CN100517770C

CN100517770C - 具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管

Info

Publication number: CN100517770C
Application number: CNB2005800472497A
Authority: CN
Inventors: 清水克哉
Original assignee: Photoelectron Corp
Current assignee: Kodenshi Corp; Photoelectron Corp
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: WO2006080099A1; US20080116454A1; KR20070115901A; DE112005003382T5; JPWO2006080099A1; CN101111944A

Abstract

本发明提供一种光敏二极管，其可以消除作为由掺杂造成的无法避免的问题的蓝色等短波长区域中的灵敏度降低，并且同时解决由掺杂杂质造成的该杂质的受主离子的散射所导致的响应性的降低，从紫外到红外兼具极高的灵敏度和高速响应性。一种具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管，其特征是，基本上具有n型硅(1)和形成于所述n型硅上的半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)，n型硅为阴极区域，利用半绝缘性氧化锌半导体薄膜的成膜，在与半绝缘性氧化锌半导体薄膜相接的n型硅的上部产生p型反型层(4)，p型反型层(4)为受光部区域，并且是阳极区域。

Description

具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管

技术领域

本发明涉及一种形成新型的构成的光敏二极管，是以半绝缘性氧化锌半导体薄膜与无论n型或p型的硅的异质结形成受光部的光敏二极管。

背景技术

随着高度信息化社会的来临，信息的传输量以及存储量不断增加，其传输速度也处于逐年高速化的情况中。此种情况下，在随着DVD的普及而成为重要的关键设备的光敏设备中，作为对于从红色激光器开始的对高清(High Vision)等进一步的高密度的应对措施，蓝色激光器已经经过研究阶段而正在迎接实用化。

此外，在DVD中，其波长达到了蓝紫色(405nm)。为了将该蓝色激光器实用化，对于感受它的受光设备也必须要求高性能化。现在从蓝色直至红外，以及在向集成电路中的应用之时，成为受光设备的基本元件的是光敏二极管。以往技术的光敏二极管的基本原理是，通过利用扩散或离子注入等来掺杂成为p型或n型的杂质，形成pn结。

该蓝色激光器在相对于硅从表面起

左右的深度，其大部分被吸收。由此，在以使用了n型硅的情况下的掺杂p型杂质的方法对蓝色以下的短波长提高灵敏度时，为了在p型区域提高载流子的寿命，就需要不太浓地掺杂，在极浅的地方制作结。但是，当在较浅的地方制作未进行浓掺杂的p型区域的结时，则表面的电阻会上升，因C·R时间常数的增加会产生响应性变差这样的很大的问题。

当为了抑制该电阻增加，而高浓度地掺杂杂质时，则又会使载流子的寿命变差，对于蓝色等短波长导致明显的灵敏度降低。另外，受到由高浓度掺杂的结果所产生的受主离子造成的散射的影响，载流子的迁移率降低，响应性也变差。所以，在以往的掺杂杂质的光敏二极管中，实际情况是，正在其深度与所掺杂的浓度等方面，探寻在何处有妥协点。另外，对于红外光，由杂质掺杂造成的载流子的迁移率降低也是无法避免的，是对频率响应特性造成限度的因素。以上的结果对于使用p型硅而掺杂了n型杂质的情况也是相同的。

专利文献1：特开2004-087979号公报

专利文献2：特开平9-237912号公报

发明内容

所以，本发明是在如上所述的以掺杂杂质作为基本的以往的光敏二极管中，消除作为由掺杂造成的无法避免的问题的在蓝色等短波长区域中的灵敏度降低的发明。另外，意图消除因掺杂杂质而产生的离子所造成的散射的影响，并同时解决响应性的降低，提供从紫外到红外兼具极高的灵敏度和高速响应性的光敏二极管。

本发明为了达成所述的目的，技术方案1所述的发明是构成具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管的发明，其特征是，具有n型硅、半绝缘性氧化锌半导体薄膜和p型反型层而构成，所述半绝缘性氧化锌半导体薄膜形成于所述n型硅上且不含有p型及n型的杂质；所述p型反型层，在所述n型硅上，沿该n型硅与半绝缘性氧化锌半导体薄膜相接的交界面，通过n型硅与半绝缘性氧化锌半导体薄膜相接，由于n型硅与半绝缘性氧化锌半导体薄膜的极大的价带的能量差ΔEv，基于所述n型硅侧的价带的能级Evs而使所述n型硅的表面反型为p型，所述n型硅为阴极区域，所述p型反型层为受光部区域，并且是阳极区域。

