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Visible-blind uv detector

阅读:190发布:2021-06-28

专利汇可以提供Visible-blind uv detector专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PROBLEM TO BE SOLVED: To form a visible-blind UV detector in a structure in which the detector has favorable visible-blind characteristics, a high quantum efficiency and a high-speed response time by allowing the detector to include a specified alloy as a ultraviolet active material.
SOLUTION: An active layer comprising a doped ZnS1-xTex thin film is grown on an n+ GaAs (100) substrate in a VGV80HMBE system using ZnS and ZnTe compound sources being contained in an isolated effusion cell. An Al-containing third effusion cell is used as an N-type doping agent source. The active layer is grown in a thickness of 5000 Å with the composition of 4% of TE. A 100 to 2000 Å thickness Au layer is deposited on the top of a ZnSTe active layer by an rf sputtering method or a thermal vaporization technique for forming a transparent top electrode. Electron-hole pairs are generated by photons, which are applied on the summit of ZnSTe layer, and a visible-blind UV detector is driven by a built-in electronic field in a depletion region in the opposite direction to a diode so as to generate an output voltage to cross the diode.
COPYRIGHT: (C)2000,JPO,下面是Visible-blind uv detector专利的具体信息内容。

【特許請求の範囲】
  • 【請求項1】 UV応答活性材料としてZnS 1-x Te
    x合金を含むUV検出器。
  • 【請求項2】 式中0≦x≦0.1である請求項1記載の検出器。
  • 【請求項3】 前記活性材料がn +型GaAs、SiまたはGaPの基板上に形成される層である請求項1または2記載の検出器。
  • 【請求項4】 前記活性材料がn型のドープされたZn
    STe:Alである請求項1ないし3のいずれか1項記載の検出器
  • 【請求項5】 前記活性材料が真性ZnSTeである請求項1ないし3のいずれか1項記載の検出器。
  • 【請求項6】 前記検出器が、(a)n +型Si、Ga
    AsまたはGaPの基板層、(b)前記基板層の第1の上側表面上に形成されたドープされているかまたはドープされていないZnS 1-x Te xの活性層、(c)第1
    電極として前記活性層の表面上に形成された第1の導電材料の層、および(d)オーム接触として前記基板の第2の下側表面上に形成された第2の導電材料を含むショットキーバリア構造である請求項1記載の検出器。
  • 【請求項7】 前記基板がn + −GaAsで形成され、
    前記第1電極がAuで形成される請求項6記載の検出器。
  • 【請求項8】 前記基板がn + −GaAsで形成され、
    前記第1電極がAu/Crで形成される請求項6記載の検出器。
  • 【請求項9】 前記基板がn + −GaAsで形成され、
    前記第1電極がAu/Tiで形成される請求項6記載の検出器。
  • 【請求項10】 前記検出器が反射防止膜を備える請求項6ないし9のいずれか1項記載の検出器。
  • 【請求項11】 前記検出器が、(a)GaAs、Si
    またはGaPの基板層、(b)前記基板層の第1の上側表面上に形成された、AlのドープされたZnS 1-x
    xの第1層、(c)前記第1層の表面上に形成され、
    露出した前記第1層の一部を残すように前記第1層を部分的に覆うZnS 1-x Te xの第2活性層、(d)第1
