受光元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关一种受光元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]下述专利文献1所记载的现有技术为，为了无需进行材料的选定而能够简单地制作对特定波长的光具有灵敏度的受光元件，对具有形成于电极之间的pn接合部的半导体层实施特殊的退火处理，由此在该半导体层产生近场光(修整光子)，并将近场光的产生处作为对所希望波长的光具有灵敏度的受光部。
[0003]该退火处理，通过对具有pn接合部的半导体层施加正向偏压并照射光而获得对所照射的光的波长具有灵敏度的受光部。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利公开2012-169565号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的技术课题
[0008]—般，为了获得对近红外波长、红外线等长波长光具有灵敏度的受光元件，要求受光部的带隙能量小于所接受的长波长光的光能量，并光能量与波长成反比，因此受光部的材料不得不受限定。一般，Hgl xCdxTe或InSb等带隙较小的半导体材料，或多量子阱层等使用于长波长光的受光部，但这些分别造成如下问题，即，对人体的不良影响，材料不稳定及设备工艺困难，制造工序复杂等问题。
[0009]对此，如前述现有技术，通过利用近场光的新的光激发系统可获得的受光元件解决伴随受限于带隙的材料选择而产生的前述问题，并通过退火处理时所照射的特定波长的光，能够获得对任意波长具有灵敏度的受光部。然而，根据该现有技术，为了施加正向偏压并进行照射光的退火处理，需将夹持pn接合部的电极的一方设为透光性电极，由于ΙΤ0等透明电极无法使波长2.5 μπι以上的中红外线透射，因此无法获得对中红外线等长波长光具有灵敏度的受光元件。
[0010]本发明是以解决这种问题作为课题的一例。即，其目的为解决伴随受限于带隙的材料选择而产生的各种问题，从而能够简单地获得对中红外线等长波长光具有灵敏度的受光元件等。
[0011]用于解决技术课题的方案
[0012]为了实现这种目的，本发明至少具备以下构成。
[0013]—种受光元件，其具备具有pn接合部的半导体层、及夹持所述pn接合部的一对电极，在所述一对电极之间施加正向偏压并照射特定波长的光，由此在所述pn接合部的附近产生近场光，该受光元件的特征在于，通过所述特定波长的光所透射的金属栅网偏光器构成所述一对电极的所述光所照射的一侧的电极。
[0014]发明效果
[0015]通过金属上网偏光器构成电极，能够获得使中红外线或红外线透射的电极，因此，通过在一对电极之间施加正向偏压并照射中红外线或红外线，能够在pn接合部附近产生近场光，并能够简单地获得对红外线等长波长光具有灵敏度的受光元件。
[0016]由此，在获得对红外线等长波长光具有灵敏度的受光元件时，无需进行受限于带隙的材料选择，并能够解决如下问题，即，对人体的不良影响；材料不稳定及设备工艺困难；制造工序复杂等各种问题。
【附图说明】
[0017]图1是说明本发明的实施方式的受光元件的说明图。
[0018]图2是表示本发明的实施方式的金属栅网偏光器的平面结构的说明图。
【具体实施方式】
[0019]以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图1是说明本发明的实施方式的受光元件的说明图。受光元件1具备:具有pn接合部10 j的半导体层10 ;及夹持pn接合部10j的一对电极11、12。半导体层10例如能够通过p层(P型半导体层)10p及η层(η型半导体层)10η构成，此时，在Ρ层10ρ及η层10η的边界附近形成pn接合部10 j。半导体层10也可以进而层叠多层或形成于未图示的基板上。
[0020]ρ层例如能够设为将第1物质掺杂于Si (硅)的ρ型Si层。作为该第1物质，例如可以举出选自13族元素(B(硼)、A1(铝)、Ga(镓))的物质。η层例如能够设为将第2物质掺杂于Si (硅)的η型Si层。作为该第2物质，例如可以举出选自15族元素(As(砷)、P(磷)、Sb(锑))的物质。
[0021]电极11、12的至少一方电极11由金属栅网偏光器Wg构成。金属栅网偏光器Wg在实施后述的退火处理时能够使照射于pn接合部10j的特定波长的光透射，并具有成为被光照射的一侧的电极11的导电性。未被光照射的一侧的电极12能够由金属电机层等构成。从pn接合部10j的两侧照射光时，两个电极11、12通过金属栅网偏光器Wg构成。
[0022]受光元件1通过退火处理在pn接合部10j附近产生近场光(修整光子)。如图1所示，退火处理经由电极11、12对pn接合部10 j施加正向偏压V并照射特定波长的光L，由此，在pn接合部10j形成对所照射的光的特定波长具有灵敏度的受光部。
[0023]该退火处理中，在施加正向偏压V的状态下，将与相当于pn接合部10j的带隙宽度的能量吸收端所对应的波长设为吸收端波长时，照射比该吸收端波长长的特定波长的光L。当照射比该吸收端波长长的光时，该光所具有的能量小于pn接合部10 j的带隙宽度，因此无法将电子向传导带激发。由此，即使照射光，与通常的pn接合相同，通过施加正向偏压，空穴向η层10η —侧；电子向ρ层10ρ —侧移动，产生伴随该电子的移动的焦耳热。
