JPH05251725A - Silicon semiconductor light-receiving element and its manufacture - Google Patents
Silicon semiconductor light-receiving element and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH05251725A JPH05251725A JP4084628A JP8462892A JPH05251725A JP H05251725 A JPH05251725 A JP H05251725A JP 4084628 A JP4084628 A JP 4084628A JP 8462892 A JP8462892 A JP 8462892A JP H05251725 A JPH05251725 A JP H05251725A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- light
- silicon
- silicon semiconductor
- receiving element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 39
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 22
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 12
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 12
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 2
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 2
- 229910008045 Si-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008284 Si—F Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006411 Si—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 photodiodes Chemical compound 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- OXYOBDANCFSCGB-UHFFFAOYSA-J silicon(4+) tetraformate Chemical compound [Si+4].[O-]C=O.[O-]C=O.[O-]C=O.[O-]C=O OXYOBDANCFSCGB-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコンはバンドギャップが1.1eVであ
るから、シリコン半導体を用いた受光素子は、赤外領域
に最高の感度を持つ。可視光には低い感度しかもたな
い。バンドギャップの狭さによる制限をなくして、可視
光にも高い感度をもつようにしたシリコン半導体受光素
子を提供すること。
【構成】 フッ酸中でシリコンを陽極酸化する。陽極酸
化によって面と垂直方向に多数の穴が成長してゆく。穴
のためにシリコンが柱状に分断され2次元的に電子が閉
じ込められる。このためにシリコンのバンドギャップが
実効的に拡がる。感度が可視光領域の方向に伸びる。電
流の流れは面と垂直方向でありこの方向に対しては抵抗
が高くならないので電子移動度は低下しない。高速性を
損なうことなく、より短波長域に向かって感度のある領
域を広げることができる。
(57) [Summary] [Purpose] Since silicon has a bandgap of 1.1 eV, a photodetector using a silicon semiconductor has the highest sensitivity in the infrared region. It has low sensitivity to visible light. To provide a silicon semiconductor light receiving element which has high sensitivity to visible light without being restricted by the narrow bandgap. [Configuration] Silicon is anodized in hydrofluoric acid. A large number of holes grow in the direction perpendicular to the surface by anodic oxidation. Due to the holes, the silicon is divided into columns and electrons are confined two-dimensionally. Therefore, the band gap of silicon is effectively widened. The sensitivity extends in the visible light range. The electron mobility does not decrease because the current flow is perpendicular to the plane and the resistance does not increase in this direction. The sensitive region can be expanded toward a shorter wavelength range without impairing the high speed property.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は可視光領域に高い感度
を持つシリコン半導体受光素子とその製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon semiconductor light receiving element having high sensitivity in the visible light region and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】光エネルギ−や光信号を電気的なエネル
ギ−や信号に変換する材料として半導体材料が使われ
る。その中でもシリコン半導体は価格が安く大面積化も
可能である。フォトダイオ−ドやフォトトランジスタ
−、太陽電池などシリコンを用いた光電変換素子は幅広
く製造され利用されている。エネルギ−変換の場合はバ
ンドギャップを越える光がpn接合の近傍に入射したと
きに、光が電子正孔対を励起し、これが内部の電界によ
って電流を生ずるから光エネルギ−となるのである。信
号変換の場合はpn接合に逆バイアスを掛けておき、バ
ンドギャップを越える光がpn接合近傍に入射した時
に、バンドギャップを越えて電子正孔対が励起されこれ
が逆バイアスによって、電子がn極に、正孔がp極に流
れて電流となる。半導体による光電変換は、このように
バンドギャップを越えて電子正孔対が励起されるので検
出できる光の波長に制限が課される。つまりバンドギャ
ップ近傍のエネルギ−の光に対しては高感度であるが、
これを外れると感度が低下する。これより低いエネルギ
−の光に対しては感度がないし、バンドギャップよりず
っと大きいエネルギ−の光に対しても感度は低い。2. Description of the Related Art Semiconductor materials are used as materials for converting light energy and light signals into electrical energy and signals. Among them, silicon semiconductors are cheap and can be made large in area. Photoelectric conversion elements using silicon such as photodiodes, phototransistors, and solar cells are widely manufactured and used. In the case of energy conversion, when light exceeding the band gap is incident on the vicinity of the pn junction, the light excites electron-hole pairs, which generate an electric current due to an internal electric field, resulting in light energy. In the case of signal conversion, a reverse bias is applied to the pn junction, and when light exceeding the band gap is incident near the pn junction, electron-hole pairs are excited across the band gap, and this causes reverse bias to cause electrons to reach the n-pole. Then, holes flow to the p-pole and become a current. In photoelectric conversion by semiconductors, electron-hole pairs are excited over the band gap, so that the wavelength of light that can be detected is limited. In other words, it is highly sensitive to light with energy near the band gap,
If it deviates from this, the sensitivity will decrease. It is not sensitive to light of lower energy and less sensitive to light of energy much larger than the bandgap.
【0003】図2は従来例にかかるシリコンフォトダイ
オ−ドの一例を示す。n型層1の上にi層2が積層され
る。i層2の中央部に選択的にp型領域3が形成され
る。これは不純物拡散、イオン打ち込みなどで作られ
る。さらに絶縁体であるSiO2層4がリング状に設け
られ、この上にリング状のp側電極5が形成される。こ
れはp型領域3に対してオ−ミック接続している。光を
p型領域3に入射する部分は開口になっている。この部
分は反射防止膜6によって覆われている。光は上部の開
口から入射しp型層3、i層2の境界近傍で電子正孔対
を生成して消滅する。下方に示したn型層1は、n型基
板の場合もあるし、n型基板の上に成長させた薄膜であ
る場合もある。n型層の下にn側電極が形成されている
が、これは図示を略した。材料であるシリコンは欠陥の
殆どない単結晶である。フォトダイオ−ドの形式は様々
であり光が基板の方から入射するものもあり多様であ
る。図2のものはもっともありふれた形態のフォトダイ
オ−ドである。電極間に逆バイアスを印加しておき光を
照射すると、光が中央の開口部からp型領域、i層に入
射し電子正孔対を発生し逆バイアスにより電流が流れ
る。FIG. 2 shows an example of a conventional silicon photodiode. The i layer 2 is stacked on the n-type layer 1. A p-type region 3 is selectively formed in the center of i layer 2. This is made by impurity diffusion, ion implantation, etc. Further, a SiO 2 layer 4 which is an insulator is provided in a ring shape, and a ring-shaped p-side electrode 5 is formed thereon. This is in ohmic contact with the p-type region 3. The portion where the light enters the p-type region 3 is an opening. This portion is covered with the antireflection film 6. The light enters through the opening on the upper side, and in the vicinity of the boundary between the p-type layer 3 and the i-layer 2, electron-hole pairs are generated and disappear. The n-type layer 1 shown below may be an n-type substrate or a thin film grown on the n-type substrate. An n-side electrode is formed under the n-type layer, but this is not shown. The material silicon is a single crystal with almost no defects. There are various types of photodiodes, and there are various types in which light is incident from the substrate. The one shown in FIG. 2 is the most common type of photodiode. When a reverse bias is applied between the electrodes and light is irradiated, the light enters the p-type region and the i-layer through the central opening to generate electron-hole pairs, and a current flows due to the reverse bias.
