(57)【要約】【課題】光を最大に効率良く利用し、高いＳ／Ｎ比を有した超小型で、赤外線領域の赤外線を電気信号に変換するのに適した光センサを提供すること。【解決手段】光センサは、半導体基板１の表面に設けられた少なくとも第１の半導体層２と、この第１の半導体層２上に設けられた光吸収層となる第３の半導体層４と、この第３の半導体層４上に設けられた第２の半導体層３と、半導体基板１の裏面に設けられた第１の保護層５と、この第１の保護層を被覆して設けられた第２の保護層６から構成されている。半導体基板の裏面から入射した光量に応じた信号を電圧又は電流で出力し、半導体基板の裏面に２層からなる保護層を設けることで、半導体基板の裏面の変色を防ぎ、また、光の利用効率を向上することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に半導体層が堆積されたフォトダイオードを用いて、前記半導体基板の裏面から入射した光量に応じた信号を電圧又は電流で出力する光センサにおいて、
前記半導体基板の裏面に形成された第１の保護層と、
前記第１の保護層を被覆する第２の保護層とを備え、
前記第１の保護層の屈折率が前記半導体基板の屈折率と異なり、前記第２の保護層の屈折率が前記第１の保護層の屈折率よりも低いことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記第１の保護層が、酸化チタン、酸化窒化チタンのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記第２の保護層が、酸化チタン、酸化窒化チタン、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記第１の保護層の厚みが、５ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光センサ。
【請求項５】
前記第２の保護層の厚みが、５ｎｍ以上２５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光センサ。
【請求項６】
前記フォトダイオードが、少なくとも第１の半導体層及び第２の半導体層を含んで積層された形態のＰＮ型のフォトダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光センサ。
【請求項７】
前記フォトダイオードが、少なくとも第１の半導体層と、第２の半導体層及び第３の半導体層を含んで積層された形態のＰＩＮ型のフォトダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光センサ。
【請求項８】
化合物半導体前記第１の半導体層と、前記第２の半導体層と、前記第３の半導体層とが化合物半導体であり、該化合物半導体が、インジウム，ガリウム，アルミニウム，アンチモン，砒素のいずれかを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の光センサ。
【請求項９】
前記光センサは、波長域が１μｍ以上１５μｍ以下の光を検出することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項１０】
前記半導体基板が、２００μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項１１】
前記光センサは、波長域が３μｍ以上５μｍ以下の光を検出し、前記半導体基板の裏面から入射する光量が前記光センサ周囲のガス濃度に応じて変化することを利用し、ガス濃度に応じた信号を電圧又は電流で出力することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の裏面から入射された光を電気信号に変換する光センサに関し、より詳細には、赤外線領域の赤外線量を電気信号に変換するのに適した光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への関心が高まり、省エネルギー化・環境センサの観点から、赤外線センサが注目されている。人体が発する赤外線を検知する人感センサは、照明やエアコンなどに搭載され、省エネルギー化に貢献している。さらに、赤外線領域には、二酸化炭素、一酸化炭素、窒化酸素、ホルムアルデヒドなどの強い吸収があるため、赤外線領域に感度波長をもつ赤外線センサは、ガスセンサなど環境センサとしても大きく期待されている。
【０００３】
赤外線センサは動作原理から、熱型センサと量子型センサに分類される。熱型センサは一般に広く用いられているが、周波数応答性が低く、また静態検知が出来ないなどの課題がある。一方、量子型センサは、周波数応答性が高く静態検知も可能であるといった特長があり、人感センサやガスセンサ用途として有望である。
【０００４】