另外，本发明中技术方案2所述的发明是根据技术方案1所述的具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管，其特征是，在所述n型硅中，设置与所述p型反型层的一部分交叠的p型杂质掺杂区域，

通过p型杂质掺杂区域形成欧姆区域。

另外，本发明中技术方案3所述的发明是根据技术方案2所述的具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管，其特征是，所述半绝缘性氧化锌的一部分是低电阻氧化锌，是在所述低电阻氧化锌上形成电极的部分，所述电极与p型杂质掺杂区域连接。

另外，本发明中技术方案4所述的发明构成具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管，其特征是，具有p型硅、半绝缘性氧化锌半导体薄膜和n沟道层而构成，所述半绝缘性氧化锌半导体薄膜形成于所述p型硅上且不含有p型及n型的杂质；所述n沟道层，在所述p型硅上，沿该p型硅和半绝缘性氧化锌半导体薄膜相接的交界面，形成在p型硅侧，将所述半绝缘性氧化锌半导体薄膜与所述p型硅的异质结部作为受光部区域，在所述p型硅中，设置与所述n沟道层的一部分交叠的n型杂质掺杂区域，，以通过所述n型杂质掺杂区域取出光电流。本发明中，通过如上所述地构成，可以带来如下所示的效果。构成本发明的使用n型硅的情况下的具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜的p型反型层的光敏二极管可以同时完美地解决通过掺杂一般的杂质而形成的光敏二极管的特别是对于蓝色以下的波长的灵敏度和响应性的问题。即，在硅基板的光敏二极管中，光的波长越短，则光就越在表面附近被吸收。例如在400nm的蓝紫色激光器中，从表面开始，对于400nm的吸收长度，直至约

的深度以前，光的63％被吸收。由此，虽然在红色等波长比较长的光敏二极管中，其结深度可以在1微米左右，然而对于蓝色，则需要设为1,000埃以下的深度。

在以往的掺杂型的光敏二极管中，为了对于蓝色以下的短波长提高灵敏度，需要较浅地形成结，另外为了消除由载流子的复合造成的灵敏度降低，需要不太浓地掺杂杂质，延长载流子的寿命。但是，较浅而不太浓地掺杂的结会导致电阻值的上升，因C·R时间常数的增加，响应性变差。所以，为了获得高速响应性，就需要高浓度地掺杂p型区域。但是，由于这会明显地缩短在表面附近的高浓度区域中产生的载流子的寿命，因此会导致短波长区域的灵敏度降低。另外，高浓度的杂质掺杂会受到由受主离子造成的散射，导致迁移率的降低，响应性变差，造成频率特性的降低。最终的结果是，对于短波长灵敏度与响应性这样相反的事物特性，需要找出在何处是妥协点。但是，当形成对于蓝色激光器等的短波长区域的高速响应时，则其两全其美就变得非常困难。

与之不同，本发明的形成于n型硅的上部的氧化锌层对于超过蓝色等的能带端部(波长375nm)的较长的波长是透明的。此外，p型区域是利用氧化锌与硅的价电子带的能带不连续，在n型硅最上部以p型反型层形成的区域，在受光部中完全不掺杂p型的杂质。由此，即使对于蓝色等短波长，因光照射而产生的载流子的寿命也会明显地延长，再结合在

以下的极浅的地方的结的形成，将会呈现出高灵敏度。

另外，本发明的光敏二极管中，由于在受光部中完全不掺杂p型的杂质，因此完全不会受到由受主离子造成的散射，在深度方向上，将会在

以下的被二维地制约了的区域中存在空穴。它是二维空穴地作用的构成，因而还会显示出高响应性。虽然对于长波长区域，与以往的掺杂型光敏二极管相同，在硅基板的较深的地方具有高灵敏度，然而将会二维空穴地进行p型反型层的传导，可以获得高响应性(这里，一般来说将被关入

