受光元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)一種受光元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]下述專利文獻1所記載的現(xiàn)有技術(shù)為，為了無需進行材料的選定而能夠簡單地制作對特定波長的光具有靈敏度的受光元件，對具有形成于電極之間的pn接合部的半導(dǎo)體層實施特殊的退火處理，由此在該半導(dǎo)體層產(chǎn)生近場光(修整光子)，并將近場光的產(chǎn)生處作為對所希望波長的光具有靈敏度的受光部。
[0003]該退火處理，通過對具有pn接合部的半導(dǎo)體層施加正向偏壓并照射光而獲得對所照射的光的波長具有靈敏度的受光部。
[0004]以往技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利公開2012-169565號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0008]—般，為了獲得對近紅外波長、紅外線等長波長光具有靈敏度的受光元件，要求受光部的帶隙能量小于所接受的長波長光的光能量，并光能量與波長成反比，因此受光部的材料不得不受限定。一般，Hgl xCdxTe或InSb等帶隙較小的半導(dǎo)體材料，或多量子阱層等使用于長波長光的受光部，但這些分別造成如下問題，即，對人體的不良影響，材料不穩(wěn)定及設(shè)備工藝困難，制造工序復(fù)雜等問題。
[0009]對此，如前述現(xiàn)有技術(shù)，通過利用近場光的新的光激發(fā)系統(tǒng)可獲得的受光元件解決伴隨受限于帶隙的材料選擇而產(chǎn)生的前述問題，并通過退火處理時所照射的特定波長的光，能夠獲得對任意波長具有靈敏度的受光部。然而，根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，為了施加正向偏壓并進行照射光的退火處理，需將夾持pn接合部的電極的一方設(shè)為透光性電極，由于ΙΤ0等透明電極無法使波長2.5 μπι以上的中紅外線透射，因此無法獲得對中紅外線等長波長光具有靈敏度的受光元件。
[0010]本發(fā)明是以解決這種問題作為課題的一例。即，其目的為解決伴隨受限于帶隙的材料選擇而產(chǎn)生的各種問題，從而能夠簡單地獲得對中紅外線等長波長光具有靈敏度的受光元件等。
[0011]用于解決技術(shù)課題的方案
[0012]為了實現(xiàn)這種目的，本發(fā)明至少具備以下構(gòu)成。
[0013]—種受光元件，其具備具有pn接合部的半導(dǎo)體層、及夾持所述pn接合部的一對電極，在所述一對電極之間施加正向偏壓并照射特定波長的光，由此在所述pn接合部的附近產(chǎn)生近場光，該受光元件的特征在于，通過所述特定波長的光所透射的金屬柵網(wǎng)偏光器構(gòu)成所述一對電極的所述光所照射的一側(cè)的電極。
[0014]發(fā)明效果
[0015]通過金屬上網(wǎng)偏光器構(gòu)成電極，能夠獲得使中紅外線或紅外線透射的電極，因此，通過在一對電極之間施加正向偏壓并照射中紅外線或紅外線，能夠在pn接合部附近產(chǎn)生近場光，并能夠簡單地獲得對紅外線等長波長光具有靈敏度的受光元件。
[0016]由此，在獲得對紅外線等長波長光具有靈敏度的受光元件時，無需進行受限于帶隙的材料選擇，并能夠解決如下問題，即，對人體的不良影響；材料不穩(wěn)定及設(shè)備工藝困難；制造工序復(fù)雜等各種問題。
【附圖說明】
[0017]圖1是說明本發(fā)明的實施方式的受光元件的說明圖。
[0018]圖2是表示本發(fā)明的實施方式的金屬柵網(wǎng)偏光器的平面結(jié)構(gòu)的說明圖。
【具體實施方式】
[0019]以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是說明本發(fā)明的實施方式的受光元件的說明圖。受光元件1具備:具有pn接合部10 j的半導(dǎo)體層10 ;及夾持pn接合部10j的一對電極11、12。半導(dǎo)體層10例如能夠通過p層(P型半導(dǎo)體層)10p及η層(η型半導(dǎo)體層)10η構(gòu)成，此時，在Ρ層10ρ及η層10η的邊界附近形成pn接合部10 j。半導(dǎo)體層10也可以進而層疊多層或形成于未圖示的基板上。