【0004】図4は従来例に係る他の形式のフォトダイ
オ−ドである。n+ 型層7、n型層8を積層した構造で
ある。n+ 型層7は基板であることもあるし、基板の上
に成長させた薄膜であることもある。n型層8の上には
周縁部にリング状の絶縁体SiO2 膜9が形成される。
中央部には半透明金属薄膜10が設けられる。これらの
上にリング状の金属電極11が設けられる。中央の開口
には反射防止膜12がある。これは半透明金属膜10と
n型層8とがショットキ−接合している。ここでダイオ
−ド特性が発生する。光がn型層に入射し電子正孔対を
生ずると逆バイアス電圧によって電流が流れる。もちろ
ん不純物を添加して、バンドギャップ中に電子準位を作
ると、この準位からの遷移が起こるので、よりエネルギ
−の低い光に対しても有限の感度をもつようにすること
ができる。しかしそれにしてもバンドギャップエネルギ
−を遠く離れたエネルギ−の光に対しては極めて低感度
である。FIG. 4 shows another type of photodiode according to the conventional example. This is a structure in which an n + type layer 7 and an n type layer 8 are laminated. The n + type layer 7 may be a substrate or a thin film grown on the substrate. A ring-shaped insulator SiO 2 film 9 is formed on the peripheral portion of the n-type layer 8.
A semitransparent metal thin film 10 is provided in the central portion. A ring-shaped metal electrode 11 is provided on these. There is an antireflection film 12 in the central opening. In this, the semitransparent metal film 10 and the n-type layer 8 are in Schottky junction. Here, the diode characteristic occurs. When light enters the n-type layer and generates electron-hole pairs, a current flows due to the reverse bias voltage. Of course, when impurities are added to create an electron level in the band gap, a transition from this level occurs, so that it is possible to have a finite sensitivity even to light with a lower energy. However, even so, the sensitivity is extremely low for light having an energy far away from the band gap energy.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらシリコン
半導体の禁制帯幅は1.12eVであって小さい。これ
を光の波長に換算すると1.1μmである。このためシ
リコン半導体の感度の大きい波長は赤外領域となる。よ
り短い波長の光を検出したり、短い波長の光をエネルギ
−変換したりするためには、よりバンドギャップの広い
半導体を用いる必要がある。たとえばGaAsは1.4
のバンドギャップを持つ。これは、直接遷移型であるか
ら光に対して高い感度を持ちうる。しかしこれとて可視
光に対する感度はあまり良くない。それにGaAs半導
体は高価な材料であるからフォトダイオ−ド、太陽電池
とした場合高価な素子になる。勿論高速性を重視する場
合はGaAsが良く用いられる。これはバンドギャップ
よりも電子移動度が大きいという性質を利用するもので
ある。より短波長の光に対しても感度の高い受光素子と
その製造方法を提供することが本発明の目的である。However, the forbidden band width of a silicon semiconductor is 1.12 eV, which is small. This is 1.1 μm when converted to the wavelength of light. Therefore, the wavelength of the silicon semiconductor having high sensitivity is in the infrared region. In order to detect light having a shorter wavelength and to convert light having a shorter wavelength into energy, it is necessary to use a semiconductor having a wider band gap. For example, GaAs is 1.4
Has a band gap of. Since this is a direct transition type, it can have high sensitivity to light. However, the sensitivity to visible light is not so good. In addition, since GaAs semiconductor is an expensive material, it becomes an expensive element when used as a photodiode or a solar cell. Of course, GaAs is often used when high speed is important. This utilizes the property that the electron mobility is larger than the band gap. It is an object of the present invention to provide a light-receiving element having high sensitivity to light having a shorter wavelength and a manufacturing method thereof.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のシリコン半導体
受光素子は、多孔質のシリコン半導体層に、p領域、n
領域、pn接合を設け、多孔質シリコンのp領域とn領
域に接続される電極をシリコン半導体に対して形成し、
かつpn接合に光を導くための受光部を設けたことを特
徴とする。本発明の受光素子の製造方法は、n型または
p型の単結晶シリコンをフッ酸中で陽極酸化して一部分
を多孔質化し、このシリコン基板の上に、拡散法によっ
てp領域またはn領域を形成し、その上にリング状の絶
縁体と、リング状電極とを設け、シリコン基板にはもう
一方の電極を設けることを特徴とする。本発明の受光素
子の他の製造方法は、n型又はp型基板の上にp型層ま
たはn型層をエピタキシャル成長させた後、フッ酸中で
陽極酸化してシリコンの一部を多孔質化し、その上にそ
れぞれn側電極とp側電極を形成したことを特徴とす
る。A silicon semiconductor light receiving element of the present invention comprises a porous silicon semiconductor layer, a p region, and an n region.
A region, a pn junction is provided, and an electrode connected to the p region and the n region of porous silicon is formed on the silicon semiconductor,
In addition, a light receiving portion for guiding light to the pn junction is provided. In the method for manufacturing a light-receiving element of the present invention, an n-type or p-type single crystal silicon is anodized in hydrofluoric acid to partially make it porous, and a p region or an n region is formed on this silicon substrate by a diffusion method. It is characterized in that it is formed, a ring-shaped insulator and a ring-shaped electrode are provided thereon, and the other electrode is provided on the silicon substrate. Another method of manufacturing a light-receiving element of the present invention is to epitaxially grow a p-type layer or an n-type layer on an n-type or p-type substrate, and then anodize in hydrofluoric acid to make a part of silicon porous. , And an n-side electrode and a p-side electrode are formed on each of them.
【0007】[0007]
【作用】単結晶シリコンは三次元的に波動関数が拡がり
うるのでブロッホ波となり、等方的なエネルギ−バンド
構造を持っている。これは前述のように狭い一定のバン
ドギャップを持っている。ところが近年になって陽極酸
化によって多孔質化したシリコンは、より広いバンドギ
ャップを持つのでは無いかということが示唆された。L.
