(57)【要約】      （修正有）【課題】ショットキー型の受光素子において、微小光を検知可能な技術を提供する。【解決手段】受光素子１において、キャリア注入領域１５と障壁領域１４と第１導電型半導体領域１２がショットキー電極１７からオーミック電極１０に向かう方向に沿ってこの順で並んでいる。アバランシェ領域１３が、障壁領域１４よりもオーミック電極１０側に設けられており、電極間方向から見たときにキャリア注入領域１５が設けられている範囲内に配置されており、障壁領域１４に接しており、第１導電型半導体領域１２よりも不純物濃度が濃い。【選択図】図１
2020087955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子であって、
第１導電型の半導体であるキャリア注入領域と、第２導電型の半導体である第２導電型半導体領域と、第２導電型の半導体である障壁領域と、第１導電型の半導体である第１導電型半導体領域と、第１導電型の半導体であるアバランシェ領域と、を備えており、
前記キャリア注入領域と前記障壁領域と前記第１導電型半導体領域は、ショットキー電極からオーミック電極に向かう方向に沿ってこの順で並んでおり、
前記キャリア注入領域は、前記ショットキー電極にショットキー接触しており、
前記第２導電型半導体領域は、前記障壁領域よりも前記ショットキー電極側において前記キャリア注入領域に隣接しており、
前記障壁領域は、前記第２導電型半導体領域に接しており、前記ショットキー電極と前記オーミック電極を結ぶ電極間方向において前記キャリア注入領域と前記第１導電型半導体領域を隔てており、前記第２導電型半導体領域よりも不純物濃度が薄く、
前記アバランシェ領域は、前記障壁領域よりも前記オーミック電極側に設けられており、前記電極間方向から見たときに前記キャリア注入領域が設けられている範囲内に配置されており、前記障壁領域に接しており、前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度が濃い、受光素子。
【請求項２】
前記半導体はシリコンである、請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記ショットキー電極がＡｕである、請求項１又は２に記載の受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、ショットキー型の受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２は、半導体と金属のショットキー接触を利用したショットキー型の受光素子を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６４９１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７１５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなショットキー型の受光素子では、微小光を検知可能な技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する受光素子の一実施形態は、第１導電型の半導体であるキャリア注入領域と、第２導電型の半導体である第２導電型半導体領域と、第２導電型の半導体である障壁領域と、第１導電型の半導体である第１導電型半導体領域と、第１導電型の半導体であるアバランシェ領域と、を備えることができる。前記キャリア注入領域と前記障壁領域と前記第１導電型半導体領域は、ショットキー電極からオーミック電極に向かう方向に沿ってこの順で並んでいる。必要に応じて、前記キャリア注入領域と前記障壁領域と前記第１導電型半導体領域の各々の間に他の半導体領域が介在してもよい。前記キャリア注入領域は、前記ショットキー電極にショットキー接触している。前記第２導電型半導体領域は、前記障壁領域よりも前記ショットキー電極側において前記キャリア注入領域に隣接している。前記障壁領域は、前記第２導電型半導体領域に接しており、前記ショットキー電極と前記オーミック電極を結ぶ電極間方向において前記キャリア注入領域と前記第１導電型半導体領域を隔てており、前記第２導電型半導体領域よりも不純物濃度が薄い。前記アバランシェ領域は、前記障壁領域よりも前記オーミック電極側に設けられており、前記電極間方向から見たときに前記キャリア注入領域が設けられている範囲内に配置されており、前記障壁領域に接しており、前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度が濃い。
