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公開番号2025160690
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-23
出願番号2024063409
出願日2024-04-10
発明の名称半導体受光素子
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H10F 30/20 20250101AFI20251016BHJP()
要約【課題】暗電流を低減できる半導体受光素子を提供する。
【解決手段】半導体受光素子は、インジウムリン基板と、第1導電型の第1III-V族化合物半導体層と、第2導電型の第2III-V族化合物半導体層と、第1III-V族化合物半導体層と第2III-V族化合物半導体層との間に設けられ、III-V族化合物半導体を含む光吸収層と、光吸収層と第2III-V族化合物半導体層との間に設けられたノンドープの第3III-V族化合物半導体層と、を備え、第1III-V族化合物半導体層は、インジウムリン基板と光吸収層との間に設けられ、第3III-V族化合物半導体層は、光吸収層に含まれるIII-V族化合物半導体のバンドギャップエネルギーの最大値よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
インジウムリン基板と、
第１導電型の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
第２導電型の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に設けられ、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む光吸収層と、
前記光吸収層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に設けられたノンドープの第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、
を備え、
前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記インジウムリン基板と前記光吸収層との間に設けられ、
前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層に含まれるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体のバンドギャップエネルギーの最大値よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する、半導体受光素子。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に設けられた第２導電型の第４ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を更に備える、請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記第４ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の厚さよりも小さい厚さを有する、請求項２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、アルミニウムを含む三元のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、３００ｎｍ以上の厚さを有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項６】
前記光吸収層と前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に設けられた少なくとも１つのノンドープの第５ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を更に備え、
前記少なくとも１つの第５ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の価電子帯の上端は、前記光吸収層の価電子帯の上端のエネルギーと前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の価電子帯の上端のエネルギーとの間のエネルギーを有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項７】
前記少なくとも１つのノンドープの第５ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、量子井戸構造を有する、請求項６に記載の半導体受光素子。
【請求項８】
前記少なくとも１つのノンドープの第５ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、複数のノンドープの第５ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を含み、
前記複数のノンドープの第５ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層のそれぞれは、前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層に含まれるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体材料と同じＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体材料を含む第６ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を含み、
前記第６ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の厚さは、前記光吸収層から前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層に向かって単調増加する、請求項６に記載の半導体受光素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体受光素子に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、インジウムリン（ＩｎＰ）基板を備える光検出器を開示する。ＩｎＰ基板上には、ｎ型のインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）層、超格子層、光吸収層、ｐ型のインジウムアルミニウムヒ素（ＩｎＡｌＡｓ）層、ｐ型のアルミニウムヒ素アンチモン（ＡｌＡｓＳｂ）層およびｐ型のＩｎＧａＡｓ層が順に設けられる。超格子層は、ＩｎＧａＡｓ層およびガリウムヒ素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層を含む。光吸収層は、ノンドープのＩｎＧａＡｓ層である。ＡｌＡｓＳｂ層は電子バリア層として機能する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Jingyi Wang, et al,"InP-Based Broadband Photodetectors With InGaAs/GaAsSb Type-IISuperlattice" IEEE Electron Device Letters, Vol.43, No.5, 2022, pp.757-760
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、暗電流を低減できる半導体受光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一側面に係る半導体受光素子は、インジウムリン基板と、第１導電型の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、第２導電型の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に設けられ、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む光吸収層と、前記光吸収層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に設けられたノンドープの第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、を備え、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記インジウムリン基板と前記光吸収層との間に設けられ、前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層に含まれるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体のバンドギャップエネルギーの最大値よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、暗電流を低減できる半導体受光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、一実施形態に係る半導体受光素子を模式的に示す断面図である。
図２は、図１の半導体受光素子に含まれる光吸収層を模式的に示す断面図である。
図３は、図１の半導体受光素子に含まれる階段層を模式的に示す断面図である。
図４は、他の一実施形態に係る半導体受光素子を模式的に示す断面図である。
図５は、第２実験の半導体受光素子の一部の構造例を示す図である。
図６は、第２実験の半導体受光素子において、層番号と価電子帯の上端のエネルギーとの関係の一例を示すグラフである。
図７は、第２実験の半導体受光素子における光吸収層のエネルギーバンド図の一部の例を示す図である。
図８は、第２実験の半導体受光素子における階段層のエネルギーバンド図の一部の例を示す図である。
図９は、第１実験の半導体受光素子のエネルギーバンド図の一例を示すグラフである。
図１０は、第２実験の半導体受光素子のエネルギーバンド図の一例を示すグラフである。
図１１は、第３実験の半導体受光素子のエネルギーバンド図の一例を示すグラフである。
図１２は、第１実験の半導体受光素子において、電子濃度およびホール濃度の分布の一例を示すグラフである。
図１３は、第２実験の半導体受光素子において、電子濃度およびホール濃度の分布の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
【０００９】
（１）半導体受光素子は、インジウムリン基板と、第１導電型の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、第２導電型の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に設けられ、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含む光吸収層と、前記光吸収層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に設けられたノンドープの第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層と、を備え、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記インジウムリン基板と前記光吸収層との間に設けられ、前記第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層に含まれるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体のバンドギャップエネルギーの最大値よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。
【００１０】
上記半導体受光素子では、第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層が大きいバンドギャップエネルギーを有する。よって、第３ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層中に形成され得るキャリア捕獲準位のエネルギーが高くなるので、当該キャリア捕獲準位にキャリアが熱励起され難くなる。その結果、キャリア捕獲準位に起因するトンネル電流を低減できるので、暗電流を低減できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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