T.Canham,"Silicon quantum wire array fabrication b
y electrochemicaland chemical dissolution of wafer
s",Appl.Phys.Lett.57,(10),p1046,(1990) これはシリコン単結晶ウエハを40%のフッ酸溶液の中
でウエハを陽極に、Pt電極を陰極にして酸化させると
ウエハの表面が多孔質化しバンド構造が異なるというこ
とを言っている。フッ酸に対してガラスやSiO2 は腐
蝕されるが、Siは腐蝕されない。これはSiのホトリ
ソグラフィを可能とする条件である。しかしフッ酸中で
Siを陽極として電流を流すと面に垂直な方向にSiが
腐蝕されるということが見いだされた。多数の穴が面と
垂直な方向に伸びてゆく。規則正しく穴が分布している
ようである。陽極酸化の進行とともに穴の深さと直径が
拡大してゆく。多孔率が上がり80%程度になると、隣
接する穴同士が接触するようになる。Siは柱状のもの
として残される。柱状のSiが数nm程度になると、電
子の走行できる領域が面に直角な線状になる。これは量
子細線であると、Canhamは主張している。The single crystal silicon has a isotropic energy-band structure because it becomes a Bloch wave because the wave function can spread three-dimensionally. It has a narrow and constant band gap as described above. However, it has been suggested in recent years that silicon made porous by anodic oxidation may have a wider band gap. L.
T. Canham, "Silicon quantum wire array fabrication b
y electrochemicaland chemical dissolution of wafer
s ", Appl.Phys.Lett.57, (10), p1046, (1990) This is when a silicon single crystal wafer is oxidized in a 40% hydrofluoric acid solution using the wafer as an anode and the Pt electrode as a cathode. It is said that the surface of the wafer is porous and the band structure is different.Since glass and SiO 2 are corroded by hydrofluoric acid, Si is not corroded.This is a condition that enables photolithography of Si. However, it has been found that Si is corroded in the direction perpendicular to the plane when Si is used as an anode in hydrofluoric acid, and many holes grow in the direction perpendicular to the plane. As the anodization progresses, the depth and diameter of the holes increase, and when the porosity increases to about 80%, adjacent holes come into contact with each other. The columnar Si has a thickness of about several nm. If that, the running possible region of the electron is perpendicular linear to the surface. This is the is the quantum wires, Canham alleges.
【0008】バルク単結晶では電子はブロッホ状態を取
り、波動関数は三次元的に自由に拡がっている。これを
二次元的な広がりまたは一次元的な広がりに制限すると
多様な新しい性質が現れる。このような試みは主に物理
学的な興味に基づいてなされるが、実際に産業上にも利
用される場合もある。例えば、ノンド−プGaAs層の
上に、Siド−プAlGaAs層を設けたものは、後者
の電子がノンド−プのGaAs層に入り、ここで2次元
電子ガスとなる。これは電子親和力がAlGaAsの方
が大きく、またバンドギャップがAlGaAsの方が大
きいからである。これらの薄膜は分子線エピタキシ−法
によって作られる。電子移動度が極めて大きいので、F
ETとして利用されると、高速の素子となりうる。これ
は面と平行な方向に自由に動きうるので2次元電子ガス
というのである。このようなものを作るには分子線エピ
タキシ−法が最適である。反対に分子線エピタキシ−法
がなければこのようなものは作製できなかったに違いな
い。原子間隔に近いオ−ダ−の薄い薄膜をエピタキシャ
ル成長させなければならないからである。量子効果が現
れるためには、狭い範囲に電子を閉じ込めることのでき
る井戸型ポテンシャルを形成しなければならない。例え
ばGaAsとAlGaAsの薄膜を交互に多数層エピタ
キシャル成長したものも作られている。これは面方向に
井戸型ポテンシャルが並んだものになる。In the bulk single crystal, the electrons are in the Bloch state, and the wave function is three-dimensionally spread freely. If this is limited to a two-dimensional spread or a one-dimensional spread, various new properties will appear. Such attempts are mainly based on physical interests, but in some cases they are actually used in industry. For example, in the case where the Si-doped AlGaAs layer is provided on the non-doped GaAs layer, the latter electrons enter the non-doped GaAs layer and become a two-dimensional electron gas there. This is because the electron affinity of AlGaAs is larger and the band gap of AlGaAs is larger. These thin films are made by the molecular beam epitaxy method. Since the electron mobility is extremely high, F
When used as an ET, it can be a high-speed device. This is a two-dimensional electron gas because it can move freely in the direction parallel to the plane. The molecular beam epitaxy method is most suitable for producing such a material. On the contrary, it must have been possible to produce such a material without the molecular beam epitaxy method. This is because it is necessary to epitaxially grow a thin thin film having an order close to the atomic spacing. In order for the quantum effect to appear, a well-type potential that can confine electrons in a narrow range must be formed. For example, a thin film of GaAs and AlGaAs is alternately grown to form a large number of layers. This is a well-type potential arranged in the plane direction.
【0009】一次元的に閉じ込めるためには前記のよう
な構造を面方向だけでなく、面と平行な方向にも作らな
ければならない。例えば異なる成分の薄膜を積層しこれ
を斜めにエッチングしさらに異なる成分の薄膜を積層し
たものがある。こうすると、バンドギャップの小さい層
の交点に当たる部分に電子の局在する部分が生ずる。こ
れは一次元的な広がりを持つので、電子は直線方向に運
動する。この広がりがÅのオ−ダ−であるので量子効果
が起こる。このようなものを量子細線ということがあ
る。井戸型ポテンシャルの中では、電子のエネルギ−が
離散化されるが、最低時の準位のエネルギ−は零点振動
のために0ではないようになる。ポテンシャルの幅をd
とすると、最低時の準位の波動関数は波長λ=2dにな
るので、波数k=2π/λ=π/dとなる。従って幅方
向の運動エネルギ−がh2 /8md2 となる。これは最
低次の準位のエネルギ−である。より高次の準位のエネ
ルギ−はこれより上に離散的な準位を形成する。量子細
線と直交する方向には運動が制限されるが、細線の方向
には電子が自由に動きうるので、これは通常のバンドを
作りうる。すると、量子効果によって、バンド端よりも
上に準位のある状態を形成できるということになる。2
次元、1次元に閉じ込められた電子のふるまいについて
は、磁場を掛けたり、光を照射したりしてその応答を調
べることによって研究されている。量子細線はこのよう
に分子線エピタキシ−によってエピタキシャル成長を行
わないと作ることができないと言われていた。しかしS
iの陽極酸化によって多孔質化したものは、面と垂直な
方向には局在しているので、これは量子細線であるとい
う主張がなされている。In order to confine one-dimensionally, the above structure must be formed not only in the plane direction but also in the direction parallel to the plane. For example, there is one in which thin films of different components are laminated, and this is obliquely etched to further laminate thin films of different components. In this case, a part where electrons are localized is generated at a part corresponding to an intersection of layers having a small band gap. Since this has a one-dimensional spread, the electrons move in a linear direction. Since this spread is on the order of Å, the quantum effect occurs. Such a thing is sometimes called a quantum wire. In the well-type potential, the energy of the electron is discretized, but the energy of the lowest level is not zero due to the zero-point oscillation. The width of the potential is d
Then, since the wave function of the lowest level has the wavelength λ = 2d, the wave number k = 2π / λ = π / d. Thus the width direction of the kinetic energy - is h 2 / 8md 2. This is the lowest level energy. The higher level energies form discrete levels above this. Although movement is restricted in the direction orthogonal to the quantum wire, this can create a normal band because electrons can move freely in the direction of the wire. Then, the quantum effect can form a state having a level above the band edge. Two
The behavior of electrons trapped in one dimension and one dimension has been studied by examining the response by applying a magnetic field or irradiating light. It has been said that quantum wires cannot be produced without epitaxial growth by molecular beam epitaxy. But S
It is argued that this is a quantum wire, since the i made porous by anodic oxidation is localized in the direction perpendicular to the plane.