左右的德布罗意波长左右的势阱中，被以二维的自由度制约了的电子称为二维电子。由于该二维电子是在高电阻层中形成，因此可以抑制由杂质造成的散射，可以应用于高迁移率晶体管HEMT等中。对于载流子为空穴的情况，则称为二维空穴)。另外，对于比能带端部(波长375nm)更短的波长的紫外光，虽然用通常的硅将会很困难，但是由于氧化锌层将其吸收，因此对于紫外光也可以进行有效的光电变换。

在此时的具有p型反型层的光敏二极管中，半绝缘性氧化锌为绝缘性，有时会因极化电荷而使反型层变得不稳定。所以，如果将半绝缘性氧化锌的一部分低电阻化，借助p型杂质掺杂区域与p型反型层连接，则可以防止由极化造成的p型反型层的不稳定性。

另外可以认为，在p型硅的情况下，p型硅与半绝缘性氧化锌半导体的异质结在氧化锌下部形成n型沟道层，利用该p型硅和n型沟道层可以获得光敏二极管特性。在该p型硅的情况下，由于在受光部中也完全不掺杂n型的杂质，因此与n型硅时相同，是在灵敏度、频率特性方面显示出优良的性能的构成。

如上所述，利用本发明，可以同时解决以往的杂质掺杂型中的由掺杂造成的短波长区域的灵敏度降低和响应性降低的问题，即使对于紫外区域也可以具有高灵敏度，可以获得对于从紫外区域到红外的很宽的波长区域都具有高灵敏度，具有高速响应性，在高频特性方面优良的光敏二极管。

附图说明

图1是表示成为本发明的第一实施例的光敏二极管的图，图1A是其概略性剖面图，图1B是图1A的A部的放大剖面图。

图2A是表示半绝缘性氧化锌半导体与硅接触前的能带构造的图，图2B是表示半绝缘性氧化锌半导体与硅接触后的能带构造的图，图2C是图2B的B部的放大示意图。

图3A～C与成为本发明的第一实施例的光敏二极管有关，是表示其制造工序的概略情况的概略性剖面图。

图4是表示本发明的氧化锌的光致发光的光谱例的图表。

图5是表示本发明的氧化锌的X射线衍射图例的图表。

图6A是表示本发明的第一实施例的光敏二极管的特性例的图表，图6B是表示用于测定图6A的特性例的方法的概略图。

图7是表示本发明的光敏二极管的分光灵敏度特性例的图表。

图8是表示成为本发明的第二实施例的光敏二极管的图，图8A是其概略性剖面图，图8B是将其一部分剖开表示的概略性俯视图，图8C是图8A的C部的放大剖面图，是表示其动作的示意图。

图9是表示针对成为本发明的第二实施例的光敏二极管的频率特性例的图表。

图10是表示成为本发明的第三实施例的光敏二极管的概略性剖面图。

图11是表示成为本发明的第四实施例的光敏二极管的概略性剖面图。

图12是表示成为本发明的第五实施例的光敏二极管的图，图12A是其概略性剖面图，图12B是图12A的n型沟道层的特性例，图12C是用于测定其特性的示意图，图12D是在由第五实施例构成的光敏二极管中照射蓝色激光器时的特性例。

具体实施方式

下面将基于附图中所示的具体的实施例，对本发明的具有由半绝缘性氧化锌半导体薄膜造成的p型反型层的光敏二极管进行详细说明。图1是表示有关成为本发明的具有p型反型层的光敏二极管的第一实施例的图，图1A是其概略性剖面图，图1B是图1A的A部的放大剖面图。图1A中，以图案化形成的二氧化硅2作为掩模，在n型硅1上形成良好的半绝缘性氧化锌半导体薄膜3(以下简记为半绝缘性ZnO薄膜3)。在该极为单纯的构成中，在与半绝缘性ZnO薄膜3相接的n型硅1的上部，形成成为受光部区域的p型反型层4。如图1B所示，利用半绝缘性ZnO薄膜3的作用，在半绝缘性ZnO薄膜3和n型硅1相接的交界面上，在n型硅1侧形成成为受光部区域的p型反型层4。