【０００６】
上記実施形態の受光素子では、前記第２導電型半導体領域が前記キャリア注入領域に隣接して設けられているので、前記キャリア注入領域と前記ショットキー電極のショットキー接合面に加わる電界が緩和される。このため、上記実施形態の受光素子では、前記アバランシェ領域と前記障壁領域の接合面が高電界領域となる。上記実施形態の受光素子では、入射光が前記ショットキー電極で自由電子吸収されると、前記キャリア注入領域にキャリアが注入される。注入されたキャリアは、前記アバランシェ領域と前記障壁領域の接合面近傍の高電界領域で加速され、これにより、アバランシェ増幅が生じる。このように、上記実施形態の受光素子は、増幅機能を有しているので、微小光を検知することができる。さらに、上記実施形態の受光素子は、前記電極間方向において前記キャリア注入領域と前記第１導電型半導体領域を隔てるように前記障壁領域が設けられている。このため、前記キャリア注入領域と前記ショットキー電極のショットキー接合面におけるリーク電流を抑えることができる。換言すると、リーク電流が抑えられるので、前記キャリア注入領域と前記ショットキー電極のショットキー接合面の面積を広くすることができる。このショットキー接合面は受光面であることから、上記実施形態の受光素子は、受光面積を広く確保することができる。この点でも、上記実施形態の受光素子は、微小光を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る受光素子の断面図および深さ方向の電位勾配を示す図である。
【図２】受光素子の上面図である。
【図３】図１（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】フォトダイオードの上面概略図である。
【図５】第１実施形態に係る受光素子の変形例の断面図である。
【図６】第２実施形態に係る受光素子の上面図、断面図および電位勾配を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る受光素子の変形例の上面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
図１（Ａ）に、受光素子１の断面概略図を示す。受光素子１は、シリコン基板を用いて作成されたデバイスである。受光素子１は、カソード電極１０、高濃度ｎ型領域１１、低濃度ｎ型領域１２、アバランシェ領域１３、障壁領域１４、キャリア注入領域１５、高濃度ｐ型領域１６、ショットキー電極１７及びアノード電極１８を備えている。なお、低濃度ｎ型領域１２が第１導電型半導体領域の一例であり、高濃度ｐ型領域１６が第２導電型半導体領域の一例である。
【０００９】
第１実施形態の受光素子１では、シリコン基板の下面にカソード電極１０が被膜され、シリコン基板の上面にショットキー電極１７及びアノード電極１８が被膜されている。受光素子１では、キャリア注入領域１５と障壁領域１４と低濃度ｎ型領域１２と高濃度ｎ型領域１１がショットキー電極１７からカソード電極１０に向かう方向（Ｚ軸方向）に沿ってこの順で並んでおり、光電流がこれらの領域を縦方向に流れる。このように、受光素子１は、縦型デバイスである。
【００１０】
カソード電極１０は、アルミニウム（Ａｌ）である。カソード電極１０は、高濃度ｎ型領域１１の下面を被覆しており、高濃度ｎ型領域１１にオーミック接触している。高濃度ｎ型領域１１は、シリコン基板の裏層部に設けられており、シリコン基板の下面に露出している。一例ではあるが、高濃度ｎ型領域１１は、ｎ型不純物としてリンまたはヒ素を含んでおり、その濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であり、厚みが５μｍ以上である。
【００１１】
低濃度ｎ型領域１２は、高濃度ｎ型領域１１上に設けられており、高濃度ｎ型領域１１と高濃度ｐ型領域１６の間、及び、高濃度ｎ型領域１１と障壁領域１４の間に配置されている。低濃度ｎ型領域１２は、第１の厚みＴ１を有している。第１の厚みＴ１は、１〜１０００μｍの範囲である。低濃度ｎ型領域１２の不純物濃度は、高濃度ｎ型領域１１の不純物濃度よりも薄い。
【００１２】
アバランシェ領域１３は、ｎ型不純物を高濃度に含む領域であり、その濃度は低濃度ｎ型領域１２の濃度よりも高い。アバランシェ領域１３の下端部１３ｂは、高濃度ｎ型領域１１に接している。アバランシェ領域１３は、ショットキー電極１７に向けて高濃度ｎ型領域１１からＺ軸の正方向（図１（Ａ）の上方向）へ突出しており、その先端部１３ａが障壁領域１４に接触している。アバランシェ領域１３の先端部１３ａは、低濃度ｎ型領域１２によって高濃度ｐ型領域１６から隔てられている。一例ではあるが、アバランシェ領域１３は、ｎ型不純物としてリンまたはヒ素を含んでおり、その濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である。
