光检测器制造技术

本发明专利技术的光检测器(1A)具备：第1导电型半导体层(2)；半导体光吸收层(3)，其设置在第1导电型半导体层(2)上；散射体(4)，其以与半导体光吸收层(3)相接的方式，以入射光(I)的波长以下的宽度(W)设置，并且通过使入射光(I)散射而在半导体光吸收层(3)的内部形成局部不均匀电场；第2导电型半导体层(5)，其与散射体(4)隔开间隔地设置在半导体光吸收层(3)上；和引出电极(6)，与散射体(4)隔开间隔地设置在第2导电型半导体层(5)上，并且将通过局部不均匀电场的形成而在半导体光吸收层(3)产生的光电流引出。出。出。

【技术实现步骤摘要】
光检测器


[0001]本公开涉及光检测器。

技术介绍

[0002]近年来，用于车辆的自动驾驶功能和防撞功能的激光传感技术的发展显著，要求开发红外区域的廉价且高性能的光检测器。例如，在波长1.3μm以上的短波红外(SWIR)波段，以InGaAs作为基板的半导体受光元件是主流，但使用该基板的高性能的阵列型光检测器在成本面存在问题。
[0003]在这样的背景中，作为不依赖于InGaAs的光检测器，开发了利用半导体光吸收层的内部的局部不均匀电场的光检测器。在这种光检测器中，一般使用间接跃迁的半导体材料，根据光入射而在半导体光吸收层的内部产生局部不均匀电场。作为局部不均匀电场的效果之一，能够列举由于不确定性原理而对半导体内部的电子施加大频率。因此，利用间接跃迁的半导体材料也可以实现直接光学跃迁，实现了确保充分的光吸收。
[0004]作为该光检测器，例如能够列举国际公开第2009/088071号公报中记载的受光元件。在该现有的受光元件中，在基板上依次设置有第1导电型半导体层、非掺杂型半导体光吸收层、第2导电型半导体层、导电层。在导电层、第2导电型半导体层和非掺杂型半导体光吸收层的叠层体，具有周期性排列的多个开口。开口具有入射光的波长以下的宽度，以贯通导电层和第2导电型半导体层并达到非掺杂型半导体光吸收层的方式设置。
[0005]例如，美国专利申请公开第2009/0134486号公报中记载的受光元件具有：半导体层；和在该半导体层的表面以规定的间隔d配置的、形成MSM结的一对金属电极。一对金属电极彼此的间隔，在将入射光的波长设为λ的情况下，满足λ＞d的关系。一对金属电极的至少一方，与半导体层形成肖特基结，并且在将半导体层的折射率设为n的情况下，埋入半导体层至小于λ/(2n)的深度的位置。

