(57)【要約】【課題】受光層の結晶性が高く、特性のばらつきが小さい半導体受光素子を提供する。【解決手段】半導体受光素子１は、基板２と、基板２上に順次積層された受光層３と、紫外線吸収層４とを備えている。受光層３は、受光した所定の波長を有する光を電気信号に変換して出力するためのものである。受光層３は、基板２側からｎ型半導体層６と、ｉ型半導体層７と、ｐ型半導体層８とが順次積層されている。ｎ型半導体層６、ｉ型半導体層７及びｐ型半導体層８は、それぞれ約０．１μｍ〜数μｍの厚みを有する（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層（０≦ｘ≦０．６）からなる。ｎ型半導体層６には、ｎ型の不純物であるＳｉ又はＳｅがドープされている。ｐ型半導体層８には、ｐ型の不純物であるＺｎがドープされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光して電気信号を出力可能な半導体受光素子において、
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層又はＺｎＳｅＴｅ系半導体層のうちから選択された少なくとも１種を有する受光層を備えたことを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記受光層の受光側には、紫外線を吸収可能な紫外線吸収層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記紫外線吸収層は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層、ＺｎＳｅ系半導体層又はＡｌＧａＡｓ系半導体層のうちから選択される少なくとも１種からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受光して電気信号を出力可能な半導体受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話の液晶モニターや液晶テレビのバックライトの輝度は、使用環境に応じて節電或いは目の保護のため自動的に調整できるように構成されている場合が多い。このように構成する場合、赤外線領域や紫外線領域の光を受光して電気信号を出力可能な半導体受光素子により周りの光を検出してバックライトの輝度を調整する技術が知られている。しかしながら、白熱灯や蛍光灯から照射される紫外線領域及び赤外線領域の光は人間の目では感じることができないので、前述した半導体受光素子では、実際に人間の目で感じる視感度に対応した電気信号を出力することができない。
【０００３】
ここで、波長領域によって受光感度が異なる２つの半導体受光素子と、これらの半導体受光素子の出力差をＩＣチップで演算させて可視光領域に擬似的に受光感度を持たせる技術も知られているが、ＩＣチップにより部品コストの増大や装置の巨大化といった問題が新たに生じていた。
【０００４】
そこで、近年、可視光領域の光のみを選択的に受光して電気信号を出力可能な半導体受光素子が要望されている。例えば、特許文献１には、ＩｎＧａＮ層からなる受光層を備えた半導体受光素子が開示されている。この半導体受光素子では、Ｉｎの比率を変化させることによって、約３６５ｎｍ〜約６３５ｎｍの波長を有する光を受光することができる。このように可視光を受光可能に構成することにより、人間が実際に感じる輝度に対応させた出力を可能な半導体受光素子を実現することができた。
【特許文献１】特開２００２−８３９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の半導体受光素子では、受光層を構成するＩｎＧａＮ層内のＩｎの比率を増やすことによって長波長側の光である可視光を受光可能に構成しているが、ＩｎＧａＮ内のＩｎの比率を増加させると、ＩｎＧａＮ層の結晶性が低下する。この結果、半導体受光素子の特性のばらつきが大きくなるといった課題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、受光層の結晶性が高く、特性のばらつきが小さい半導体受光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光を受光して電気信号を出力可能な半導体受光素子において、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層又はＺｎＳｅＴｅ系半導体層のうちから選択された少なくとも１種を有する受光層を備えたことを特徴とする半導体受光素子である。