【００１３】
図３に、図１（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図を示す。図３は、低濃度ｎ型領域１２と高濃度ｐ型領域１６の界面における断面図である。すなわち、図３は、シリコン基板の厚み方向、換言すると、カソード電極１０とショットキー電極１７を結ぶ電極間方向（Ｚ軸方向）からみたときの図である。高濃度ｐ型領域１６が形成されていない円形状の開口部の領域（すなわち、障壁領域１４とキャリア注入領域１５が配置されている受光領域に対応した領域）に露出するように、低濃度ｎ型領域１２とアバランシェ領域１３が配置されている。換言すると、高濃度ｐ型領域１６は、電極間方向（Ｚ軸方向）の軸回りに受光領域を一巡するように配置されている。また、アバランシェ領域１３は、その開口部の領域の中心に配置されている。
【００１４】
図１に戻る。障壁領域１４は、高濃度ｐ型領域１６で囲まれた受光領域内に配置されており、電極間方向（Ｚ軸方向）において低濃度ｎ型領域１２とキャリア注入領域１５を隔てている。障壁領域１４は、その側面が高濃度ｐ型領域１６に接している。障壁領域１４は、ｐ型不純物を低濃度に含む領域である。障壁領域１４の不純物濃度は、高濃度ｐ型領域１６の不純物濃度よりも薄い。一例ではあるが、障壁領域１４は、ｐ型不純物としてボロンを含んでおり、その濃度が１×１０１3ｃｍ−3〜１×１０１5ｃｍ−3の範囲であり、厚みが０．１〜１μｍの範囲である。
【００１５】
キャリア注入領域１５は、高濃度ｐ型領域１６で囲まれた受光領域内に配置されており、障壁領域１４上に設けられており、シリコン基板の上面に露出している。キャリア注入領域１５は、その側面が高濃度ｐ型領域１６に接しており、その上面がショットキー電極１７にショットキー接触している。キャリア注入領域１５は、ｎ型不純物を低濃度に含む領域である。一例ではあるが、キャリア注入領域１５は、ｎ型不純物としてリンまたはヒ素を含んでおり、その濃度が１×１０１3ｃｍ−3以下であり、厚みが５μｍ以下である。
【００１６】
高濃度ｐ型領域１６は、低濃度ｎ型領域１２の表面上の一部に配置されており、電極間方向（Ｚ軸方向）の軸回りに障壁領域１４及びキャリア注入領域１５の受光領域を一巡するように設けられており、シリコン基板の上面に露出している。高濃度ｐ型領域１６の第２の厚みＴ２は、第１の厚みＴ１よりも薄い。第２の厚みＴ２は、１〜３μｍの範囲である。一例ではあるが、高濃度ｐ型領域１６は、ｐ型不純物としてボロンを含んでおり、その濃度が１×１０１８ｃｍ−3以上である。
【００１７】
ショットキー電極１７は、キャリア注入領域１５と高濃度ｐ型領域１６の上面にまたがって配置されている。ショットキー電極１７は、金（Ａｕ）である。ショットキー電極１７の厚さは、光がショットキー電極１７で自由電子吸収された際に、電子がキャリア注入領域１５に注入される程度に薄膜であればよい。ショットキー電極１７の厚さは２００ｎｍ以下である。より好適には、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００１８】
アノード電極１８は、ショットキー電極１７の表面上の一部に配置されている。アノード電極１８は、電極間方向（Ｚ軸方向）からみたときに、キャリア注入領域１５が形成される範囲には配置されない。アノード電極１８は、アルミニウム（Ａｌ）である。図２に、受光素子１を電極間方向（Ｚ軸方向）から見た上面図を示す。アノード電極１８に形成されている略円形の窓部１８ａには、ショットキー電極１７が露出している。このアノード電極１８の窓部１８ａが、受光面となる。
【００１９】
図４に、受光素子１を複数備えたフォトダイオード２の上面概略図を示す。フォトダイオード２は、チップ形状を有している。チップの周囲が低濃度ｎ型領域１２で囲まれており、その内部に高濃度ｐ型領域１６が配置されている。高濃度ｐ型領域１６の上面には、ショットキー電極１７およびアノード電極１８が積層されている。アノード電極１８には、複数の窓部１８ａが形成されている。窓部１８ａが形成されている部分が、受光素子１として機能する。すなわち、図４のフォトダイオード２では、１５個の受光素子１が配置されている。なお、前述した図１の要部断面図は、図４におけるＩ−Ｉ部分の断面に対応している。またアノード電極１８には、ワイヤーボンディングをするための領域Ｒ１が配置されている。