【0010】Canhamは、p- 、p+ Siウエハに
ついて陽極酸化したものを4.2Kでホトルミネッセン
スを調べている。これらは、1.43eV、1.38e
V程度のエネルギ−に対してピ−クを示している。本来
のSiのバンドギャップは1.1eVであるから、これ
は量子効果によって実効的にバンドギャップが拡大した
という訳である。また陽極酸化の時間に比例してホトル
ミネッセンスのピ−クエネルギ−が高くなって行くとい
うことが観察される。分子線エピタキシ−以外の手段に
よって量子細線を形成できたということである。しかし
量子細線であるためには、線が一次元的に伸びているこ
と、穴が錯綜しておらずたがいに平行で整然としている
などの条件が課される。ホトルミネッセンスというの
は、高いエネルギ−を持つ光を照射し、これによって発
生する光の強度を波長毎に測定したものである。不純物
準位で発光することもあるし、バンドギャップ遷移によ
って発光することもある。発光の機構は様々である。こ
れは電極をつけることも要らず、簡単にバンドギャップ
を調べることができる。しかしホトルミネッセンスのピ
−ク移動がバンドギャップの拡大に対応しているのか不
純物による発光なのかという疑問は残る。穴が面と垂直
に均等に形成されるのであればそうかもしれない。Canham has investigated photoluminescence at 4.2K for anodized p − and p + Si wafers. These are 1.43eV, 1.38e
A peak is shown for an energy of about V. Since the original band gap of Si is 1.1 eV, this means that the band gap is effectively expanded by the quantum effect. It is also observed that the peak energy of photoluminescence increases in proportion to the time of anodic oxidation. This means that quantum wires could be formed by means other than molecular beam epitaxy. However, to be a quantum wire, there are conditions such as that the wire extends one-dimensionally and that the holes are not complicated and are parallel and orderly. Photoluminescence is a measurement of the intensity of light emitted by irradiating light having a high energy for each wavelength. Light may be emitted at the impurity level or may be emitted due to bandgap transition. There are various light emission mechanisms. In this case, it is not necessary to attach an electrode, and the band gap can be easily examined. However, there remains the question of whether the photoluminescence peak shift corresponds to the widening of the bandgap or the emission due to impurities. This may be the case if the holes are evenly formed perpendicular to the plane.
【0011】V.Lehmann et al,"Porous silicon format
ion: A quantum wire effect",Appl.Phys.Lett.58,(8),
p856,(1991) これは薄いフッ酸溶液中でSiを陽極に、Ptを陰極に
して電流を流しSiを多孔質化している。これはフッ酸
が薄いほうが良いといっている。またこの論文はどうし
てフッ酸溶液中でSiが腐蝕されるのかという疑問にた
いしてひとつの仮説を提案している。水酸基OH- が電
界の作用で陽極であるSiの方へ引き寄せられる。ここ
で酸素が一部酸化されて気体となり排除される。水素が
Siの表面に残りこれを覆う。もともとSiの最外表面
にはダングリングボンドが多数存在していたのである
が、このボンドが一部解けて水素と結合する。Si−H
結合が発生する。これはひとつのSiにたいしてふたつ
できる。Siの内部には正孔がありこれがかなり自由に
動き回っている。これが最外表面に至りSi−Hの結合
を断ち切る。この近傍には自由なFが存在しているの
で、FがHの変わりにSiに結び付く。Si−Fの結合
ができる。これもひとつのSiに対してふたつできる。
さらにSi−Siの結合がHに置き換えられる。最外表
面のSiに対して4つのFが結合し、このSiはSiF
4 となって離脱して行く。このようにしてHとFを仲立
ちとしてSiが腐蝕されてゆく。Si表面にHがびっし
りと付着するのでこのような現象が起きるのである。V. Lehmann et al, "Porous silicon format
ion: A quantum wire effect ", Appl.Phys.Lett.58, (8),
p856, (1991) This is a thin hydrofluoric acid solution in which Si is used as an anode and Pt is used as a cathode to pass an electric current to make Si porous. It is said that it is better to use thin hydrofluoric acid. This paper also proposes a hypothesis for the question of why Si is corroded in hydrofluoric acid solution. The hydroxyl group OH - is attracted toward Si, which is the anode, by the action of the electric field. Here, oxygen is partially oxidized and becomes a gas and is eliminated. Hydrogen remains on the surface of Si and covers it. Originally, a large number of dangling bonds existed on the outermost surface of Si, but some of these bonds were broken to bond with hydrogen. Si-H
Bonding occurs. This can be done two times for one Si. There are holes inside Si, which move about freely. This reaches the outermost surface and breaks the Si—H bond. Since free F exists in this vicinity, F binds to Si instead of H. Si-F bonds can be formed. This can also be done for one Si.
Further, the Si-Si bond is replaced with H. Four Fs are bonded to Si on the outermost surface, and this Si is SiF.
It becomes 4 and leaves. In this way, Si is corroded by using H and F as intermediaries. This phenomenon occurs because H is closely attached to the Si surface.