对于成为该受光部区域的p型反型层4的形成，设想为图2中所示的能带模型，基于其进行说明。图2B是表示氧化锌半导体、杂质掺杂少的具有高电阻的n型硅分别单独存在时的能级的图。根据图2A所示可以看出，在氧化锌与硅的导带的底部Ecz与Ecs中存在能量差ΔEc＝0.19eV，在氧化锌与硅的价带上端Evz与Evs中存在极大的能量差ΔEv＝2.44eV。图2B是氧化锌半导体与硅接触后的能带模型。根据半导体物理所阐明的理论，在氧化锌、硅接触后，各自的费米能级E_FZ、E_FS作为费米能级来说一致，产生与氧化锌、硅各自的电子亲和力、X_Z、X_S及各自的带隙E_gz、E_gs的能量差对应的能带不连续。该能带不连续为图2B中所示的地方的ΔEc、ΔEv，与图2A中所示的值相等。虽然可以认为在实际上受到由界面的状态造成的界面能级的影响，然而在这里将该影响被作为没有的情况描述。

由于氧化锌与硅的极大的价带上端的能量差ΔEv，硅侧的价带上端的能带Evs很大地向上方弯曲，可以认为n型硅反型为p型。这样，如表示了图2B的B部的放大图的图2C所示，可以蓄积空穴。由于该空穴并非像MOS那样因夹隔氧化膜的偏压的施加而静电地反型的，而是由能带不连续造成的，因此是不需要偏压地恒定地存在的。但是，如此形成的p型反型层需要在硅上直接地异质形成氧化锌半导体薄膜，并非很容易形成的层。

对于图1中所示的成为第一实施例的光敏二极管，将其概略工序表示于图3中。首先，在n型硅基板1上像在通常的半导体工序中所进行的那样形成氧化膜2，在p型区域中成为受光部区域的必需的地方进行图案蚀刻(参照图3A)。该氧化锌半导体薄膜的形成是极为重要的工序，对其进行详细说明。一直以来，氧化锌本身具有压电效应，另外暗示了作为紫外LED或激子激光器的可能性，作为下一代的发光半导体设备的有力材料正在被各种研究机构积极地研究。但是，能够呈现出能带端部的PL发光的氧化锌半导体薄膜的在硅上的成膜被看作是非常困难的。作为其理由，为了使结晶性良好需要将生长温度设定得很高(例如600度以上)。这样就会助长硅表面的氧化，另外还会助长由晶格变形造成的转移的发生，不会生长良好的结晶膜。所以，在硅上，为了起到中间的作用，一般来说尝试形成换成层而在其上生长氧化锌(特开2001-44499号公报、特开2003-165793号公报等)。但是，它们是在硅与氧化锌的界面上设置硅氮化膜或氟化钙膜，对于利用硅与氧化锌的异质结的物性来说并非理想的做法，尚未实现使用了氧化锌/硅异质构造的设备的实用化。

本发明的发明人进行了深入研究，结果发现，在利用RF溅射装置的成膜中，在硅上以

左右的极低的生长速度，另外为了消除氧缺陷而在氧气气氛下，即使不一定在高温下，而是在硅上难以生长氧化膜的300度以下的低温下的条件下，也可以获得质量优良的结晶性薄膜。此外，在所述生长条件下得到的氧化锌半导体薄膜为半绝缘性。将由该发明的发明人得到的氧化锌半导体薄膜的PL发光光谱表示于图4中，将其X射线衍射表示于图5中。从图4中可知，氧化锌半导体薄膜在375nm的波长下，显示出良好的能带端部发光，从图5的X射线衍射图可知，其良好地发生了C轴取向。必然是像图3B所示那样全面地形成此种良好的半绝缘性ZnO薄膜3，然而即使不一定是利用溅射装置的成膜，而通过在最佳条件下使用MBE装置或激光烧蚀装置等，也是所得的结果。

图3C是将图3B中成膜的半绝缘性ZnO薄膜3蚀刻为所需的形状(例如比氧化膜图案略为交叠等)。此外，为了使硅与氧化锌的界面稳定化，使得泄露电流等由pn结引起的特性良好，最好在不引起面粗糙的温度下实施退火。利用图3的以上所示的简单的工序，就可以在与半绝缘性ZnO薄膜3相接的n型硅1上部总是形成成为受光部区域的p型反型层4。