量子型センサとしては、半導体材料を用いたＰＮ又はＰＩＮ接合構造の赤外線センサが挙げられる。これらの赤外線センサでは、被検出光の束密度に応じて電子とホールが生成されて電気信号となるが、信号強度は微弱な場合が多い。そのため、高感度化によって信号強度を高めることはもとより、発生する微弱な信号を確実に増幅して使用するために、Ｓ／Ｎ比を高めることが望まれる。
【０００５】
赤外線センサのＳ／Ｎ比を高めるためには、入射した光利用効率を向上させることや、発生した電子を効率よく取り出すなどするためにリーク電流を抑制することが有効である。また、アバランシェ増幅現象に代表される増幅機構を利用して高感度化を図ることも試みられている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、このアバランシェ増幅現象を利用した、高温下で使用する紫外線センサが提案されている。アバランシェ増幅現象を利用するためには、高電界をセンサに与える必要があり、この技術では、メサ側壁と基板とが成す角度を適切な範囲にすることによって高電界を与えた時の漏洩電流を抑制しているが、半導体層の表面側から光を入射しているため、狭い範囲から光を入射する必要があり、光の利用効率は高くならず、高感度化は十分には達成されないという問題があった。
【０００７】
このような課題に対し、例えば、特許文献２では、光の利用効率を向上させるために、光入射窓となる基板の裏面を粗面とし、光の前方散乱により光利用効率の向上を達成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１９３６１５号公報
【特許文献２】特開２００８−０６６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、基板の裏面から光を入射する場合、湿度や温度など使用環境によって基板の裏面が変色し、入射する光量が減って、赤外線センサの出力が低下するなどの問題があった。基板の裏面を粗面にすることで、光が大気から赤外線センサに入射する際に生じる光反射損失は低減できるが、微弱信号を増幅する赤外線センサでは、Ｓ／Ｎ比の更なる向上が必要である。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光を最大に効率よく利用して高Ｓ／Ｎ比を実現し、高Ｓ／Ｎ比の特長を活かした超小型の光センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、半導体基板と、該半導体基板の表面に形成された半導体層とを有するフォトダイオードを用いて、前記半導体基板の裏面から入射した光量に応じた信号を電圧又は電流で出力する光センサにおいて、前記半導体基板の裏面に形成された第１の保護層と、前記第１の保護層を被覆して形成された第２の保護層を備え、前記第１の保護層の屈折率が前記半導体基板の屈折率と異なり、前記第２の保護層が前記第１の保護層よりも屈折率が低いことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の保護層が、酸化チタン、酸化窒化チタンのいずれかであることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第２の保護層が、酸化チタン、酸化窒化チタン、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムのいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の保護層の厚みが、５ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第２の保護層の厚みが、５ｎｍ以上２５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記フォトダイオードが、半導体基板と、少なくとも第１の半導体層及び第２の半導体層を含んで積層された形態のＰＮ型のフォトダイオードであることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記フォトダイオードが、半導体基板と、少なくとも第１の半導体層と、第２の半導体層及び第３の半導体層を含んで積層された形態のＰＩＮ型のフォトダイオードであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記第１の半導体層と、第２の半導体層と、第３の半導体層とが化合物半導体であり、該化合物半導体が、インジウム、ガリウム、アルミニウム、アンチモン、砒素のいずれかを含むことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光センサが、波長域が１μｍ以上１５μｍ以下の光を検出することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