[0024]尤其大的该焦耳热的产生部位为生成较大的电位差的pn接合部10j及η层10n、p层10p的表面等，但通过产生焦耳热，pn接合部10j附近的流动性增加，发生pn接合部10j附近的表面形状及掺杂剂分布的不规则的变化，根据所照射的光产生近场光。产生这种近场光的pn接合部10j附近的状态，通过持续退火处理能够扩大，并通过降低焦耳热能够固定。
[0025]通过实施这种退火处理而形成的受光元件1，若接受退火处理时所照射的特定波长的光，则由于已设定有适合该波长产生近场光的状态，因此在较多区域产生近场光。并且，通过所产生的近场光所接受的光经由振动能级向多级激发，最终电子向传导带激发，能够获得作为对特定波长的光具有灵敏度的受光元件的功能。
[0026]图2是表示形成于特定波长的光所照射的一侧的作为透光性电极而发挥功能的金属栅网偏光器的平面结构的说明图。金属栅网偏光器Wg能够通过Al、Zn、T1、Ag、Au等具有导电性的金属构成，具备有用于使宽度W、间隔d、节距p的垂直线状图案P1与所有垂直线状图案等电位而连接的横线状图案P2。
[0027]若将透射光波长的最小值设为λ min，则金属栅网偏光器Wg的节距p成为P ^ λ??η/2。由此，将前述的特定波长设为5 μπι以上的红外线时被设定成节距ρ < 2.5 μπι。并且，金属栅网偏光器Wg的间隔d及宽度W成为影响pn接合部10j附近的电流密度分布的参数。将P层的厚度设定为1 μπι左右时，为了确保pn接合部10j的电流密度分布的均匀性，优选设为2 μ m。
[0028]以下表不金属栅网偏光器Wg的结构例。第1例中，在厚度0.5mm的娃晶圆的两面设置N1-Cr防反射膜，并在其单面形成了高度为(深度)lOOnm的Au金属栅网。相对于透射光的设计波长3?6 μπι，金属栅网的节距ρ设为0.56 μm，且金属栅网的线宽W设为节距p的60%。第2例中，除了相对于透射光的设计波长10 μπι附近将金属栅网的节距ρ设为
0.84 μπι之外，其余设为与第1例相同。第1例及第2例中，各透射光的设计波长域中的S偏光(垂直于栅网方向的偏光成分)的透射率均为70%以上，并防反射膜的N1-Cr具有导电性，因此，作为用于实施前述退火处理的电极11而发挥功能。
[0029]如此，通过将电极11设为金属栅网偏光器Wg，受光元件1能够在电极11、12之间施加正向偏压V的同时，向电极11、12之间的pn接合部10j照射3 μ m以上的中红外线，从而在pn接合部10 j附近产生近场光。由此，无需受限于pn接合部10 j的带隙，而能够在pn接合部10j的附近形成对3 μπι以上的中红外线具有灵敏度的受光部。
[0030]如此形成的受光元件1通过将形成有金属栅网偏光器Wg的一侧设为受光面，能够将经由受光面入射形成于pn接合部10j附近的受光部的波长3 μπι以上的长波长的中红外线作为电极11、12之间的电动势变化而检测。此时，也可将适当的逆向偏压施加到电极11、12之间。
[0031]如上说明，本发明的实施方式的受光元件1在获得对红外线等长波长光具有灵敏度的受光元件时，无需进行受限于带隙的材料选择，并能够解决如下问题，即，对人体的不良影响，材料不稳定及设备工艺困难，制造工序复杂等各种问题。
[0032]附图标记说明
[0033]1-受光元件，10-半导体层，10ρ-ρ层，10n-n层，10j-pn接合部，11、12_电极，
Wg-金属栅网偏光器。
【主权项】
1.一种受光元件，其具备具有pn接合部的半导体层、及夹持所述pn接合部的一对电极，在所述一对电极之间施加正向偏压并照射特定波长的光，由此在所述pn接合部附近产生近场光，该受光元件的特征在于， 通过所述特定波长的光所透射的金属栅网偏光器构成所述一对电极的所述光所照射的一侧的电极。2.根据权利要求1所述的受光元件，其特征在于， 所述特定波长的光为波长3 μπι以上的中红外线。3.一种受光元件的制造方法，其特征在于， 在具有pn接合部的半导体层以夹持所述pn接合部的方式形成电极， 以特定波长的光所透射的金属栅网偏光器形成所述电极的至少一方， 通过在所述电极之间施加正向偏压，并且经由所述金属栅网偏光器照射所述特定波长的光，而在所述pn接合部附近产生近场光。
【专利摘要】本发明提供一种受光元件及其制造方法，其通过解决伴随受限于带隙的材料选择而产生的各种问题，简单地获得对红外线等长波长光具有灵敏度的受光元件。本发明的受光元件(1)具备具有pn接合部(10j)的半导体层(10)、及夹持pn接合部(10j)的一对电极(11、12)，在一对电极(11、12)之间施加正向偏压(V)并照射特定波长的光(L)，由此在pn接合部(10j)附近产生近场光，其中，通过特定波长的光所透射的金属栅网偏光器(Wg)构成一对电极(11、12)的光(L)所照射的一侧的电极(11)。
【IPC分类】H01L31/10
【公开号】CN105393366
【申请号】CN201480028902
【发明人】梶山康一, 小川吉司
【申请人】株式会社V技术
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2014年4月23日
【公告号】US20160149070, WO2014208186A1