【００２０】
（受光素子１の動作）
カソード電極１０に、アノード電極１８に対して正の高電圧ＶＨを印加する。これにより、高電圧ＶＨが、ショットキー電極１７と高濃度ｎ型領域１１との間に印加される。高電圧ＶＨは、ショットキー電極１７とキャリア注入領域１５によって形成されるショットキー接合に対する逆バイアス電圧である。さらに、高電圧ＶＨは、低濃度ｎ型領域１２と障壁領域１４のｐｎ接合に対する逆バイアス電圧でもある。高電圧ＶＨが印加されると、障壁領域１４は、その全体が実質的に空乏化される。換言すると、障壁領域１４の濃度及び厚みは、高電圧ＶＨが印加されたときに実質的に空乏化されるように設定されている。
【００２１】
図１（Ｂ）および（Ｃ）に、高電圧ＶＨを印加した場合の、受光素子１の深さ方向（Ｚ軸方向）の電位勾配を示す。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線における電位勾配である。すなわち、高濃度ｐ型領域１６が形成されている領域の電位勾配を示している。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線における電位勾配である。すなわち、キャリア注入領域１５と障壁領域１４とアバランシェ領域１３が形成されている領域の電位勾配を示している。図１（Ｂ）および（Ｃ）の深さ位置は、隣接する図１（Ａ）の断面図と対応している。図１（Ｂ）および（Ｃ）において、横軸は電位を示している。また縦軸は、ショットキー電極１７の下面を基準とした場合の、カソード電極１０までの深さ位置を示している。
【００２２】
図１（Ｂ）に示すように、高濃度ｐ型領域１６が形成されている領域では、高濃度ｐ型領域１６の下端部の位置Ｐ１が、ショットキー電極１７と同電位となる。このため、高濃度ｐ型領域１６の電位の影響により、キャリア注入領域１５の電界が緩和され（領域Ｒ２）、キャリア注入領域１５とショットキー電極１７のショットキー接合に高電界が印加されない。
【００２３】
アバランシェ領域１３の先端部１３ａと高濃度ｐ型領域１６との距離Ｄ１は、高濃度ｎ型領域１１と高濃度ｐ型領域１６とのＴ１よりも近い。また、アバランシェ領域１３は高濃度なｎ型領域であるため、低濃度ｎ型領域１２よりも空乏層が伸びにくい。そのため、図１（Ｃ）に示すように、アバランシェ領域１３の先端部１３ａ近傍に高電界領域ＨＦを形成することができる。
【００２４】
（効果）
受光素子１の窓部１８ａからアイセーフ帯光（例：１５５０ｎｍ、エネルギー：０．８ｅＶ）が入射され、光がショットキー電極１７で自由電子吸収されると、キャリア注入領域１５に電子が注入される。この注入された電子は、アバランシェ領域１３の先端部１３ａ近傍の高電界領域ＨＦで加速する。このように、受光素子１は、高電界領域ＨＦでアバランシェ増幅を起こすことができるため、微小光に対する感度が高いという特徴を有することができる。
【００２５】
さらに、受光素子１は、電極間方向（Ｚ軸方向）においてキャリア注入領域１５と低濃度ｎ型領域１２を隔てるように障壁領域１４が設けられている。このため、キャリア注入領域１５とショットキー電極１７のショットキー接合面におけるリーク電流を抑えることができる。換言すると、リーク電流が抑えられるので、キャリア注入領域１５とショットキー電極１７のショットキー接合面の面積、すなわち、受光面積を広くすることができる。この点でも、受光素子１は、微小光に対する感度が高いという特徴を有することができる。
【００２６】
自律走行車やＡＤＡＳ（Advanced driver-assistance systems）システムでは、周辺環境認識のために、赤外線カメラやＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）システムを用いる。これらのシステムでは、安全上、アイセーフ帯光（１３００ｎｍ〜１６００ｎｍ光）を用いることが好ましい。しかしアイセーフ帯光は、Ｓｉのバンドギャップエネルギーよりも低いエネルギーの光であるため、Ｓｉ以外の基板等を用いて受光素子を作成する必要があった。この場合、受光素子はＧｅ基板等を用いて作成し、信号処理回路はＳｉ基板を用いて作成することになる。受光システムに複数チップを搭載する必要があるため、コスト増に繋がる。受光素子１は、アバランシェ増幅機能を有するため、Ｓｉ基板を用いてアイセーフ帯光を検出可能になる。受光素子と信号処理回路を、Ｓｉ基板にモノリシックに集積化することができる。受光システムの製造コストを削減することが可能となる。
【００２７】
