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公開番号2025162851
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-28
出願番号2024066314
出願日2024-04-16
発明の名称受光素子およびその製造方法
出願人住友電気工業株式会社
代理人弁理士法人片山特許事務所
主分類H10F 30/20 20250101AFI20251021BHJP()
要約【課題】素子を外部から分離することが可能であり、かつリーク電流を低減することが可能な受光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】面内で互いに隣接する第1領域と第2領域とを有する受光素子であって、第1の導電型を有する第1半導体層と、受光層と、第2の導電型を有する第2半導体層と、を具備し、前記第2領域は前記第1領域の外に位置し、前記第1領域および前記第2領域において、前記第1半導体層、前記受光層、前記第2半導体層は順番に積層され、前記第2半導体層のうち前記第2領域に含まれる部分には、イオンが注入されている受光素子。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
面内で互いに隣接する第１領域と第２領域とを有する受光素子であって、
第１の導電型を有する第１半導体層と、
受光層と、
第２の導電型を有する第２半導体層と、を具備し、
前記第２領域は前記第１領域の外に位置し、
前記第１領域および前記第２領域において、前記第１半導体層、前記受光層、前記第２半導体層は順番に積層され、
前記第２半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分には、イオンが注入されている受光素子。
続きを表示（約 910 文字）【請求項２】
グリッド状に配置された複数の前記第１領域を有し、
前記第２領域は、互いに隣り合う２つの前記第１領域の間に設けられている請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記第２半導体層と前記受光層との間に設けられ、前記第１の導電型を有する第３半導体層を具備する請求項１または請求項２に記載の受光素子。
【請求項４】
前記第３半導体層と前記受光層との間に設けられ、前記第２の導電型を有する第４半導体層を具備し、
前記第４半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分には、前記イオンが注入されている請求項３に記載の受光素子。
【請求項５】
前記第２半導体層のキャリア濃度は前記第４半導体層のキャリア濃度より高く、
前記第２半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分に注入される前記イオンの濃度は、前記第４半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分に注入される前記イオンの濃度より高い請求項４に記載の受光素子。
【請求項６】
前記第２半導体層のうち前記イオンが注入された部分の幅は、前記第４半導体層のうち前記イオンが注入された部分の幅よりも大きい請求項４に記載の受光素子。
【請求項７】
前記第３半導体層と前記受光層との間に設けられ、超格子構造を有する第５半導体層を具備する請求項３に記載の受光素子。
【請求項８】
前記受光層は多重量子井戸構造を有し、
前記第２領域における前記受光層の前記イオンの濃度は１×１０
１７
ｃｍ
－３
以下である請求項１または請求項２に記載の受光素子。
【請求項９】
面内で互いに隣接する第１領域と第２領域とを有する受光素子の製造方法であって、
前記第１領域および前記第２領域において、第１の導電型を有する第１半導体層に、受光層と、第２の導電型を有する第２半導体層とを順番に積層する工程と、
前記第２半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分にイオンを注入する工程と、を有する受光素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は受光素子およびその製造方法に関するものである。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を用いた受光素子が開発されている（特許文献１から特許文献４）。受光素子は、例えば近赤外域に感度を有し、通信、撮像装置、センサなどに用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１５－２１１１５５号公報
特開２０１１－１０１０３２号公報
特開２０１０－２３９１６６号公報
特開２００６－２９５２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受光素子を外部から分離することが求められる。例えば複数の受光素子を１次元または２次元に並べたアレイセンサでは、複数の受光素子の間を分離することで、クロストークなどを低減することができる。受光素子をメサ形状とすることで、分離が可能である。しかし、メサの側面にリークパスが発生し、リーク電流が増加してしまう。そこで、素子を外部から分離することが可能であり、かつリーク電流を低減することが可能な受光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る受光素子は、面内で互いに隣接する第１領域と第２領域とを有する受光素子であって、第１の導電型を有する第１半導体層と、受光層と、第２の導電型を有する第２半導体層と、を具備し、前記第２領域は前記第１領域の外に位置し、前記第１領域および前記第２領域において、前記第１半導体層、前記受光層、前記第２半導体層は順番に積層され、前記第２半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分には、イオンが注入されている。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、素子を外部から分離することが可能であり、かつリーク電流を低減することが可能な受光素子およびその製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は第１実施形態に係る受光素子を例示する断面図である。
図２はプロトンの濃度を例示する模式図である。
図３はプロトンの濃度を例示する模式図である。
図４は受光素子のバンド構造の計算結果を例示する模式図である。