【0012】Lehmannは従ってOH- 濃度が高い
必要があり当然pHの高いフッ酸濃度の低い溶液でない
とこのような現象が起こらないとしている。電流密度も
或る程度低くないといけないといっている。この仮説も
疑問のあるところである。しかし陽極酸化によって面と
垂直に穴が成長して行くということは確かなようであ
る。ふつうに多孔質物質として知られた活性炭などとは
この点で大きく異なる。この論文はホトルミネッセンス
ではなく、光の透過率を測定している。半導体ではバン
ドギャップより小さいエネルギ−の光は吸収されずに透
過する。吸収端のエネルギ−がバンドギャップにほぼ対
応する。したがって透過率からバンドギャップが分かる
のである。これによると、p+ 型Siの表面を陽極酸化
して多孔質化したものは、吸収端が1.24eVに増加
している。またp型Siの表面を陽極酸化したものは、
吸収端が1.76eVになっている。これはバンドギャ
ップがここ,まで拡がっているということの証拠である
という。Therefore, Lehmann argues that such a phenomenon does not occur unless a solution having a high OH − concentration and a high pH and a low hydrofluoric acid concentration is used. He said that the current density must be low to some extent. This hypothesis is also questionable. However, it seems certain that anodic oxidation will cause holes to grow perpendicular to the plane. This differs greatly from activated carbon, which is usually known as a porous material, in this respect. This paper measures light transmission, not photoluminescence. In semiconductors, light with energy smaller than the band gap is transmitted without being absorbed. The energy at the absorption edge almost corresponds to the band gap. Therefore, the band gap can be known from the transmittance. According to this, in the case where the surface of p + type Si is anodized to be porous, the absorption edge is increased to 1.24 eV. The surface of p-type Si is anodized,
The absorption edge is 1.76 eV. This is evidence that the bandgap has expanded to this point.
【0013】N.Koshida et al,"efficient Visible Pho
toluminescence from Porous silicon",Jpn.J.Appl.Phy
s.30,7B,pL1221-L1223(1991) これもフッ酸中でSiを陽極酸化している。これは室温
でのホトルミネッセンスを測定している。陽極酸化した
多孔質のp型Siの場合ホトルミネッセンスのピ−クが
700nmである。n型Siの場合はピ−クが650n
mである。ホトルミネッセンスのピ−クが低波長側に移
ったということは、バンドギャップが拡大したというこ
とであるという。Siは間接遷移型の半導体であるが、
ホトルミネッセンスの強度も大きい.このように陽極酸
化して多孔質化したSiは面に平行な方向には電子が局
在しエネルギ−が前述のようにh2 /8md2 だけバン
ド端より高まる。2方向について局在するので結局h2
/4md2 だけエネルギ−が高くなるということにな
る。mは電子の有効質量である。伝導帯はこれだけエネ
ルギ−が上がるが、価電子帯は同じ式であらわされるだ
けエネルギ−が下がるので、バンドギャップの拡大はこ
れらの両者の和ということになる。ただしmはそれぞれ
のバンド端での有効質量である。N. Koshida et al, "efficient Visible Pho
toluminescence from Porous silicon ", Jpn.J.Appl.Phy
s.30, 7B, pL1221-L1223 (1991) This also anodizes Si in hydrofluoric acid. It measures photoluminescence at room temperature. In the case of anodized porous p-type Si, the photoluminescence peak is 700 nm. In case of n-type Si, the peak is 650n
m. The fact that the photoluminescence peak has shifted to the lower wavelength side means that the bandgap has expanded. Si is an indirect transition type semiconductor,
The intensity of photoluminescence is also large. Thus anodized to porous the Si electron is localized in the direction parallel to the surface energy - increases than the band edge by h 2 / 8md 2 as described above. Since it is localized in two directions, h 2 is eventually
This means that the energy becomes higher by / 4 md 2 . m is the effective mass of the electron. The energy of the conduction band is increased by this amount, but the energy of the valence band is decreased by the same formula, so that the expansion of the band gap is the sum of these two. However, m is the effective mass at each band edge.
【0014】このように陽極酸化多孔質化したSiは量
子細線ができるので、バンドギャップが実効的に拡大し
ているという論文は幾つかあるが、これを積極的に利用
したものは未だない。吸収係数の測定は非常に消極的な
バンドギャップの測定に過ぎない。このように多孔率の
高いものが未だに半導体であるのか、どうしてアモルフ
ァスではないのか?明らかでない。半導体であればバン
ドギャップがあるのであるが、ブロッホ波が存在しえな
いような高い多孔率のものは果たして半導体であるとい
えるのか、不明である。またホトルミネッセンスは吸収
と同様に消極的な測定法である。これは不純物準位やそ
の他の準位も反映する筈である。果たしてバンドギャッ
プと言えるものがあるのか、そもそも伝導帯、価電子帯
というようなものが存在しうるのか?アモルファスSi
が登場した当時に提出されたような疑問を感じるところ
である。しかもこれは未だに物性論的な興味の範囲を出
ることができず応用などは考えられていない。本発明者
はこの現象を積極的に利用してバンドギャップの広い感
度を可視光域にもつSi受光素子を製作することに成功
したのである。陽極酸化によって、1次元的に整然とし
て平行な穴が多数穿孔されているから感度が可視光域に
まで拡がるという利点がある。これは先程も述べたよう
に伝導帯端部でのエネルギ−が上がり、価電子帯の端部
でのエネルギ−が下がるのでバンドギャップが実効的に
拡がるからである。Although there are some papers that the band gap is effectively widened because Si is anodized and made porous to form quantum wires, no one has positively utilized this. The absorption coefficient measurement is only a very passive bandgap measurement. Is such a high porosity still a semiconductor, and why is it not amorphous? Not clear. A semiconductor has a band gap, but it is unclear whether a semiconductor with a high porosity such that Bloch waves cannot exist is a semiconductor. Photoluminescence is a passive measuring method as well as absorption. This should also reflect impurity levels and other levels. Is there a band gap, or is there a conduction band or valence band in the first place? Amorphous Si
I feel the question that was submitted when was first introduced. Moreover, this is still out of the scope of physical property interest, and its application is not considered. The present inventor has succeeded in producing a Si light receiving element having a wide bandgap sensitivity in the visible light region by positively utilizing this phenomenon. Anodization has the advantage that the sensitivity is extended to the visible light range because a large number of parallel holes are formed in a one-dimensional order. This is because the energy at the edge of the conduction band increases and the energy at the edge of the valence band decreases as described above, so that the band gap is effectively widened.