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記受光層の受光側には、紫外線を吸収可能な紫外線吸収層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、前記紫外線吸収層は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層、ＺｎＳｅ系半導体層又はＡｌＧａＡｓ系半導体層のうちから選択される少なくとも１種からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体受光素子である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による半導体受光素子では、可視光を受光可能なＧａＰ系半導体層又はＺｎＳｅＴｅ系半導体層を有する受光層を設けているので、人間の視感度に対応した出力を可能とするとともに、白熱灯や蛍光灯などの照明装置の違いによる出力の変化を抑制することができる。
【００１１】
ここで、受光層をＩｎＧａＮ層により構成した場合、Ｉｎの比率を大きくすることにより人間の視感度にある程度対応させることができるが、Ｉｎの比率を大きくするとＩｎＧａＮ層の結晶性が低くなり、特性の高い半導体受光素子を製造することが困難である。一方、本発明による半導体受光素子では、ＧａＰ系半導体層又はＺｎＳｅＴｅ系半導体層により受光層を構成することによって、受光層の結晶性を高めて、特性のばらつきを小さくすることができる。
【００１２】
また、紫外線吸収層を受光層の受光側に形成することによって、人間の目で感じることができない紫外線が受光層に入射することを抑制できるので、より人間の視感度に近い出力を実現することができる。
【００１３】
また、高温で成長させなければならないＧａＮ層などを紫外線吸収層とした場合、紫外線吸収層を成長させることにより受光層の結晶性が低下するが、本発明による半導体受光素子では、紫外線吸収層を低温で成長可能なＧａＰ系半導体層、ＺｎＳｅ系半導体層又はＡｌＧａＡｓ系半導体層のいずれかにより構成することによって、紫外線吸収層の成長後も、受光層の結晶性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態による半導体受光素子の断面図を示す。
【００１５】
図１に示すように、半導体受光素子１は、基板２と、基板２上に順次積層された受光層３と、紫外線吸収層４とを備えている。尚、紫外線吸収層４の上面にはｐ側電極（図示略）が形成され、基板２の裏面にはｎ側電極（図示略）が形成されている。
【００１６】
基板２は、ｎ型のＧａＡｓからなる。
【００１７】
受光層３は、受光した所定の波長を有する光を電気信号に変換して出力するためのものである。受光層３は、基板２側からｎ型半導体層６と、ｉ型半導体層７と、ｐ型半導体層８とが順次積層されている。
【００１８】
ｎ型半導体層６は、約０．１μｍ〜数μｍの厚みを有し、ｎ型の不純物であるＳｉ又はＳｅがドープされた（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層（０≦ｘ≦０．６）からなる。ｉ型半導体層７は、約０．１μｍ〜数μｍの厚みを有し、不純物がドープされていない（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層（０≦ｘ≦０．６）からなる。ｐ型半導体層８は、約０．１μｍ〜数μｍの厚みを有し、ｐ型の不純物であるＺｎがドープされた（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層（０≦ｘ≦０．６）からなる。
【００１９】
紫外線吸収層４は、外部から入射する光のうち紫外線を吸収するためのものである。紫外線吸収層４は、受光層３の受光側の面に形成され、ｐ型の不純物であるＺｎがドープされた数μｍの厚みを有するｐ型ＧａＰ層からなる。
【００２０】
次に、上述した半導体受光素子の動作説明をする。
【００２１】
半導体受光素子１では、白熱灯や蛍光灯などから照射された光が、上部から紫外線吸収層４に入射すると紫外線領域の光が吸収される。次に、吸収されて紫外線が除去された光は、紫外線吸収層４を透過して受光層３に入射する。受光層３では、電子と正孔とが入射した光によって励起され、これらの電子と正孔が外部に電気信号（電流）として出力される。ここで、受光層３は、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの光に対応したバンドギャップを有するＡｌＧａＩｎＰ層からなるので、赤外線領域の光はほとんど受光されることなく、人間の視感度が最も高い約５５５ｎｍ前後の波長を有する光を中心に受光される。この結果、半導体受光素子１からは、人間の視感度に対応した電気信号が外部へ出力される。
【００２２】
次に、上述した半導体受光素子の製造方法について説明する。
【００２３】
まず、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２をＭＯＣＶＤ装置に搬入する。