将针对作为如此形成的p型区域具有反型层的pn结的特性例表示于图6A中。半绝缘性ZnO薄膜3接近绝缘性，当不掺杂p型杂质时，则很难获得良好的欧姆接触。由此，在图6A的特性例中，如图6B所示，是在吸附载台13上安置好该光敏二极管，使钨等探针12直接接触半绝缘性ZnO薄膜3，通过施加～50V左右的顺向电压，破坏绝缘性，而强制性地将顺向导通后的利用曲线记录器11测定的特性例。从图6A中可知，尽管将绝缘性破坏而将半绝缘性ZnO薄膜3导通，然而仍显示出与通常的掺杂型pn结相同的良好的整流特性。这是因为，p型反型层4与外部电场或极化等无关，而因价带的能带不连续，所述p型反型层4恒定地稳定地存在。另外，通过向成为受光部区域的p型反型层4照射光，可以获得虽然因接触电阻等而可以看到一定程度的特性变形，但是可以与光良好地反应的光敏二极管。在由该第一实施例构成的光敏二极管中，将分光灵敏度特性表示于图7中。

从特性图中可以看到，在以往的杂质掺杂型的光敏二极管中，在短波区域会急剧地引起灵敏度降低，然而本发明的光敏二极管中，对于波长400nm的蓝紫色呈现出0.3A/W以上(量子变换效率为95％以上)，对于长波长光，在伴随着氧化锌和空气的干涉的同时，具有与量子效率100％的效率直线大致上平行的分光特性，具有极高的量子效率。这是因为，氧化锌对于超过能带端部375nm的波长的光是透明的，另外，不会像以往的杂质掺杂型光敏二极管那样，由光的产生而造成的载流子的寿命受到因杂质掺杂而产生的受主离子的妨碍。另外可知，对于比375nm的能带端部的波长更短的波长，氧化锌薄膜将其吸收，呈现出高灵敏度特性。

在以上的第一实施例中，如图6B所示，对于半绝缘性ZnO薄膜3，需要从上部将其强制性地导通。这并不一定是理想的。另外，为了从半绝缘性ZnO薄膜3中形成欧姆电极，需要将半绝缘性ZnO薄膜部分地设为p型，然而在现在是非常困难的。

所以，在图8中所示的第二实施例中，是以与作为受光部区域的p型反型层具有共有部分的方式形成杂质掺杂区域的实施例。图8A中，在n型硅1上，形成半绝缘性ZnO薄膜3，p型反型层4被作为受光部区域形成。此外，其一部分7与p型杂质掺杂区域6交叠，利用该情况，p型杂质掺杂区域6就会作为欧姆接触区域发挥作用。将此时的俯视概略图表示于图8B中。图8A是图8B的X-X’剖面。将图8A的C部的放大图表示于图8C中，对于成为第二实施例的光敏二极管的动作进行说明。

在向成为本发明的光敏二极管射入了红色等波长比较长的光的情况下，像以往那样侵入至硅基板的数十微米较深的区域，产生电子、空穴对。此外，作为少数载流子的空穴如图所示，顺着电场朝向p型反型层4。此外，在p型反型层4内成为多数载流子，形成空穴流。p型反型层4是将杂质掺杂少的高电阻n型硅反转了的层，可以抑制由施主离子造成的散射。另外，由于不存在用于p型的受主离子，因此不会产生由受主离子造成的散射。这样，在半绝缘性ZnO薄膜3与n型硅的异质界面的垂直方向上，被如图2C所示关入势壁中，空穴的运动成为仅限制于与界面平行的平面内的二维空穴。其结果是，与以往的杂质掺杂型的pin光敏二极管相比，空穴具有非常大的迁移率，成为高速响应的光敏二极管。

在蓝色等短波长下，也与第一实施例相同，受光部区域穿过对于可见光是透明的半绝缘性ZnO薄膜3，以p型反型层4直接受光。这样，由于是以完全未掺杂杂质的区域受光，因此与以往的杂质掺杂型相比，不会产生由受主离子造成的散射，呈现出基本上接近理论值的非常高的受光灵敏度。另外，p型反型层内的空穴流在蓝色光时，也与红外光时相同，利用不会产生由受主离子造成的散射的二维空穴的效应，而可以高速响应。