記半導体基板が、２００μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光センサが、波長域が３μｍ以上５μｍ以下の光を検出し、前記半導体基板の裏面から入射する光量が前記光センサ周囲のガス濃度に応じて変化することを利用し、ガス濃度に応じた信号を電圧又は電流で出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体基板の表面に少なくとも第１の半導体層と、第２の半導体層を含む積層されたＰＮフォトダイオード、さらに第３の半導体層を含んだＰＩＮフォトダイオードのいずれかの構造で、半導体基板の裏面から入射した光量に応じた信号を電圧又は電流で出力する光センサにおいて、半導体基板の裏面に第１の保護層と第２の保護層を設けることで、半導体基板裏面の変色を防ぎ、また、光の利用効率を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る光センサの実施形態１を説明するための構成断面図である。
【図２】本発明に係る光センサの実施形態２を説明するための構成断面図である。
【図３】本発明に係る光センサの実施形態３を説明するための構成断面図である。
【図４】本発明に係る光センサの具体的な実施例１を説明するための構成断面図である。
【図５】本発明に係る酸化チタン薄膜の厚みと光電流比を示す図である。
【図６】本発明に係る光センサの具体的な実施例２を説明するための構成断面図である。
【図７】本発明に係る酸化シリコン薄膜の厚みと光電流比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
本発明の光センサは、光を吸収して電気信号に変換するセンサであり、多層の半導体層からなるＰＮ又はＰＩＮ接合からなるフォトダイオードを利用し、半導体基板の半導体層が形成されていない裏面から入射した光を半導体層で吸収し、電気信号を出力するものである。
【００２６】
図１は、本発明に係る光センサの実施形態１を説明するための構成断面図である。本実施形態１における光センサは、半導体基板１の表面に設けられた第１の半導体層２と、この第１の半導体層２上に設けられた第３の半導体層４と、この第３の半導体層４上に設けられた第２の半導体層３と、半導体基板１の裏面に設けられた第１の保護層５と、この第１の保護層５を被覆して設けられた第２の保護層６から構成されている。
【００２７】
つまり、図１に示された光センサは、ＰＩＮ構造のフォトダイオードを示しており、半導体基板１上に、第１の半導体層としてｎ型の半導体層２と、第２の半導体層としてｐ型半導体層３と、ｎ型の半導体層２とｐ型半導体層３との間に光吸収層であるi型半導体層４を積層した形態のＰＩＮ構造例である。
【００２８】
さらに、ｎ型の半導体層２が積層されていない半導体基板１の裏面には、第１の保護層５と、第２の保護層６が積層された構造である。そして、本発明の光センサにおいて光は、半導体基板１の裏面から入射される。
【００２９】
入射された光は、光吸収層であるi型半導体層４で吸収され、電子とホールが生成し、電荷分離されることで光センサの出力となる。図１には半導体基板上にｎ→ｉ→ｐの順に積層した層構造を示したが、ｐ→ｉ→ｎの順に積層した構造でもよい。
【００３０】
保護層の構造については後述する。
【００３１】
図２は、本発明に係る光センサの実施形態２を説明するための構成断面図である。この図２に示すように、光吸収層であるi型半導体層４とｐ型半導体層３の間に、生成したキャリアのリークを防ぐためのバリア層７が挿入された構造でもよく、少なくともn型半導体層２、ｐ型半導体層３及びi型半導体層４を含んで積層された形態であればよい。
【００３２】
図３は、本発明に係る光センサの実施形態３を説明するための構成断面図である。本実施形態３における光センサは、半導体基板１の表面に設けられた第１の半導体層２と、この第１の半導体層２上に設けられた第２の半導体層３と、半導体基板１の裏面に設けられた第１の保護層５と、第２の保護層６とから構成されている。
【００３３】
つまり、図１及び図２では、ＰＩＮフォトダイオードの構造を示したが、図３においては、ＰＮ構造のフォトダイオードを示しており、半導体基板１上に第１の半導体層としてｎ型半導体層２と、第２の半導体層としてｐ型半導体層３を含む半導体層が積層された構造を有し、さらに、半導体基板１の裏面に第１の保護層５と第２の保護層６が積層された構造である。
【００３４】
半導体基板１の裏面より光が入射されると、ｎ型半導体層２とｐ型半導体層３との接合によって生じる空乏層で光が吸収され、電子とホールが生成・電荷分離されることで光センサ出力となる。図３には、半導体基板上にｎ→ｐの順に積層した層構造を示したが、ｐ→ｎの順に積層した構造でもよい。
【００３５】