【００２４】
次に、成長温度を約６５０℃〜約７００℃に設定した状態で、キャリアガス（Ｈ２ガス）によりＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ホスフィン及びモノシランを成長室内に供給して、Ｓｉがドープされたｎ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｎ型半導体層６を形成する。次に、モノシランの供給を停止し、それ以外の原料ガスの供給を継続することによってｉ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｉ型半導体層７を形成する。その後、前述した原料ガスとともにジメチル亜鉛を供給することによって、Ｚｎがドープされたｐ型（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｐ型半導体層８を形成する。
【００２５】
次に、成長温度を約３００℃〜約４００℃に設定した状態で、ＴＭＧ、ホスフィン及びジメチル亜鉛を供給することによって、Ｚｎがドープされたｐ型ＧａＰ層からなる紫外線吸収層４を形成する。
【００２６】
次に、ｐ側電極及びｎ側電極を形成した後、各素子単位に分割することによって、半導体受光素子１が完成する。
【００２７】
次に、上述した本発明による半導体受光素子の各波長での出力と人間の比視感度とを比較した第１実験について説明する。尚、比視感度とは、光に対する人間の目の感度である視感度を最大値に対する比率で表したものであり、国際照明委員会で規定されたものである。
【００２８】
第１実験では、本発明に対応する試料として以下の２つの実施例を作製した。
【００２９】
第１実施例は、ｎ型ＧａＡｓの基板上に、約０．８μｍの厚みを有するｎ型（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｎ型半導体層、約０．８μｍの厚みを有するｉ型（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｉ型半導体層及び約０．８μｍの厚みを有するｐ型（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｐ型半導体層が基板側から順次積層された受光層と、約６μｍの厚みを有するｐ型ＧａＰ層からなる紫外線吸収層とを基板側から順次積層したものである。
【００３０】
第２実施例は、ｎ型ＧａＡｓの基板上に、約０．８μｍの厚みを有するｎ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｎ型半導体層、約０．８μｍの厚みを有するｉ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｉ型半導体層及び約０．８μｍの厚みを有するｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層からなるｐ型半導体層が基板側から順次積層された受光層と、約１０μｍの厚みを有するｐ型ＧａＰ層からなる紫外線吸収層とを基板側から順次積層したものである。
【００３１】
第１実験では、照射する光の波長を変化させて各波長における第１実施例及び第２実施例の出力（電流）を測定した。尚、各実施例の出力は、それぞれの出力の最大値を１とし、その最大値の比率として表している。第１実験の結果を図２に示す。図２における縦軸は出力（電流）を示し、横軸は光の波長を示す。また、図２において、第１実施例及び第２実施例の実験結果を実線で、人間の比視感度を点線で示す。
【００３２】
図２に示すように、第１実施例及び第２実施例は、出力のピークの波長はそれぞれ約５６０ｎｍ及び約５７０ｎｍとなっており、人間の視感度が最も高くなる波長である約５５５ｎｍと略一致する。また、人間の目ではほとんど感じることのできない紫外線領域を含む４００ｎｍ以下の波長の光や赤外線領域を含む７００ｎｍ以上の波長の光に対しては、第１実施例及び第２実施例ともに出力が「０」である。これらの実験結果から、第１実施例及び第２実施例は、人間の視感度に対応した出力が可能なことがわかる。
【００３３】
次に、白熱灯及び蛍光灯における出力の変化について調べた第２実験について説明する。
【００３４】
第２実験では、第１実験で使用した第１実施例及び第２実施例以外に、比較用の試料として受光層をアモルファスシリコンにより構成した比較例を作製した。
【００３５】
第２実験では、白熱灯及び蛍光灯の照度を変化させて各照度におけるそれぞれの試料の出力を測定した。第２実験の結果を図３〜図５に示す。図３は、第１実施例の実験結果を示し、図４は、第２実施例の実験結果を示し、図５は、比較例の実験結果を示す。尚、図３〜図５における縦軸は出力（電流、単位：ｎＡ）を示し、横軸は光の照度（単位：ｌｘ）を示す。また、各図において、●及び実線が白熱灯による実験結果を示し、▲及び点線が蛍光灯による実験結果を示す。尚、図３〜図５における実線及び点線は、それぞれの測定値を最小２乗法により線形近似したものである。