【0015】もちろん電子や正孔が一次元的に局在して
いるので、移動度が著しく低下するはずである。しかし
それは差し支えないことである。面と平行な方向には移
動度が低下する。しかし面と直角な方向つまり厚み方向
には移動度は殆ど低下しない。受光素子の場合電極は面
の両側に付けるから電流は面に直交する方向に流れる。
電流の流れる方向の移動度は低下しないのである。した
がってこの受光素子は移動度の点では従来のものと比較
して遜色ない。この点でFETやバイポ−ラトランジス
タ等を作った場合などと異なる。もしもFETをこのS
iで作るとすると電流の流れが面と平行であるので移動
度の低下が著しく、とても使い物にならない。高速応答
できず、相互コンダクタンスも低いであろう。本発明は
面と直交する方向に電流の流れる受光素子としての応用
であるので、移動度の低下がない。異方性の著しい材料
であるが最良の方向を利用できる。pn接合が果たして
できるかということも心配であるが、pn接合を作った
あとで陽極酸化するから、これによってpn接合が破壊
されない。Of course, since the electrons and holes are one-dimensionally localized, the mobility should be significantly reduced. But that is okay. Mobility decreases in the direction parallel to the plane. However, the mobility hardly decreases in the direction perpendicular to the plane, that is, in the thickness direction. In the case of a light receiving element, the electrodes are provided on both sides of the surface, so that the current flows in the direction orthogonal to the surface.
The mobility in the direction of current flow does not decrease. Therefore, this light receiving element is comparable to the conventional one in terms of mobility. This is different from the case where FETs, bipolar transistors, etc. are made. If FET is this S
If it is made with i, the current flow is parallel to the plane, so the mobility is significantly reduced, and it is very useless. It will not be able to respond at high speed and will have low transconductance. Since the present invention is applied as a light receiving element in which a current flows in a direction orthogonal to the plane, there is no reduction in mobility. It is a highly anisotropic material, but the best direction can be used. Although it is worrisome whether the pn junction can be formed, the pn junction is not destroyed because it is anodized after the pn junction is formed.
【0016】以上に説明したものは、陽極酸化多孔質S
iを材料とすれば当然に予想できることかもしれない。
しかしもうひとつ本発明の受光素子は大きな利点があ
る。それは表面がpn接合領域に到達し易く、ここで電
子正孔対を発生し易いということである。このために量
子効率が向上する。多孔率が極めて高い(70%〜80
%)のであるから、垂直に入射した光の多くは空気中を
進んでpn接合領域に到達する。従って減衰が少ない。
従来の受光素子は例えばp領域に入ってpn接合に達す
るまでに減衰するのであまり効率が良くないという難点
があった。この点でも本発明の受光素子は有利である。
つまりより高感度になるということである。What has been described above is the anodized porous S.
If i is used as a material, it may be expected.
However, the light receiving element of the present invention has another great advantage. That is, the surface easily reaches the pn junction region where electron-hole pairs are easily generated. This improves quantum efficiency. Extremely high porosity (70% -80%
%), Most of the vertically incident light travels in the air and reaches the pn junction region. Therefore, there is little attenuation.
For example, the conventional light receiving element has a drawback that it is not very efficient because it is attenuated until it reaches the pn junction after entering the p region. Also in this respect, the light receiving element of the present invention is advantageous.
In other words, it means higher sensitivity.
【0017】[0017]
【実施例】図1は本発明の実施例かかるシリコンフォト
ダイオ−ドの構造を示す。これは図2の構造の受光素子
に本発明を適用したものであり全体の構造は殆ど同じで
ある。n型層1の上にi層2が積層される。i層2の中
央部に選択的にp型領域3が形成される。これは不純物
拡散、イオン打ち込みなどで作られる。p型領域の上部
は、陽極酸化によって多孔質化(多孔質層15)されて
いる。これはフッ酸中でシリコンを陽極し、Ptを陰極
にして陽極酸化したものである。ここではp型領域のみ
を選択的に多孔質化したものを示すが、i層も同じよう
に陽極酸化して多孔質にしても良い。この例のようにp
型領域に多孔質領域を限定すると、多孔質化による材料
強度の低下を防ぐことができる。また,多孔質層の厚み
をさらに増して、p−i接合に至るまでの領域を多孔質
化しても良いのである。p型領域の一部に多孔質化を限
定すると、バンドギャップが厚み方向に異なる素子を作
ることになるので感度の高い波長の範囲を広げることが
できる。1 shows the structure of a silicon photodiode according to an embodiment of the present invention. This is a case where the present invention is applied to the light receiving element having the structure shown in FIG. 2, and the entire structure is almost the same. The i layer 2 is stacked on the n-type layer 1. A p-type region 3 is selectively formed in the center of i layer 2. This is made by impurity diffusion, ion implantation, etc. The upper part of the p-type region is made porous (porous layer 15) by anodic oxidation. This is obtained by anodizing silicon in hydrofluoric acid with Pt as a cathode. Here, only the p-type region is selectively made porous, but the i layer may be similarly anodized to be porous. P as in this example
When the porous region is limited to the mold region, it is possible to prevent a decrease in material strength due to the porosity. Further, the thickness of the porous layer may be further increased to make the region up to the p-i junction porous. If the porosity is limited to a part of the p-type region, an element having different band gaps in the thickness direction is made, so that the wavelength range with high sensitivity can be widened.
【0018】さらに絶縁体であるSiO2 層4がリング
状に設けられ、この上にリング状のp側電極5が形成さ
れる。これはp型領域3に対してオ−ミック接続してい
る。光がp型領域3に入射する部分は開口になってい
る。この部分は反射防止膜6によって覆われている。光
は上部の開口から入射しp型層3、i層2の境界近傍で
電子正孔対を生成して消滅する。下方に示したn型層1
は、n型基板の場合もあるし、n型基板の上に成長させ
た薄膜である場合もある。n型層の下にn側電極が形成
されているが、これは図示を略した。材料であるシリコ
ンはもともとは単結晶であるが、陽極酸化多孔質化され
た領域は、面と平行な方向には規則正しい格子構造が存
在しない。。フォトダイオ−ドの形式は様々であり光が
基板の方から入射するものもあり多様である。電極間に
逆バイアスを印加しておき光を照射すると、光が中央の
開口部からp型領域、i層に入射し電子正孔対を生ず
る。これは逆バイアスのために電流を生ずる。こうして
光を電気信号に変換できる。受光素子としても太陽電池
としても本発明を等しく用いることができる。このよう
な点は従来例のものと異ならない。Further, a SiO 2 layer 4 which is an insulator is provided in a ring shape, and a ring-shaped p-side electrode 5 is formed thereon. This is in ohmic contact with the p-type region 3. The part where the light enters the p-type region 3 is an opening. This portion is covered with the antireflection film 6. The light enters through the opening on the upper side, and in the vicinity of the boundary between the p-type layer 3 and the i-layer 2, electron-hole pairs are generated and disappear. N-type layer 1 shown below
May be an n-type substrate or a thin film grown on the n-type substrate. An n-side electrode is formed under the n-type layer, but this is not shown. The material silicon is originally a single crystal, but the anodized porous region does not have a regular lattice structure in the direction parallel to the plane. . There are various types of photodiodes, and there are various types in which light is incident from the substrate. When a reverse bias is applied between the electrodes and light is irradiated, the light is incident on the p-type region and the i-layer through the central opening to generate electron-hole pairs. This produces a current due to reverse bias. In this way light can be converted into electrical signals. The present invention can be equally applied to both the light receiving element and the solar cell. This point is no different from the conventional example.