図５Ａは受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図５Ｂは受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図６Ａは受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図６Ｂは受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図７は第２実施形態に係る受光素子を例示する平面図である。
図８は受光素子を例示する断面図である。
図９は光検出装置を例示する断面図である。
図１０は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図１１は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図１２は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図１３は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図１４は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図１５は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図１６は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図１７は第３実施形態に係る受光素子を例示する断面図である。
図１８は受光素子のバンド構造の計算結果を例示する模式図である。
図１９Ａは受光素子の製造方法を例示する断面図である。
図１９Ｂは受光素子の製造方法を例示する断面図である。
【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の内容を列記して説明する。
【０００９】
本開示の一形態は、（１）面内で互いに隣接する第１領域と第２領域とを有する受光素子であって、第１の導電型を有する第１半導体層と、受光層と、第２の導電型を有する第２半導体層と、を具備し、前記第２領域は前記第１領域の外に位置し、前記第１領域および前記第２領域において、前記第１半導体層、前記受光層、前記第２半導体層は順番に積層され、前記第２半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分には、イオンが注入されている受光素子である。イオンの注入により、第２半導体層のうち第２領域に含まれる部分において、キャリアが補償される。第２領域によって第１領域を外から分離することができる。第２領域が第１領域の外に位置しているため、第１領域のｐｎ接合は露出しない。リークパスが形成されにくく、リーク電流を低減することができる。
（２）上記（１）において、グリッド状に配置された複数の前記第１領域を有し、前記第２領域は、互いに隣り合う２つの前記第１領域の間に設けられてもよい。アレイ型の素子において、複数の第１領域の間を分離することができる。リーク電流を低減することができる。
（３）上記（１）または（２）において、前記第２半導体層と前記受光層との間に設けられ、前記第１の導電型を有する第３半導体層を具備してもよい。第１領域において、第２半導体層と第３半導体層とでｐｎ接合が形成される。第２領域が第１領域の外に位置しているため、第１領域のｐｎ接合は露出しない。リークパスが形成されにくく、リーク電流を低減することができる。
（４）上記（３）において、前記第３半導体層と前記受光層との間に設けられ、前記第２の導電型を有する第４半導体層を具備し、前記第４半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分には、前記イオンが注入されてもよい。第４半導体層のうち第２領域に含まれる部分において、キャリアが補償される。第２領域によって第１領域を外から分離することができる。第１領域のｐｎ接合は露出しない。リークパスが形成されにくく、リーク電流を低減することができる。第４半導体層が設けられていることで、受光素子の感度が向上する。
（５）上記（４）において、前記第２半導体層のキャリア濃度は前記第４半導体層のキャリア濃度より高く、前記第２半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分に注入される前記イオンの濃度は、前記第４半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分に注入される前記イオンの濃度より高くてもよい。イオンの注入により、第２半導体層の第２領域に含まれる部分においてキャリアが補償される。第４半導体層の第２領域に含まれる部分においてキャリアが補償される。
（６）上記（４）または（５）において、前記第２半導体層のうち前記イオンが注入された部分の幅は、前記第４半導体層のうち前記イオンが注入された部分の幅よりも大きくてもよい。空乏層が第２領域に達しにくい。暗電流を低減することができる。
（７）上記（３）において、前記第３半導体層と前記受光層との間に設けられ、超格子構造を有する第５半導体層を具備してもよい。イオンを第２半導体層に注入すればよい。イオン注入の工程が１回でよいため、工程が簡略化される。第５半導体層が設けられていることで、受光素子の感度が向上する。
（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、前記受光層は多重量子井戸構造を有し、前記第２領域における前記受光層の前記イオンの濃度は１×１０
１７
ｃｍ
－３
以下でもよい。受光層の多重量子井戸構造が破壊されにくい。
（９）面内で互いに隣接する第１領域と第２領域とを有する受光素子の製造方法であって、前記第１領域および前記第２領域において、第１の導電型を有する第１半導体層に、受光層と、第２の導電型を有する第２半導体層とを順番に積層する工程と、前記第２半導体層のうち前記第２領域に含まれる部分にイオンを注入する工程と、を有する受光素子の製造方法である。イオンの注入により、第２半導体層のうち第２領域に含まれる部分において、キャリアが補償される。第２領域によって第１領域を外から分離することができる。第２領域が第１領域の外に位置しているため、第１領域のｐｎ接合は露出しない。リークパスが形成されにくく、リーク電流を低減することができる。
【００１０】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る受光素子およびその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（【００１１】以降は省略されています）

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