【００３６】
図３に示すように、本発明による第１実施例では、白熱灯による出力の近似直線の傾きと蛍光灯による出力の近似直線の傾きとを比較した場合、約１０％の違いがあった。また、図４に示すように、本発明による第２実施例では、白熱灯による出力の近似直線の傾きと蛍光灯による出力の近似直線の傾きとを比較した場合、約１０％の違いがあった。一方、比較例では、白熱灯による出力の近似直線の傾きと蛍光灯による出力の近似直線の傾きとを比較した場合、約７０％もの違いがあった。この結果から、本発明による第１実施例及び第２実施例では、白熱灯及び蛍光灯などの照明装置の違いに関わらず略同様の出力が可能であるのに対し、アモルファスシリコンからなる比較例では白熱灯及び蛍光灯などの照明装置の違いによって出力が大きく異なることがわかる。
【００３７】
上述したように半導体受光素子１では、視感度が最大となる波長の近傍で電気信号の出力が最大になり、且つ、赤外線領域の光をほとんど受光しない（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層（０≦ｘ≦０．６）により受光層３を構成することによって、人間の視感度に対応した出力を可能とするとともに、白熱灯や蛍光灯などの照明装置の違いによる出力の変化を抑制することができる。
【００３８】
ここで、受光層をＩｎＧａＮ層により構成した場合、Ｉｎの比率を大きくすることにより人間の視感度にある程度対応させることができるが、Ｉｎの比率を大きくするとＩｎＧａＮ層の結晶性が低くなり、半導体受光素子の特性のばらつきが大きくなる。一方、本発明による半導体受光素子１では、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層により受光層３を構成することによって、結晶性を高めて、特性のばらつきを小さくすることができる。
【００３９】
また、紫外線吸収層４を受光層３の受光側に形成することによって、人間の目で感じることができない紫外線が受光層３に入射することを抑制できるので、より人間の視感度に近い出力を実現することができる。
【００４０】
また、高温で成長させなければならないＧａＮ層などを紫外線吸収層とした場合、紫外線吸収層を成長させることにより受光層の結晶性が低下するが、半導体受光素子１では紫外線吸収層４を低温で成長可能なｐ型ＧａＰ層により構成することによって、紫外線吸収層４の成長後も、受光層３の結晶性を維持することができる。
【００４１】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００４２】
例えば、上述の半導体受光素子１では、受光層３を（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層により構成したが、他のＧａＰ系半導体層やＺｎＳｅＴｅ系半導体層により構成してもよい。尚、他のＧａＰ系半導体層としてはＧａＡｓＰ層を適用することができる。また、ＺｎＳｅＴｅ系半導体層としては、ＺｎＳｅＴｅ層、ＭｇＺｎＳｅＴｅ層、ＣｄＺｎＳｅＴｅ層などを適用することができる。
【００４３】
また、上述の半導体受光素子１では、紫外線吸収層４をＧａＰ層により構成したが、ＧａＡｓＰ層、ＺｎＳｅ層、ＡｌＧａＡｓ層などにより構成してもよい。
【００４４】
また、上述の半導体受光素子１では、ｎ型半導体層６、ｉ型半導体層７及びｐ型半導体層８を順次積層することにより受光層３を形成したが、ｉ型半導体層７を省略し、ｎ型半導体層６及びｐ型半導体層８により受光層を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態による半導体受光素子の断面図を示す。
【図２】照射する光の波長を変化させて測定した各波長での第１実施例及び第２実施例の出力（電流）を示す図である。
【図３】白熱灯及び蛍光灯の照度を変化させた際の各照度における第１実施例の出力の測定結果を示す。
【図４】白熱灯及び蛍光灯の照度を変化させた際の各照度における第２実施例の出力の測定結果を示す。
【図５】白熱灯及び蛍光灯の照度を変化させた際の各照度における比較例の出力の測定結果を示す。
【符号の説明】
【００４６】
１     半導体受光素子
２     基板
３     受光層
４     紫外線吸収層
６     ｎ型半導体層
７     ｉ型半導体層
８     ｐ型半導体層
【図１】
2008172020.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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