[0020]ρ層例如能夠設(shè)為將第1物質(zhì)摻雜于Si (硅)的ρ型Si層。作為該第1物質(zhì)，例如可以舉出選自13族元素(B(硼)、A1(鋁)、Ga(鎵))的物質(zhì)。η層例如能夠設(shè)為將第2物質(zhì)摻雜于Si (硅)的η型Si層。作為該第2物質(zhì)，例如可以舉出選自15族元素(As(砷)、P(磷)、Sb(銻))的物質(zhì)。
[0021]電極11、12的至少一方電極11由金屬柵網(wǎng)偏光器Wg構(gòu)成。金屬柵網(wǎng)偏光器Wg在實施后述的退火處理時能夠使照射于pn接合部10j的特定波長的光透射，并具有成為被光照射的一側(cè)的電極11的導(dǎo)電性。未被光照射的一側(cè)的電極12能夠由金屬電機層等構(gòu)成。從pn接合部10j的兩側(cè)照射光時，兩個電極11、12通過金屬柵網(wǎng)偏光器Wg構(gòu)成。
[0022]受光元件1通過退火處理在pn接合部10j附近產(chǎn)生近場光(修整光子)。如圖1所示，退火處理經(jīng)由電極11、12對pn接合部10 j施加正向偏壓V并照射特定波長的光L，由此，在pn接合部10j形成對所照射的光的特定波長具有靈敏度的受光部。
[0023]該退火處理中，在施加正向偏壓V的狀態(tài)下，將與相當于pn接合部10j的帶隙寬度的能量吸收端所對應(yīng)的波長設(shè)為吸收端波長時，照射比該吸收端波長長的特定波長的光L。當照射比該吸收端波長長的光時，該光所具有的能量小于pn接合部10 j的帶隙寬度，因此無法將電子向傳導(dǎo)帶激發(fā)。由此，即使照射光，與通常的pn接合相同，通過施加正向偏壓，空穴向η層10η —側(cè)；電子向ρ層10ρ —側(cè)移動，產(chǎn)生伴隨該電子的移動的焦耳熱。
[0024]尤其大的該焦耳熱的產(chǎn)生部位為生成較大的電位差的pn接合部10j及η層10n、p層10p的表面等，但通過產(chǎn)生焦耳熱，pn接合部10j附近的流動性增加，發(fā)生pn接合部10j附近的表面形狀及摻雜劑分布的不規(guī)則的變化，根據(jù)所照射的光產(chǎn)生近場光。產(chǎn)生這種近場光的pn接合部10j附近的狀態(tài)，通過持續(xù)退火處理能夠擴大，并通過降低焦耳熱能夠固定。
[0025]通過實施這種退火處理而形成的受光元件1，若接受退火處理時所照射的特定波長的光，則由于已設(shè)定有適合該波長產(chǎn)生近場光的狀態(tài)，因此在較多區(qū)域產(chǎn)生近場光。并且，通過所產(chǎn)生的近場光所接受的光經(jīng)由振動能級向多級激發(fā)，最終電子向傳導(dǎo)帶激發(fā)，能夠獲得作為對特定波長的光具有靈敏度的受光元件的功能。
[0026]圖2是表示形成于特定波長的光所照射的一側(cè)的作為透光性電極而發(fā)揮功能的金屬柵網(wǎng)偏光器的平面結(jié)構(gòu)的說明圖。金屬柵網(wǎng)偏光器Wg能夠通過Al、Zn、T1、Ag、Au等具有導(dǎo)電性的金屬構(gòu)成，具備有用于使寬度W、間隔d、節(jié)距p的垂直線狀圖案P1與所有垂直線狀圖案等電位而連接的橫線狀圖案P2。
[0027]若將透射光波長的最小值設(shè)為λ min，則金屬柵網(wǎng)偏光器Wg的節(jié)距p成為P ^ λ??η/2。由此，將前述的特定波長設(shè)為5 μπι以上的紅外線時被設(shè)定成節(jié)距ρ < 2.5 μπι。并且，金屬柵網(wǎng)偏光器Wg的間隔d及寬度W成為影響pn接合部10j附近的電流密度分布的參數(shù)。將P層的厚度設(shè)定為1 μπι左右時，為了確保pn接合部10j的電流密度分布的均勻性，優(yōu)選設(shè)為2 μ m。