本発明の光センサは、半導体基板の裏面より入射された光を吸収して電気信号に変換することで、光量を定量できる光センサである。本発明の半導体基板としては、赤外線のエネルギーよりバンドギャップが大きいことが好ましく、１ｅＶ以上が好ましい。このような半導体基板としては、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板などが挙げられる。
【００３６】
次に、半導体基板の裏面に設けられた保護層の効果について説明する。
【００３７】
光が空気中から裏面側より光センサに入射する際、保護層が半導体基板の裏面に設けられていない場合、空気と半導体基板との屈折率の違いにより入射光の一部が反射して、光の利用効率は低下する。一方、保護層を半導体基板の裏面に設けた場合、空気中から裏面側より光センサに入射する際、空気と保護層との界面での光の損失と、保護層内での光吸収が光損失となる。この保護層に、入射光の波長域において小さな吸収係数を持ち、且つ、空気と保護層との界面での光の損失を低減する屈折率を持つ材料を選択することで、光の利用効率は、保護層を設けない場合よりも向上する。
【００３８】
また、本発明の光センサのように、半導体基板の裏面から被検出光を入射する場合、温度や湿度などの使用環境により、半導体基板の変色が問題となる。例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）を半導体基板として用いた場合、高温や高湿の条件では半導体基板の裏面が変色する。この場合、光の入射光量が変化し、センサの出力低下の要因となる。一方、半導体基板の裏面に保護層が設置されている場合、高温や高湿などの使用環境による基板の変色が生じず、センサの出力の安定性は向上する。
【００３９】
本発明の光センサの保護層は、第１の保護層と第２の保護層の２層からなる。半導体基板の裏面に直接形成される第１の保護層としては、入射光の波長域での吸収係数が小さく、半導体基板と異なる屈折率の材料が好ましい。第１の保護層と半導体基板の屈折率が同じ場合、光損失の低減に寄与するのは第２の保護層のみとなる。光の利用効率をより向上させるためには、第１の保護層として半導体基板と異なる屈折率の材料を用い、この第１の保護層を被覆して第２の保護層を設けることが、効果的である。
【００４０】
さらに第１の保護層には、高温や高湿などの使用環境における基板の変色を防止する働きが求められる。このような保護層の材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化窒化チタン（ＴｉＯxＮy）などがあげられる。酸化チタン（ＴｉＯ2や、酸化窒化チタン（ＴｉＯxＮy）は、結晶構造や組成比によって屈折率が変化するが、その屈折率は１．５以上３．０以下である。第１の保護層としてはこれらの材料に制限されること無く、使用する半導体基板の屈折率に合わせて適宜、選択される。また、このような保護層は電子線蒸着法、スパッタリング法、プラズマ化学気相成長法など一般によく用いられる方法で作製できる。
【００４１】
また、第１の保護層を被覆して形成される第２の保護層としては、入射光の波長域での吸収係数が小さく、第１の保護層よりも屈折率の低い材料が好ましい。第１の保護層よりも大きな屈折率を持つ第２の保護層を設けた場合、第２の保護層を設けない場合に比べて、光の損失が大きくなる。光が空気中から光センサに入射する際、空気と保護層の界面での光損失は、第１の保護層の屈折率と、第２の保護層の屈折率との組み合わせによって決まる。つまり、光損失の低減に効果的な第２の保護層の屈折率は、第１の保護層の屈折率によって限定される。第１の保護層として、酸化チタン（ＴｉＯ2）や酸化窒化チタン（ＴｉＯxＮy）を用いる場合、第２の保護層の屈折率は、好ましくは１．１以上３．０以下、より好ましくは１．１以上１．８以下である。例えば、第１及び第２の保護層の屈折率の組み合わせとして、第１の保護層の屈折率が２．０の場合、第２の保護層の屈折率が１．１、また、第１の保護層の屈折率が３．０の場合、第１の保護層の屈折率が１．７とすることで、より光損失が低減され、光の利用効率は向上する。このように、第１の保護層の屈折率が大きくなると、組み合わせる第２の保護層の屈折率も大きくなる。
【００４２】
さらに第２の保護層には、第１の保護層との密着性が求められる。このような保護層の材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化窒化チタン（ＴｉＯxＮy）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮx）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などがあげられる。なお、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化窒化チタン（ＴｉＯxＮy）等のように、結晶構造や組成比によって屈折率が変化する材料を用いる場合、例えば、第１層：ＴｉＯ2  屈折率２．７  第２層：ＴｉＯ2  屈折率２．０などの構造を用いることができる。第２の保護層としてはこれらの材料に制限されること無く、使用する第１の保護層の屈折率に合わせて適宜、選択される。例えば、第１の保護層として、酸化チタン（ＴｉＯ2、屈折率２．６）を用い、第２の保護層として、酸化シリコン（ＳｉＯ2、屈折率１．４５）を用いることが好ましい。この組み合わせを用いることにより、より光の利用効率を向上させることができる。また、このような保護層は電子線蒸着法、スパッタリング法、プラズマ化学気相成長法など一般によく用いられる方法で作製できる。