【0019】図3はショットキ−接合を用いる例であ
る。これは図4の構造に対して本発明を適用したもので
ある。この受光素子は、n+ 型層7、n型層8を積層し
た構造を有する。n+ 型層7は基板であることもある
し、基板の上に成長させた薄膜であることもある。n型
層の上部が陽極酸化多孔質層16になっている。この部
分のバンドギャップが拡大している。n型層8の上には
周縁部にリング状の絶縁体SiO2 膜9が形成される。
中央部には半透明金属薄膜10が設けられる。これらの
上にリング状の金属電極11が設けられる。中央の開口
には反射防止膜12がある。これは半透明金属膜10と
n型層8とがショットキ−接合している。ここでダイオ
−ド特性が発生する。光がn型層に入射し電子正孔対を
生ずると逆バイアス電圧によって電流が流れる。多孔質
層によってバンドギャップが拡がっているので光のエネ
ルギ−がより高い方まで感度がある。こうして可視光に
対してもかなり大きい感度を持つようになる。FIG. 3 shows an example using a Schottky junction. This is an application of the present invention to the structure of FIG. This light receiving element has a structure in which an n + type layer 7 and an n type layer 8 are stacked. The n + type layer 7 may be a substrate or a thin film grown on the substrate. The upper part of the n-type layer is the anodized porous layer 16. The band gap of this part is expanding. A ring-shaped insulator SiO 2 film 9 is formed on the peripheral portion of the n-type layer 8.
A semitransparent metal thin film 10 is provided in the central portion. A ring-shaped metal electrode 11 is provided on these. There is an antireflection film 12 in the central opening. In this, the semitransparent metal film 10 and the n-type layer 8 are in Schottky junction. Here, the diode characteristic occurs. When light enters the n-type layer and generates electron-hole pairs, a current flows due to the reverse bias voltage. Since the band gap is widened by the porous layer, there is sensitivity up to the higher energy of light. In this way, it becomes quite sensitive to visible light.
【0020】図2の従来例に係る受光素子は、800n
m〜900nmで最高感度を持っていたが、本発明の受
光素子は600〜700nmで最高感度を有する。20
0nm程度も最高感度領域を低波長側に推移することが
できたということになる。これは受光素子の場合である
が、太陽電池に適用したときは、可視光をより有効に電
気エネルギ−に変換できる。また多孔質化によって効率
をあげることができるからより優れた太陽電池となる。The light receiving element according to the conventional example of FIG.
Although it had the highest sensitivity at m to 900 nm, the light receiving element of the present invention has the highest sensitivity at 600 to 700 nm. 20
This means that the maximum sensitivity region of about 0 nm could be shifted to the low wavelength side. This is the case of a light receiving element, but when it is applied to a solar cell, visible light can be more effectively converted into electric energy. Further, since the efficiency can be increased by making it porous, a more excellent solar cell can be obtained.
【0021】[0021]
【発明の効果】本発明の受光素子は、陽極酸化して多孔
質となり実効的にバンドギャップの拡大したシリコンを
受光部とするので、受光感度がより短波長の側に移行す
る。このため可視光に最大感度を有する受光素子とする
ことができる。GaAsなどよりも安価な材料であるシ
リコンで作ることができるからより低廉な可視光用の受
光素子とすることができる。また太陽電池とする場合も
可視光をより効率良く電気エネルギ−に変換できるので
より有用である。フォトダイオ−ド、フォトトランジス
タ、太陽電池など広く受光素子として用いることができ
る。陽極酸化多孔質シリコンの性質はこれまで光の吸収
端の変化や、ホトルミネッセンスの変化によって研究さ
れていたが、これを積極的に利用する方途がなかった。
本発明は陽極酸化多孔質シリコンに初めて実際的な用途
を与えるものである。トランジスタやFETに利用する
場合は電流の流れが面に平行になるので移動度が極端に
小さく絶縁体に近いから使い物にならないであろう。し
かし本発明は電流が面と直角方向に流れる受光素子であ
るので、移動度が低下するということはない。この点で
本発明は陽極酸化多孔質シリコンの特長を巧みに利用す
るということができる。また実効的な表面積が拡大する
ので変換効率が増大し有利な光電変換素子である。In the light receiving element of the present invention, the light receiving sensitivity is shifted to the shorter wavelength side because the light receiving portion is made of silicon which is anodized and becomes porous to effectively widen the band gap. Therefore, a light receiving element having maximum sensitivity to visible light can be obtained. Since it can be made of silicon, which is a cheaper material than GaAs, it is possible to obtain a cheaper light receiving element for visible light. In addition, a solar cell is more useful because it can more efficiently convert visible light into electric energy. It can be widely used as a light receiving element such as a photodiode, a phototransistor, and a solar cell. The properties of anodized porous silicon have been studied so far by changes in the absorption edge of light and changes in photoluminescence, but there was no way to positively utilize this.
The present invention for the first time gives anodized porous silicon practical applications. When used for a transistor or a FET, the current flow becomes parallel to the surface, so the mobility is extremely small and it is close to an insulator, so it would be useless. However, since the present invention is a light receiving element in which a current flows in a direction perpendicular to the surface, the mobility does not decrease. In this respect, the present invention can be said to take advantage of the features of anodized porous silicon. Further, since the effective surface area is increased, the conversion efficiency is increased, which is an advantageous photoelectric conversion element.
【図1】本発明の実施例に係るフォトダイオ−ドの概略
断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view of a photodiode according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来例に係るフォトダイオ−ドの概略断面図。FIG. 2 is a schematic sectional view of a conventional photodiode.
【図3】ショットキ−接合を用いた本発明の他の実施例
に係るフォトダイオ−ドの概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a photodiode according to another embodiment of the present invention using Schottky junction.
【図4】ショットキ−接合を用いた従来例に係るフォト
ダイオ−ドの概略断面図。FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional photodiode using Schottky junction.