    電極を形成するように前記第2活性層の表面上に形成される第1導電材料の層、および(e)前記第1層の表面の前記暴露された部分上に形成されるオーム接触を含むショットキーバリア構造である請求項1記載の検出器。
  • 【請求項12】 前記第1層はドープされたn + −Zn
    STeの層であり、前記第2活性層は真性ZnSTeの層である請求項11記載の検出器。
  • 【請求項13】 前記基板がGaPで形成され、x=
    0.06である請求項11または12記載の検出器。
  • 【請求項14】 前記基板がSiで形成され、x=0.
    03である請求項11または12記載の検出器。
  • 【請求項15】 前記検出器が反射防止膜を備える請求項11ないし14のいずれか1項記載の検出器。
  • 【請求項16】 前記第1導電材料がAuであり、前記オーム接触がInで形成される請求項11ないし15のいずれか1項記載の検出器。
  • 【請求項17】 前記第1導電材料がAu/Crであり、前記オーム接触がInで形成される請求項11ないし15のいずれか1項記載の検出器。
  • 【請求項18】 前記第1導電材料がAu/Tiであり、前記オーム接触がInで形成される請求項11ないし15のいずれか1項記載の検出器。
  • 【請求項19】 (a)GaAs、SiまたはGaPの基板の第1上方表面上に分子ビームエピタキシーによりAlのドープされたZnS 1-x Te xの第1層を堆積させる工程、(b)前記第1層の表面上に分子ビームエピタキシーによりZnS 1-x Te xの第2活性層を堆積させる工程、(c)前記第1層の一部を露出させるために化学的エッチングにより前記第2活性層の一部を除去する工程、(d)第1電極として前記第2活性層上に第1
    導電材料を堆積させる工程、および(e)前記第1層の前記露出された部分上にオーム接触を形成する工程を含むUV検出器を形成する方法。
  • 【請求項20】 (a)GaAs、SiまたはGaPの基板の第1の上側表面上に分子ビームエピタキシーによりAlのドーピングされたZnS 1-x Te xの第1層を堆積させる工程、(b)表面の前記部分を覆うように保護材料を前記第1層の表面の一部に適用する工程、
    (c)前記保護材料により覆われない前記第1層の表面上に分子ビームエピタキシーによりZnS 1-x Te xの第2活性層を堆積させる工程、(d)第1電極として前記第2活性層上に第1導電材料を堆積させる工程、および(e)前記第1層の前記露出された部分上にオーム接触を形成する工程を含むUV検出器を製造する方法。
  • 【請求項21】 前記基板がSiまたはGaPである請求項19または20記載のUV検出器を製造する方法。
  • 【請求項22】 前記第1導電材料がAuであり、前記オーム接触がInで形成される請求項19または20記載のUV検出器を製造する方法。
  • 【請求項23】 前記第1導電材料がAu/Crであり、前記オーム接触がInで形成される請求項19または20記載のUV検出器を製造する方法。
  • 【請求項24】 前記第1導電材料がAu/Tiであり、前記オーム接触がInで形成される請求項19または20記載のUV検出器を製造する方法。
  • 【請求項25】 UV反応活性材料としてZnS 1-x
    x合金を含むUV検出器。
  • 【請求項26】 前記検出器が(a)GaAs、SiまたはGaPの基板層、(b)前記基板層の第1上方表面上に形成された、AlがドープされたZnS 1- x Se x
    の第1層、(c)前記第1層の表面上に形成され、露出された前記第1層の一部を残すように前記第1層を部分的に覆うZnS 1-x Se xの第2活性層、(d)第1電極を形成するように前記第2活性層の表面上に形成された第1導電材料の層、および(e)前記第1層の表面の前記露出されていない部分上に形成されたオーム接触を含むショットキーバリア構造である請求項25記載の検出器。
  • 【請求項27】 0≦x≦0.5である請求項25または26記載のUV検出器。
  • 【請求項28】 x=0.10である請求項27記載のUV検出器。
  • 【請求項29】 (a)GaAs、SiまたはGaPの基板の第1の上側表面上に分子ビームエピタキシーによりAlのドープされたZnS 1-x Se xの第1層を堆積させる工程、(b)前記第1層の表面上に分子ビームエピタキシーによりZnS 1-x Se xの第2活性層を堆積させる工程、(c)前記第1層の一部を露出するために化学的エッチングにより前記第2活性層の一部を除去する工程、(d)第1電極として前記第2活性層上に第1
    導電材料を堆積させる工程、(e)前記第1層の前記露出された部分上にオーム接触を形成する工程を含むUV
    検出器を形成する方法。
  • 【請求項30】 (a)GaAs、SiまたはGaPの基板の第1の上側表面上に分子ビームエピタキシーによりAlのドーピングされたZnS 1-x Se xの第1層を堆積させる工程、(b)表面の前記部分を覆うために保護材料を前記第1層の表面の一部に適用する工程、
    (c)前記保護材料により覆われない前記第1層の表面上に分子ビームエピタキシーによりZnS 1-x Se xの第2活性層を堆積させる工程、(d)第1電極として前記第2活性層上に第1導電材料を堆積させる工程、および(e)前記第1層の前記露出された部分上にオーム接触を形成する工程を含むUV検出器を形成する方法。
  • 说明书全文