【００４３】
本発明の光センサでは、第１の保護層の厚みは、５ｎｍ以上１５００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、より好ましくは、１００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。また、第２の保護層の厚みは、５ｎｍ以上２５００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以上１７００ｎｍ以下、より好ましくは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【００４４】
本発明における光センサは、第１の半導体層、第２の半導体層及び光吸収層が化合物半導体であり、少なくともインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、砒素（Ａｓ）のいずれかを含む構造であればよく、これらによって構成される化合物半導体に適宜ｎ型ドーパント、あるいはｐ型ドーパントをドーピングすることによってｎ型及びｐ型の化合物半導体層を形成する。ｎ型ドーパントとしては、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｓｅなどが挙げられる。またｐ型ドーパントとしては、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｍｇなどが挙げられる。
【００４５】
本発明の光センサは、波長域が１μｍ以上１５μｍ以下の光を検出する。光吸収層の材料としては、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、インジウム砒素アンチモン（ＩｎＡｓＳｂ）、インジウムガリウムアンチモン（ＩｎＧａＳｂ）などがあるが、これらに限らず、少なくともインジウム、ガリウム、アルミニウム、アンチモン、砒素のいずれかを含む化合物半導体層であればよい。半導体基板としてガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板やシリコン（Ｓi）基板などを用いた場合、これら半導体基板のバンドギャップよりも大きなエネルギーの光、すなわち１μｍより短波長の光は、入射しても半導体基板によって吸収されるため、１μｍよりも短い波長の光の検出には適さない。また、インジウム、ガリウム、アルミニウム、アンチモン、砒素のいずれかを含む化合物半導体は、１５μｍの赤外線のエネルギーより大きなバンドギャップを持ち、バンドギャップよりも小さなエネルギーの赤外線がセンサに入射しても電子とホールが生成されないため、本発明の光センサは１５μｍ以上の赤外線に対しては感度を持たない。
【００４６】
本発明の光センサは、３μｍ以上５μｍ以下の波長域において、前記半導体基板の裏面から入射する光量が前記光センサ周囲のガス濃度に応じて変化することを利用し、ガス濃度に応じた信号を電圧又は電流で出力することで、ガス濃度の検知に応用できる。これは、二酸化炭素、一酸化炭素、窒化酸素などのガスが、３μｍ以上５μｍ以下の波長域に赤外線の吸収帯を持つ特性を利用したものである。例えば、二酸化炭素は、４．２μｍの赤外線に対して著しい吸収特性を示す。この３μｍ以上５μｍ以下の波長域において、入射光の利用効率を向上させるために、第１の保護層として酸化チタン（ＴｉＯ2）を用い、第２の保護層として酸化シリコン（ＳｉＯ2）を用いる場合、第１の保護層の厚みは、２５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下、第２の保護層の厚みは、４５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【実施例１】
【００４７】
本実施例１では、半導体基板としてガリウム砒素基板を用い、半導体層としてインジウムアンチモン薄膜、第１の保護層として酸化チタン薄膜を用いた。また、第２の保護層は設けなかった。
【００４８】