图9中表示在受光直径600μφ下，以相同的晶片规格试制时的杂质掺杂型和第二实施例的光敏二极管的对于激光的频率特性。以往的杂质掺杂型中，由于在蓝色下的灵敏度弱，因此显示出红色激光器(650nm)的频率特性，而降低3dB的频率fc为fc＝180MHz。与之不同，使用了氧化锌的p型反型层的光敏二极管的频率特性在蓝紫色(405nm)、红色(650nm)、红外(780nm)下都显示出能够以一条曲线表示的相同的频率特性，明显地延伸至fc＝900MHz。尽管使用相同的晶片规格，然而在频率特性方面产生差别的原因是由p型反型层区域的较高的迁移率造成的。

对于分光特性，与图7中所示的第一实施例的特性相同，对于低于375nm的能带端部的波长的紫外光，在氧化锌层中受光，被高效率地进行光电变换。像这样，该发明的光敏二极管可以在维持从紫外到红外的较宽的受光光谱的同时，实现高速响应。

而且，虽然图8中所示的实施例中部分地限定p型杂质掺杂区域，然而对于具有很大的受光部区域的光敏二极管，如果如图10中所示的第三实施例那样，将p型杂质掺杂区域6相对于p型反型层4的外周部以环状形成，则可以用更短的时间将中心部的载流子导向电极，实现进一步的高速化。

图11中所示的第四实施例是在图11中所示的实施例中，防止了因半绝缘性ZnO薄膜3极化等而使p型反型层4变得不稳定的实施例。ZnO具有压电性，在绝缘性的情况下，被认为极容易极化。所以，将半绝缘性ZnO薄膜3部分地作为1kΩ/□以下的n⁺区域9而低电阻化，进行电极形成，穿过阳极8与p型杂质掺杂区域6连接。所述n⁺区域9例如可以利用Al、Ga等掺杂或还原作用等而低电阻化。

这样，半绝缘性ZnO薄膜3的表面电位就被固定，可以使反特性稳定化。将其样子表示于表1中。表1是表示了反向电压V_R＝5V下的暗电流的值的特性例，而在半绝缘性ZnO薄膜3的电位不稳定的情况下，会达到10nA以上，在将电位固定在阳极的情况下，则收缩为10pA左右，大约剧减至1/1000左右。这也可以称作反向耐压，在n基板的电阻率为1.5kΩ-cm而试制的情况下，在不固定的情况下，反向耐压BV_R在BV_R＝5～150V的范围中显示出很大的波动，然而通过将其固定，就会以150V左右的本来的性能值稳定化。

[表1]

V_R＝5V

	1	2	3	4	5
	1	2	3	4	5	将ZnO表面固定为阳极电位的情况	10pA	9pA	24pA	9pA	8pA
不将ZnO表面固定为阳极电位的情况	25nA	17nA	60pA	0.7nA	13nA	将ZnO表面固定为阳极电位的情况	10pA	9pA	24pA	9pA	8pA

图12中，表示使用了p型硅时的第五实施例。图12A中表示使用了p型硅21的情况下的剖面图。图12A中，在半绝缘性ZnO薄膜3的最下部形成有n型沟道层24。该n型沟道层24也可以认为是因图2B的D部中所示的半绝缘性ZnO与硅的能带不连续ΔEc而形成的。显示实际上是否存在n型沟道层24的是图12B。

图12B的特性如图12C中所示，是将n型沟道层24以n型杂质掺杂区域26夹持，显示了其间的V-I特性的图。是正好不具有栅电极的源、漏间的电流。从图12B中可以看到，明显地流过沟道电流。这显示了在半绝缘性ZnO薄膜3的最下部存在n型沟道层24。所以，图12A中所示的p型硅中的实施例采用了利用在半绝缘性ZnO薄膜3的最下部形成n型沟道层24的n型沟道层24和p型硅形成了pn结的形态，通过从n型杂质掺杂区域26中引出电流，就可以实现光敏二极管特性。

