制でき暗電流の低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体受光素子の実施の形態の一
例の概略構造を示す断面説明図である。

【図２】半導体受光素子の一実施例についての概略構造
を示す断面説明図である。

【図３】図２に示す実施例とアニール処理を行わない場
合の各半導体受光素子の電流−電圧特性を示すグラフ図
である。

【図４】半導体受光素子の他の実施例についての概略構
造を示す断面説明図である。

【図５】図４に示す実施例とアニール処理を行わない場
合の各半導体受光素子の電流−電圧特性を示すグラフ図
である。

【図６】本発明者らが提案した半導体受光素子の構造を
示す断面説明図である。

【図７】図６に示す半導体受光素子の逆バイアス印加時
のバンド構造を模式的に示したエネルギー帯図である。

【図８】（ａ）は従来の非晶質Ｓｉ系傾斜超格子ＡＰＤ
の概略構造を示す断面説明図、（ｂ）はこの非晶質Ｓｉ
系傾斜超格子ＡＰＤの電圧無印加時のバンド構造を示す
エネルギー帯図、（ｃ）非晶質Ｓｉ系傾斜超格子ＡＰＤ
の逆バイアス印加時のバンド構造を示すエネルギー帯図
である。

【符号の説明】 １…ガラス基板、 ２…下部電極（Ｔａ）、 ３…正孔
注入阻止層（ｎ型μｃ−Ｓｉ）、 ４…傾斜超格子層
（多結晶性Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳ（０≦x≦１））、５…キャ
リア増倍層、 ６…光吸収層（ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）、
７…正孔注入阻止層（ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）、 ８…透明
電極（ＩＴＯ）、 １１…金属電極（Ａｌ）、 １２…
ｎ型Ｓｉウエハー、 １３…多結晶性Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳｅ
（０≦x≦１）傾斜超格子層、 １４…キャリア増倍
層、 １５…光吸収層（ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）、 １６…
正孔注入阻止層（ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）、 １７…透明電
極（ＩＴＯ）、 １０１…絶縁性基板、 １０２…下部
電極、 １０３…正孔注入阻止層、 １０４…非単結晶
性Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳ（０≦x≦１）傾斜超格子層、 １０
５…キャリア増倍層、 １０６…光吸収層、 １０７…
電子注入阻止層、 １０８…透明電極、 ２０１…ガラ
ス基板、 ２０２…下部電極、 ２０３…正孔注入阻止
層、 ２０４…多結晶性Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳ（０≦x≦１）
傾斜超格子層、２０５…キャリア増倍層、 ２０６…光
吸収層、 ２０７…電子注入阻止層、２０８…透明電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 育昌 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透明な２つの電極間に、
   非単結晶性材料で構成され光を吸収しフォトキャリアを
   発生する光吸収層と、非単結晶性材料で構成され前記光
   吸収層で発生したフォトキャリアを増倍するキャリア増
   倍層と、を有する半導体受光素子の製造方法であって、 非単結晶性のＺｎ_xＣｄ_1-xＭ（０≦x≦１、ＭはＳ又はＳ
   ｅ）から成りxの値を連続的に変化させて形成した膜を
   積層した多層膜で前記キャリア増倍層を形成し、 前記
   キャリア増倍層の形成後、少なくともキャリア増倍層を
   構成するカルコゲン元素の水素化物Ｈ₂Ｍ（ＭはＳ又は
   Ｓｅ）を含む雰囲気中でアニール処理を行ない、 その後に前記光吸収層を形成することを特徴とする半導
   体受光素子の製造方法。