図４は、本発明に係る光センサの具体的な実施例１を説明するための構成断面図であり、本実施例１で用いたＰＩＮ構造の光センサの層構造例を示すが、本発明の光センサの層構造はこれらに限定されるものではない。ガリウム砒素基板８上に、第１の半導体層として、ｎ型のインジウムアンチモン層９を成膜し、第２の半導体層としてｐ型のインジウムアンチモン層１０、第３の半導体層として光吸収層であるｉ型のインジウムアンチモン層１１を含む構造である。また、ｉ型のインジウムアンチモン層１１とｐ型のインジウムアンチモン層１０の間には、バリア層としてｐ型のインジウムアルミニウムアンチモン層１２を挿入した構造である。ガリウム砒素基板８の裏面には、第１の保護層として酸化チタン層１３を成膜した構造である。
【００４９】
本発明における半導体層は、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法により成膜した。また、第１の保護層である酸化チタン層１３は、スパッタリング法により成膜した。酸化チタンの厚みを０ｎｍ、１５０ｎｍ、３００ｎｍ、４２０ｎｍ、５２０ｎｍ、８００ｎｍと変えて成膜した。
【００５０】
上述した光センサを素子化し、光センサの出力を評価した。光センサのＳ／Ｎ比の評価は、光電流を比較することで行った。
【００５１】
図５は、本発明に係る酸化チタン薄膜の厚みと光電流比を示す図である。第１の保護層である酸化チタン層１３が設けられていない場合の光電流を１とした場合の光電流比を示している。図５からわかるように、第１の保護層である酸化チタン層を設けることで光電流比は向上し、光センサのＳ／Ｎ比が向上する。これは、光利用効率の向上によるものである。
【００５２】
さらに、これらの素子を用いて、加速試験(温度１２１℃、湿度９９％、気圧２気圧)を１０時間行った結果、酸化チタン薄膜のない場合は、半導体基板裏面が変色し、光電流が約３０％低下した。一方、酸化チタン薄膜を設けた素子では、半導体基板裏面の変色もなく、光電流の低下もなかった。
【実施例２】
【００５３】
本実施例２では、図４の層構造の光センサと同様のＰＩＮ構造に、第１の保護層として酸化チタン薄膜を、第２の保護層として酸化シリコン薄膜を設けた。
【００５４】
図６は、本発明に係る光センサの具体的な実施例２を説明するための構成断面図であり、本実施例２で用いたＰＩＮ構造の光センサの層構造例を示すが、本発明の光センサの層構造はこれらに限定されるものではない。この図６に示すように、ガリウム砒素基板８の裏面に、第１の保護層として酸化チタン層１３を、第２の保護層として酸化シリコン層１４を設けた構造である。
【００５５】
本発明における半導体層は、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法により成膜した。また、第１の保護層である酸化チタン層１３及び第２の保護層である酸化シリコン層１４は、スパッタリング法により成膜した。酸化チタンの厚みを４２０ｎｍとし、酸化シリコンの厚みを０ｎｍ、４１０ｎｍ、７１０ｎｍ、１０１０ｎｍと変えて成膜した。
【００５６】
上述した光センサを素子化し、光センサの出力を評価した。光センサのＳ／Ｎ比の評価は、光電流を比較することで行った。
【００５７】
図７は、本発明に係る酸化シリコン薄膜の厚みと光電流比を示す図である。第２の保護層である酸化シリコン層１４が設けられていない場合の光電流を１とした場合の光電流比を示している。図７からわかるように、第１の保護層である酸化チタン層を被覆して、第２の保護層である酸化シリコン層を設けることで、光電流比が向上し、光センサのＳ／Ｎ比が向上する。これは、第２の保護層を設けることで、第１の保護層のみの場合と比べて、光の利用効率が向上することによる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の光センサは、赤外線を電気信号に変換するのに適した光センサに関し、光の利用効率が高く、高出力、高Ｓ／Ｎ比の光センサが実現できる光センサである。高感度、高いＳ／Ｎ比を持つため、小型化を達成でき、携帯電子機器等に応用できる。さらに感度波長域が赤外領域であり、二酸化炭素、一酸化炭素などのガスセンサとしても使用でき、環境センサを実現できる。
【符号の説明】
【００５９】
１  半導体基板
２  ｎ型半導体層（第１の半導体層）
３  ｐ型半導体層（第２の半導体層）
４  光吸収層
５  第１の保護層
６  第２の保護層
７  バリア層
８  ガリウム砒素基板
９  ｎ型のインジウムアンチモン層（第１の半導体層）
１０  ｐ型のインジウムアンチモン層（第２の半導体層）
１１  ｉ型のインジウムアンチモン層（光吸収層）
１２  ｐ型のインジウムアルミニウムアンチモン層（バリア層）
１３  酸化チタン層（第１の保護層）
１４  酸化シリコン層（第２の保護層）
【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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