1 n型層 2 i層 3 p型領域 4 SiO2 膜 5 金属電極 6 反射防止膜 7 n+ 型層 8 n型層 9 SiO2 膜 10 半透明金属薄膜 11 金属電極 12 反射防止膜 15 多孔質層 16 多孔質層1 n-type layer 2 i-layer 3 p-type region 4 SiO 2 film 5 metal electrode 6 antireflection film 7 n + type layer 8 n-type layer 9 SiO 2 film 10 semitransparent metal thin film 11 metal electrode 12 antireflection film 15 porous Layer 16 Porous layer
Claims (4)
するシリコン半導体層と、該p領域と該n領域にオ−ミ
ック接続される電極と、かつpn接合に光を導くための
受光部を設けた受光素子であって、シリコン半導体層の
表面が陽極酸化して多孔質化されたものであることを特
徴とするシリコン半導体受光素子。1. A silicon semiconductor layer having a p-region, an n-region, an i-region and a pn junction, an electrode ohmic-connected to the p-region and the n-region, and light reception for guiding light to the pn junction. A silicon semiconductor light-receiving element having a portion, wherein the surface of the silicon semiconductor layer is anodized to be porous.
域を有するシリコン半導体層と、該p領域または該n領
域にショットキ−接続される電極と、オ−ミック接続さ
れる電極と、p領域またはn領域に光を導くための受光
部を設けた受光素子であって、シリコン半導体層の表面
が陽極酸化して多孔質化されたものであることを特徴と
するシリコン半導体受光素子。2. A silicon semiconductor layer having a p region or an n region in a silicon semiconductor layer, an electrode Schottky-connected to the p region or the n region, an electrode ohmic-connected, and a p region or A light-receiving element provided with a light-receiving portion for guiding light to the n region, wherein the surface of the silicon semiconductor layer is anodized and made porous.
i領域、pn接合を設け、該シリコン半導体の表面をフ
ッ酸中で陽極酸化して多孔質化し、p領域とn領域にオ
−ミック接続される電極をシリコン半導体に対して形成
したことを特徴とするシリコン半導体受光素子の作製方
法。3. A p-type region, an n-type region, and
An i region and a pn junction are provided, the surface of the silicon semiconductor is anodized in hydrofluoric acid to make it porous, and an electrode ohmic-connected to the p region and the n region is formed for the silicon semiconductor. And a method for manufacturing a silicon semiconductor light receiving element.
域を設け、該シリコン半導体をフッ酸中で陽極酸化して
多孔質化し、p領域またはn領域にショットキ−接続さ
れる電極とオ−ミック接続される電極を形成したことを
特徴とするシリコン半導体受光素子の作製方法。4. A silicon semiconductor layer is provided with a p region or an n region, the silicon semiconductor is anodized in hydrofluoric acid to make it porous, and an electrode and an ohmic contact which are Schottky connected to the p region or the n region. A method for manufacturing a silicon semiconductor light receiving element, characterized in that electrodes to be connected are formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4084628A JPH05251725A (en) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | Silicon semiconductor light-receiving element and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4084628A JPH05251725A (en) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | Silicon semiconductor light-receiving element and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05251725A true JPH05251725A (en) | 1993-09-28 |
Family
ID=13835949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4084628A Pending JPH05251725A (en) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | Silicon semiconductor light-receiving element and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05251725A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6033928A (en) * | 1993-11-02 | 2000-03-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of manufacturing aggregate of semiconductor micro-needles |
US6734451B2 (en) | 1993-11-02 | 2004-05-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
WO2012120869A1 (en) * | 2011-03-07 | 2012-09-13 | 住友化学株式会社 | Semiconductor substrate, semiconductor device, and method for producing semiconductor substrate |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP4084628A patent/JPH05251725A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6033928A (en) * | 1993-11-02 | 2000-03-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of manufacturing aggregate of semiconductor micro-needles |
US6087197A (en) * | 1993-11-02 | 2000-07-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
US6177291B1 (en) | 1993-11-02 | 2001-01-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of making aggregate of semiconductor micro-needles |
US6489629B1 (en) | 1993-11-02 | 2002-12-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
US6734451B2 (en) | 1993-11-02 | 2004-05-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
WO2012120869A1 (en) * | 2011-03-07 | 2012-09-13 | 住友化学株式会社 | Semiconductor substrate, semiconductor device, and method for producing semiconductor substrate |
US8901605B2 (en) | 2011-03-07 | 2014-12-02 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Semiconductor wafer, semiconductor device, and method of producing semiconductor wafer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4440615B2 (en) | Avalanche photodiodes for use in harsh environments | |
JP5266521B2 (en) | Infrared sensor and infrared sensor IC | |
JP6137195B2 (en) | Infrared detector | |
US6326654B1 (en) | Hybrid ultraviolet detector | |
JP2007250648A (en) | Light detector | |
US20150053261A1 (en) | Solar cell | |
CN113921646A (en) | Single-photon detector, manufacturing method thereof and single-photon detector array | |
JP2001007379A (en) | Gallium nitride based compound semiconductor photo detector | |
CN107403848A (en) | A kind of back-illuminated type cascade-multiplied avalanche photodide | |
JP6673038B2 (en) | Semiconductor crystal substrate, infrared detector, method of manufacturing semiconductor crystal substrate, and method of manufacturing infrared detector | |
JP2006040919A (en) | Avalanche photodiode | |
JPH0243777A (en) | Quantum well radiation detecor | |
WO2018042534A1 (en) | Semiconductor crystal substrate, infrared detection device, optical semiconductor device, semiconductor device, thermoelectric transducer, method for producing semiconductor crystal substrate, and method for producing infrared detection device | |
CN1185718C (en) | Photo diode providing high-linearity signal current in response to light receiving signal | |
JPH05251725A (en) | Silicon semiconductor light-receiving element and its manufacture | |
KR20020005990A (en) | Semiconductor device | |
CN1123935C (en) | Cascaded infrared photovoltaic detector with more quantum traps | |
JP5082233B2 (en) | Infrared detector manufacturing method | |
JP2018107278A (en) | Optical switch and optical switch device | |
JP2011029301A (en) | Quantum dot type photodetector | |
RU220600U1 (en) | Heterostructural photodiode for the near and mid-IR range based on indium arsenide-phosphide-bismuthide nanocrystals on silicon substrates | |
JP4694417B2 (en) | Quantum dot optical semiconductor device | |
US20050258415A1 (en) | Heterojunction far infrared photodetector | |
US20100314608A1 (en) | Photodetectors | |
CN116154030B (en) | Silicon carbide avalanche photodetector with extreme ultraviolet to ultraviolet band and preparation method thereof |