[0028]以下表不金屬柵網(wǎng)偏光器Wg的結(jié)構(gòu)例。第1例中，在厚度0.5mm的娃晶圓的兩面設(shè)置N1-Cr防反射膜，并在其單面形成了高度為(深度)lOOnm的Au金屬柵網(wǎng)。相對于透射光的設(shè)計波長3?6 μπι，金屬柵網(wǎng)的節(jié)距ρ設(shè)為0.56 μm，且金屬柵網(wǎng)的線寬W設(shè)為節(jié)距p的60%。第2例中，除了相對于透射光的設(shè)計波長10 μπι附近將金屬柵網(wǎng)的節(jié)距ρ設(shè)為
0.84 μπι之外，其余設(shè)為與第1例相同。第1例及第2例中，各透射光的設(shè)計波長域中的S偏光(垂直于柵網(wǎng)方向的偏光成分)的透射率均為70%以上，并防反射膜的N1-Cr具有導(dǎo)電性，因此，作為用于實施前述退火處理的電極11而發(fā)揮功能。
[0029]如此，通過將電極11設(shè)為金屬柵網(wǎng)偏光器Wg，受光元件1能夠在電極11、12之間施加正向偏壓V的同時，向電極11、12之間的pn接合部10j照射3 μ m以上的中紅外線，從而在pn接合部10 j附近產(chǎn)生近場光。由此，無需受限于pn接合部10 j的帶隙，而能夠在pn接合部10j的附近形成對3 μπι以上的中紅外線具有靈敏度的受光部。
[0030]如此形成的受光元件1通過將形成有金屬柵網(wǎng)偏光器Wg的一側(cè)設(shè)為受光面，能夠?qū)⒔?jīng)由受光面入射形成于pn接合部10j附近的受光部的波長3 μπι以上的長波長的中紅外線作為電極11、12之間的電動勢變化而檢測。此時，也可將適當?shù)哪嫦蚱珘菏┘拥诫姌O11、12之間。
[0031]如上說明，本發(fā)明的實施方式的受光元件1在獲得對紅外線等長波長光具有靈敏度的受光元件時，無需進行受限于帶隙的材料選擇，并能夠解決如下問題，即，對人體的不良影響，材料不穩(wěn)定及設(shè)備工藝困難，制造工序復(fù)雜等各種問題。
[0032]附圖標記說明
[0033]1-受光元件，10-半導(dǎo)體層，10ρ-ρ層，10n-n層，10j-pn接合部，11、12_電極，
Wg-金屬柵網(wǎng)偏光器。
【主權(quán)項】
1.一種受光元件，其具備具有pn接合部的半導(dǎo)體層、及夾持所述pn接合部的一對電極，在所述一對電極之間施加正向偏壓并照射特定波長的光，由此在所述pn接合部附近產(chǎn)生近場光，該受光元件的特征在于， 通過所述特定波長的光所透射的金屬柵網(wǎng)偏光器構(gòu)成所述一對電極的所述光所照射的一側(cè)的電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受光元件，其特征在于， 所述特定波長的光為波長3 μπι以上的中紅外線。3.一種受光元件的制造方法，其特征在于， 在具有pn接合部的半導(dǎo)體層以夾持所述pn接合部的方式形成電極， 以特定波長的光所透射的金屬柵網(wǎng)偏光器形成所述電極的至少一方， 通過在所述電極之間施加正向偏壓，并且經(jīng)由所述金屬柵網(wǎng)偏光器照射所述特定波長的光，而在所述pn接合部附近產(chǎn)生近場光。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種受光元件及其制造方法，其通過解決伴隨受限于帶隙的材料選擇而產(chǎn)生的各種問題，簡單地獲得對紅外線等長波長光具有靈敏度的受光元件。本發(fā)明的受光元件(1)具備具有pn接合部(10j)的半導(dǎo)體層(10)、及夾持pn接合部(10j)的一對電極(11、12)，在一對電極(11、12)之間施加正向偏壓(V)并照射特定波長的光(L)，由此在pn接合部(10j)附近產(chǎn)生近場光，其中，通過特定波長的光所透射的金屬柵網(wǎng)偏光器(Wg)構(gòu)成一對電極(11、12)的光(L)所照射的一側(cè)的電極(11)。
【IPC分類】H01L31/10
【公開號】CN105393366
【申請?zhí)枴緾N201480028902
【發(fā)明人】梶山康一, 小川吉司
【申請人】株式會社V技術(shù)
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2014年4月23日
【公告號】US20160149070, WO2014208186A1