图12A的光敏二极管中，以图中的连线表示照射了蓝色激光器时的光响应性。根据该图可以理解，显示出了在使用了n型硅时以上的良好的特性。使用了p型硅的图12A的光敏二极管由于也完全未进行用于受光部形成的杂质掺杂，因此与具有使用了n型硅的p型反型层的光敏二极管基本上相同，可以获得高灵敏度、高频率特性。而且，在使用了如图1中所示的第一实施例那样的n型硅的情况下，也可以认为在半绝缘性ZnO薄膜3的最下部存在沟道层，然而对于使用了n型硅的情况下的图，将其省略。

(工业上的利用可能性)

根据本发明，在n型硅上，使用了利用半绝缘性氧化锌半导体薄膜的形成而形成于n型硅上部的p型反型层的光敏二极管，以及p型硅与半绝缘性氧化锌半导体的异质结的光敏二极管与以往的杂质掺杂的光敏二极管相比，可以获得如下所示的效果。

(1)在p型硅、n型硅上，由于可以完全不掺杂杂质地形成受光部，因此因光而产生的载流子不会受到由受主离子或施主离子造成的散射，对于蓝色光可以获得接近100％的量子效率。

(2)由于对于紫外光，氧化锌半导体薄膜吸收紫外光，因此对于紫外光也可以获得高灵敏度。

(3)对于蓝色光以上的波长，氧化锌是透明的，可以获得沿着100％的量子直线的特性。

(4)如(1)～(3)所示对于从紫外到红外的很宽范围的波长可以具有高灵敏度。

(5)由于可以完全不掺杂杂质地形成受光部，因此载流子就会成为不受到由受主离子或施主离子造成的散射的二维的载流子，与杂质掺杂型相比，在从蓝紫色到红外的波长区域，可以获得极高的频率特性。特别是对于蓝色激光器，虽然认为非常难以同时满足其灵敏度和频率特性，然而可以利用本发明解决，在今后拓展蓝色激光器的各种应用之时，会有广泛的贡献。

(6)在p型硅、n型硅上，可以用形成完全相同的半绝缘性氧化锌的极为简单的工序来形成受光部，无论是双极的还是CMOS，在IC内集成高性能的光敏二极管的情况下的自由度变得非常高。

(7)氧化锌是廉价且没有环境负担的材料，与之相应，是非常适于工业化的材料。

Claims

1.一种具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管，其特征是，

具有n型硅(1)、半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)和p型反型层(4)而构成，所述半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)形成于所述n型硅(1)上且不含有p型及n型的杂质；所述p型反型层(4)，在所述n型硅(1)上，沿该n型硅(1)与半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)相接的交界面，通过n型硅(1)与半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)相接，由于n型硅(1)与半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)的极大的价带的能量差ΔEv，基于所述n型硅(1)侧的价带的能级Evs而使所述n型硅(1)的表面反型为p型，

所述n型硅(1)为阴极区域，

所述p型反型层(4)为受光部区域，并且是阳极区域。

2.根据权利要求1所述的具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管，其特征是，

在所述n型硅(1)中，设置与所述p型反型层(4)的一部分交叠的p型杂质掺杂区域(6)，

通过p型杂质掺杂区域(6)形成欧姆区域。

3.根据权利要求2所述的具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管，其特征是，

所述半绝缘性氧化锌(3)的一部分是低电阻氧化锌，是在所述低电阻氧化锌上形成电极的部分，

所述电极与p型杂质掺杂区域(6)连接。

4.一种具有半绝缘性氧化锌半导体薄膜与硅的异质结的光敏二极管，其特征是，

具有p型硅(21)、半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)和n沟道层(24)而构成，所述半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)形成于所述p型硅(21)上且不含有p型及n型的杂质；所述n沟道层(24)，在所述p型硅(21)上，沿该p型硅(21)和半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)相接的交界而，形成在p型硅(21)侧，

将所述半绝缘性氧化锌半导体薄膜(3)与所述p型硅(21)的异质结部作为受光部区域，

在所述p型硅(21)中，设置与所述n沟道层(24)的一部分交叠的n型杂质掺杂区域(26)，以通过所述n型杂质掺杂区域(26)取出光电流。