技术实现思路

[0006]提高上述那样的光检测器中的检测灵敏度，需要充分确保半导体光吸收层中的局部不均匀电场的频率成分。局部不均匀电场的效果因局部不均匀电场的产生位置与在半导体光吸收层中的耗尽层位置之间的距离增加而急剧减退。在国际公开第2009/088071号公报中记载的受光元件，局部不均匀电场的产生位置为导电层与第2导电型半导体层的界面附近，该产生位置以第2导电型半导体层的厚度的量与非掺杂型半导体光吸收层隔开间隔。因此，从检测灵敏度的提高的观点出发，存在进一步改良的余地。
[0007]在美国专利申请公开第2009/0134486号公报中记载的受光元件中，通过将金属电极埋入半导体层，来实现检测灵敏度的提高。但是，由于作为局部不均匀电场的产生位置的半导体层与光电流的引出电极一体化，因此，存在因肖特基结而引起的暗电流变得比较大这样的问题。因此，在美国专利申请公开第2009/0134486号公报中记载的受光元件中，存在SN比难以提高这样的问题。
[0008]本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制暗电流并且提高检测灵敏度的光检测器。
[0009]本公开的一个方面的光检测器具备：第1导电型半导体层；半导体光吸收层，其设置在第1导电型半导体层上；散射体，其以与半导体光吸收层相接的方式，以入射光的波长以下的宽度设置，并且通过使入射光散射而在半导体光吸收层的内部形成局部不均匀电场；第2导电型半导体层，其与散射体隔开间隔地设置在半导体光吸收层上；和引出电极，其与散射体隔开间隔地设置在第2导电型半导体层上，并且将通过局部不均匀电场的形成而在半导体光吸收层产生的光电流引出。
[0010]在该光检测器中，通过使入射光散射而在半导体光吸收层的内部形成局部不均匀电场的散射体，以与半导体光吸收层相接的方式，以入射光的波长以下的宽度设置。由此，能够使局部不均匀电场的产生位置与在半导体光吸收层的耗尽层位置一致或接近，能够充分发挥在半导体光吸收层中的局部不均匀电场的效果，因此，实现检测灵敏度的提高。此外，在该光检测器中，将通过局部不均匀电场的形成而在半导体光吸收层产生的光电流引出的引出电极与散射体隔开间隔地设置。根据这样的结构，相比半导体光吸收层与引出电极相接的情况或散射体自身为引出电极的情况，能够抑制因肖特基结而引起的暗电流的产生。
[0011]也可以为，散射体是使表面等离子激元(plasmon)共振在该散射体与半导体光吸收层的界面附近产生的金属纳米结构体。在这种情况下，能够通过纳米图案化在期望的位置以高再现性形成散射体。因此，能够提高光检测器的制造成品率。
[0012]也可以为，在第2导电型半导体层，设置有贯通该第2导电型半导体层并将半导体光吸收层的一部分切除的凹部，散射体配置在凹部的底面。根据该结构，能够使散射体和第1导电型半导体层与半导体光吸收层的接合界面根据凹部的深度接近。因此，能够缩短在半导体光吸收层产生的光电流的路径，实现光检测的高速响应。
[0013]也可以为，在第2导电型半导体层，设置有贯通该第2导电型半导体层并将半导体光吸收层的一部分切除的凹部，散射体遍及凹部的底面和内壁面地配置。在这种情况下，在散射体的形成时不需要进行使用了纳米图案化用的抗蚀剂的剥离，因此，能够提高光检测器的制造容易性。
[0014]也可以为，半导体光吸收层由导电型为p型的第1层、导电型为i型的第2层和导电型为n型的第3层构成，凹部以将第2层的一部分切除的深度设置，散射体以埋没于第2层的方式配置在凹部的底面。根据该结构，由于散射体埋没于成为耗尽层位置的导电型为i型的第2层，因此，能够缩短在半导体光吸收层产生的光电流的路径，实现光检测的高速响应。此外，能够使耗尽层位置与因局部不均匀电场而电场急剧变化的区域一致，能够高效地产生入射光的光电转换。
[0015]也可以为，凹部的宽度遍及整个深度方向为入射光的波长以下。在这种情况下，容易使耗尽层位置与因局部不均匀电场而电场急剧变化的区域一致，能够进一步提高入射光的光电转换的效率。
[0016]也可以为，凹部中的、贯通第2导电型半导体层的部分的宽度大于将半导体光吸收层的一部分切除的部分的宽度。在这种情况下，能够减少由第2导电型半导体层导致的入射光的损失。该结构适用于使光从第2导电型半导体层侧入射的结构。
[0017]也可以为，在凹部内，设置有由折射率小于半导体光吸收层的材料形成的绝缘层。在这种情况下，能够通过绝缘层实现散射体的保护和防止从散射体的泄漏。此外，通过绝缘层的折射率小于半导体光吸收层的折射率，能够使局部不均匀电场集中于折射率相对高的半导体光吸收层。因此，实现检测灵敏度的进一步提高。
[0018]也可以为，散射体沿该散射体与半导体光吸收层的界面的面内方向以一定的间隔设置有多个。在这种情况下，通过扩张入射光的受光区域(散射体的面积)，实现检测灵敏度的提高。
[0019]也可以为，光检测器是使入射光从第1导电型半导体层侧入射的背面入射型光检测器，在第2导电型半导体层上，设置有：反射膜，其将背面入射的入射光中的、透过散射体的成分向半导体光吸收层侧反射。在这种情况下，透过散射体的成分被反射膜反射，再次朝向半导体光吸收层，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光检测器，其具备：第1导电型半导体层；半导体光吸收层，其设置在所述第1导电型半导体层上；散射体，其以与所述半导体光吸收层相接的方式，以入射光的波长以下的宽度设置，并且通过使所述入射光散射而在所述半导体光吸收层的内部形成局部不均匀电场；第2导电型半导体层，其与所述散射体隔开间隔地设置在所述半导体光吸收层上；和引出电极，其与所述散射体隔开间隔地设置在所述第2导电型半导体层上，并且将通过所述局部不均匀电场的形成而在所述半导体光吸收层产生的光电流引出。2.根据权利要求1所述的光检测器，其中，所述散射体是，使表面等离子激元共振在该散射体与所述半导体光吸收层的界面附近产生的金属纳米结构体。3.根据权利要求1或2所述的光检测器，其中，在所述第2导电型半导体层，设置有贯通该第2导电型半导体层并将所述半导体光吸收层的一部分切除的凹部，所述散射体配置在所述凹部的底面。4.根据权利要求1或2所述的光检测器，其中，在所述第2导电型半导体层，设置有贯通该第2导电型半导体层并将所述半导体光吸收层的一部分切除的凹部，所述散射体遍及所述凹部的底面和内壁面配置。5.根据权利要求3所述的光检...

【专利技术属性】
技术研发人员：董伟，
申请(专利权)人：浜松光子学株式会社，
类型：发明
国别省市：