なお、図５に示すように、アバランシェ領域１３は、高濃度ｎ型領域１１から隔てられていてもよい。この場合も、アバランシェ領域１３の先端部１３ａ近傍に高電界領域を形成することができる。上記と同様の作用効果を有することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図６（Ａ）に、受光素子１００の上面図を示す。図６（Ｂ）に、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図を示す。受光素子１００は、シリコン基板を用いて作成されたデバイスである。受光素子１００は、カソード電極１１０、高濃度ｎ型領域１１１、低濃度ｎ型領域１１２、アバランシェ領域１１３、障壁領域１１４、キャリア注入領域１１５、高濃度ｐ型領域１１６、ショットキー電極１１７及びアノード電極１１８を備えている。なお、低濃度ｎ型領域１１２が第１導電型半導体領域の一例であり、高濃度ｐ型領域１１６が第２導電型半導体領域の一例である。
【００２９】
第２実施形態の受光素子１００は、シリコン基板の上面にカソード電極１１０とショットキー電極１１７とアノード電極１１８が配置されている。受光素子１００では、キャリア注入領域１１５と障壁領域１１４と低濃度ｎ型領域１１２と高濃度ｎ型領域１１１がショットキー電極１１７からカソード電極１１０に向かう方向（Ｘ軸方向）に沿ってこの順で並んでおり、光電流がこれらの領域を横方向に流れる。このように、受光素子１００は、横型デバイスである。
【００３０】
カソード電極１１０は、アルミニウム（Ａｌ）である。カソード電極１１０は、シリコン基板の上面の一部に配置されており、高濃度ｎ型領域１１１の上面の一部を被覆しており、高濃度ｎ型領域１１１にオーミック接触している。高濃度ｎ型領域１１１は、シリコン基板の表層部の一部に設けられており、シリコン基板の上面に露出している。高濃度ｎ型領域１１１は、低濃度ｎ型領域１１２の上面の一部に設けられている。一例ではあるが、高濃度ｎ型領域１１１は、ｎ型不純物としてリンまたはヒ素を含んでおり、その濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である。
【００３１】
低濃度ｎ型領域１１２は、ｎ型不純物を低濃度に含む領域であり、他の半導体領域を形成した後のシリコン基板の残部である。一例ではあるが、低濃度ｎ型領域１１２は、ｎ型不純物としてリンを含んでおり、その濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である。
【００３２】
アバランシェ領域１１３は、ｎ型不純物を高濃度に含む領域であり、その濃度は低濃度ｎ型領域１１２の濃度よりも高い。アバランシェ領域１１３は、シリコン基板の表層部の一部に設けられており、シリコン基板の上面に露出している。アバランシェ領域１１３の一端１１３ｂは、高濃度ｎ型領域１１１に接している。アバランシェ領域１１３は、ショットキー電極１１７に向けて高濃度ｎ型領域１１１からＸ軸の負方向（図１（Ａ）の左方向）へ突出しており、その先端部１１３ａが障壁領域１１４に接触している。このように、アバランシェ領域１１３は、カソード電極１１０とショットキー電極１１７を結ぶ電極間方向（Ｘ軸方向）において、高濃度ｎ型領域１１１と障壁領域１１４の間に配置されている。アバランシェ領域１１３の先端部１１３ａは、低濃度ｎ型領域１１２によって高濃度ｐ型領域１１６から隔てられている。一例ではあるが、アバランシェ領域１１３は、ｎ型不純物としてリンまたはヒ素を含んでおり、その濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である。
【００３３】
高濃度ｐ型領域１１６は、シリコン基板の表層部に設けられており、シリコン基板の上面に露出している。高濃度ｐ型領域１１６は、窪み領域１１６ａを備えている。窪み領域１１６ａは、シリコン基板の厚み方向（Ｚ軸方向）からみたときに、高濃度ｎ型領域１１１と対向する辺１１６ｂの一部が、高濃度ｎ型領域１１１から遠ざかる方向（Ｘ軸負方向）へ窪んでいる領域である。高濃度ｐ型領域１１６は、窪み領域１１６ａを備えることで、「コの字」型の形状を備えている（図１（Ａ）参照）。窪み領域１１６ａ内には、障壁領域１１４とキャリア注入領域１１５が配置されている。一例ではあるが、高濃度ｐ型領域１１６は、ｐ型不純物としてボロンを含んでおり、その濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である。
【００３４】
図１（Ａ）に示すように、高濃度ｐ型領域１１６の窪み領域１１６ａとアバランシェ領域１１３とを結んだ第１の仮想線であるＣ−Ｃ線に対して略垂直な方向である、幅方向（Ｙ方向）を規定する。この幅方向において、アバランシェ領域１１３の幅Ｗ１は、窪み領域１１６ａの開口部の幅Ｗ２よりも小さい。
【００３５】
障壁領域１１４は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、高濃度ｐ型領域１１６の窪み領域１１６ａのカソード電極１１０側の端部に配置されるとともに、高濃度ｐ型領域１１６の窪み領域１１６ａの底部にも配置されている。障壁領域１１４のうちの窪み領域１１６ａのカソード電極１１０側の端部に配置されている部分は、電極間方向（Ｘ軸方向）において低濃度ｎ型領域１１２とキャリア注入領域１１５を隔てている。障壁領域１１４は、高濃度ｐ型領域１１６に接している。障壁領域１１４は、ｐ型不純物を低濃度に含む領域である。障壁領域１１４の不純物濃度は、高濃度ｐ型領域１１６の不純物濃度よりも薄い。一例ではあるが、障壁領域１１４は、ｐ型不純物としてボロンを含んでおり、その濃度が１×１０１3ｃｍ−3〜１×１０１5ｃｍ−3の範囲である。
【００３６】
キャリア注入領域１１５は、高濃度ｐ型領域１１６と障壁領域１１４で囲まれた受光領域内に配置されている。キャリア注入領域１１５は、その側面が高濃度ｐ型領域１１６及び障壁領域１１４に接しており、その上面がショットキー電極１１７にショットキー接触している。キャリア注入領域１１５は、ｎ型不純物を低濃度に含む領域である。一例ではあるが、キャリア注入領域１１５は、ｎ型不純物としてリンを含んでおり、その濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である。
【００３７】
ショットキー電極１１７は、キャリア注入領域１１５と高濃度ｐ型領域１１６の表面に配置されている。窪み領域１１６ａには、キャリア注入領域１１５と高濃度ｐ型領域１１６との境界ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３が存在する。図６（Ａ）では、境界ＢＬ１〜ＢＬ３のうち、ショットキー電極１１７で隠されている部分を点線で示している。そしてショットキー電極１１７は、境界ＢＬ１〜ＢＬ３の一部をまたぐように配置されている。これにより、ショットキー電極１１７は、キャリア注入領域１１５と高濃度ｐ型領域１１６の両方に接触する。キャリア注入領域１１５は、ショットキー電極１１７にショットキー接触している。
【００３８】
ショットキー電極１１７は、金（Ａｕ）である。ショットキー電極１１７の厚さは、光がショットキー電極１１７で自由電子吸収された際に、電子がキャリア注入領域１１５側に放出される程度に薄膜であればよい。具体的には、ショットキー電極１１７の厚さは、２００ｎｍ以下である。より好適には、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３９】
アノード電極１１８は、高濃度ｐ型領域１１６の表面の一部に配置されている。アノード電極１１８は、窪み領域１１６ａが形成されている領域には配置されない。アノード電極１１８は、アルミニウム（Ａｌ）である。アノード電極１１８とショットキー電極１１７は接続されており、両者は同電位である。アノード電極１１８は、高濃度ｐ型領域１１６とオーミック接触している。
【００４０】
（受光素子１００の動作）
カソード電極１１０に、アノード電極１１８に対して正の高電圧ＶＨを印加する。これにより、高電圧ＶＨが、ショットキー電極１１７とキャリア注入領域１１５との間に印加される。高電圧ＶＨは、ショットキー電極１１７とキャリア注入領域１１５によって形成されるショットキー接合に対する逆バイアス電圧である。さらに、高電圧ＶＨは、低濃度ｎ型領域１１２と障壁領域１１４のｐｎ接合に対する逆バイアス電圧でもある。高電圧ＶＨが印加されると、障壁領域１１４は、その全体が実質的に空乏化される。換言すると、障壁領域１１４の濃度及び幅は、高電圧ＶＨが印加されたときに実質的に空乏化されるように設定されている。
【００４１】
図６（Ｃ）および（Ｄ）に、高電圧ＶＨを印加した場合の、受光素子１００の横方向（Ｘ軸正方向）の電位勾配を示す。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＣ−Ｃ線における電位勾配である。すなわち、窪み領域１１６ａおよびアバランシェ領域１１３が形成されている領域の電位勾配を示している。図６（Ｄ）は、図６（Ａ）のＤ−Ｄ線における電位勾配である。すなわち、窪み領域１１６ａおよびアバランシェ領域１１３が形成されていない領域の電位勾配を示している。図６（Ｃ）および（Ｄ）において、縦軸は電位を示している。また横軸は、Ｘ方向位置を示している。６１（Ｃ）および（Ｄ）のＸ方向位置は、図６（Ａ）の上面図および図６（Ｂ）の断面図と対応している。
【００４２】
図６（Ｄ）に示すように、高濃度ｐ型領域１１６の右端部の位置Ｐ１がアノード電極１１８と同電位となる。このため、図６（Ｃ）に示すように、高濃度ｐ型領域１１６の電位の影響により、キャリア注入領域１１５の電界が緩和され（領域Ｒ１２）、キャリア注入領域１１５とショットキー電極１１７のショットキー接合に高電界が印加されない。
【００４３】
アバランシェ領域１１３の先端部１１３ａは、窪み領域１１６ａに対向する位置に配置されている。アバランシェ領域１１３は高濃度なｎ型領域であるため、低濃度ｎ型領域１１２よりも空乏層が伸びにくい。そのため、図６（Ｃ）に示すように、アバランシェ領域１１３の先端部１１３ａ近傍に高電界領域ＨＦを形成することができる。
【００４４】
（効果）
受光素子１００のショットキー電極１１７にアイセーフ帯光（例：１５５０ｎｍ、エネルギー：０．８ｅＶ）が入射し、光がショットキー電極１１７で自由電子吸収されると、窪み領域１１６ａ内のキャリア注入領域１１５に電子が注入される。この注入された電子は、アバランシェ領域１１３の先端部１１３ａ近傍の高電界領域ＨＦで加速することができる。受光素子１００は、高電界領域ＨＦでアバランシェ増幅を起こすことができるため、微小光に対する感度が高いという特徴を有することができる。
【００４５】
さらに、受光素子１００は、電極間方向（Ｚ軸方向）においてキャリア注入領域１１５と低濃度ｎ型領域１１２を隔てるように障壁領域１１４が設けられている。このため、キャリア注入領域１１５とショットキー電極１１７のショットキー接合面におけるリーク電流を抑えることができる。換言すると、リーク電流が抑えられるので、キャリア注入領域１１５とショットキー電極１１７のショットキー接合面の面積、すなわち、受光面積を広くすることができる。この点でも、受光素子１００は、微小光に対する感度が高いという特徴を有することができる。
【００４６】
なお、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、受光素子１００は、ＳＯＩ基板（Silicon on Insulator)を用いて構成することもできる。ＳＯＩ基板３０は、シリコン基板３１に積層された酸化シリコン層３２を備えている。受光素子１００を構成する各種の半導体領域が、酸化シリコン層３２上のシリコン層を加工することで形成されている。ＳＯＩ基板３０を用いて構成された受光素子１００は、図６に示す構成のうちの低濃度ｎ型領域１１２を有していない点が特徴である。この場合も、アバランシェ領域１１３の先端部１１３ａ近傍に高電界領域を形成することができる。上記と同様の作用効果を有することができる。
【００４７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【００４８】
（変形例）
本明細書では、ｎ型領域に対してＡｕを用いてショットキー電極を形成する例について説明したが、この形態に限られず、他の金属を用いてもよい。例えば、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｔｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅなどの金属を用いることができる。
【００４９】
本明細書で説明した受光素子の構造において、ｐ型とｎ型を入れ替えてもよい。この場合、カソード電極１０，１１０には負の高電圧を印加すればよい。ｐ型領域に対してショットキー電極を形成する金属としては、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｔｉ等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５０】
１        ：受光素子
１０      ：カソード電極
１１      ：高濃度ｎ型領域
１２      ：低濃度ｎ型領域
１３      ：アバランシェ領域
１４      ：障壁領域
１５      ：キャリア注入領域
１６      ：高濃度ｐ型領域
１７      ：ショットキー電極
１８      ：アノード電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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