    【発明の詳細な説明】

    【0001】

    【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線(UV)検出器に関し、特に、活性材料としてII−VI合金を含む可視−ブラインドUV検出器に関する。

    【0002】

    【従来の技術】400nm未満の波長について高い応答性を有するUV検出器は、炎の監視、汚染物質の検出およびUV天文学のような応用にとって、並びに進歩した医療技術および機器にとって極めて重要である。 従来は、2つのタイプの装置がUV検出器として用いられてきた、すなわち、光増倍管およびシリコンp−i−n光ダイオードである。

    【0003】従来の光増倍管は過去においては満足のいくものであったがしかし、応用の数が増える中で、シリコンp−i−n光ダイオードが低い量子効率を有するにもかかわらずその小さなサイズと低い電圧操作性のために好ましくなった。 近年では、可視−ブラインドおよび太陽−ブラインドUV検出器用途のためのGaAlN合金およびSiC薄膜を開発することについてもまた関心が大きくなってきた。 SiCに比較して、GaAlNは多数の利点を有する、すなわち、(1)それは直接禁止帯材料であり、従って、より高い吸収効率を有する、
    (2)それはより鋭いカットオフ値を有する、および(3)材料のドーピング制御は十分良好に開発されているので、ヘテロ接合デバイスが現在可能であり、それはよりすぐれた量子効率となり得る。 加えて、GaAlN
    合金のバンドギャップエネルギーは、略3600Åないし略2000Åの特定長波長カットオフ値を有する検出器を製作することを可能とするように3.4から6.2
    eVの範囲を取る。 ショットキーおよびp−i−n接合タイプの両方および良好な性能を有する幾つかのGaN
    −GaAlN系光導体および光ダイオードは成功裏に製造されてきた。 より最近は、更に高いゲインのGaN/
    AlGaNのヘテロ接合光トランジスターが現れた。 達成された最も高い外部量子効率は355nmでほぼ70
    %である。

    【0004】

    【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これまでの半導体系UV光検出器についての問題は、適切な格子整合基板の欠如である。 最も一般的に用いられる基板のサファイア(Al 2 3 )は、略14%まで窒化物に対して格子不整合であり、GaNの熱膨張係数のほとんど2倍の大きさである熱膨張係数を有する。 結果として、高密度の不整合転移および束縛がそれらの構造の中に不可避的に存在し、それは検出器の応答時間を著しく制限する。 例えば、250×250μmGaN光ダイオードについて報告された最高速の応答時間はいまだマイクロ秒台である。 Siテクノロジーで窒化物系光検出器を集積することもまた困難である。 GaNとSiとのあいだの格子不整合は更に大きく(立方GaNとSiとのあいだで18.7%)、従って今のところ、Si基板上に成長する良好な性能のGaN系デバイスの報告は存在しない。

    【0005】

    【課題を解決するための手段】本発明によれば、活性材料としてZnS 1-x Te x合金を含むUV検出器が提供される。 合金中のTeの比率は、基板に対する良好な格子整合を提供するように変化し得るし、選ばれる基板に依存するであろうが、しかし、好ましくは0≦x≦0.
    1である。 可能な基板材料は、ドープされているかまたはドープされていないGaAs、SiまたはGaPである。 活性層は、例えば、n型のドープされたZnST
    e:Alのようなドープされた層であり得るし、または真性ZnSTeの層であり得る。

    【0006】

    【発明の実施の形態】第1の好ましい態様においては、
    検出器は、(a)n +型Si、GaAsまたはGaPの基板層、(b)基板層の第1の上側表面上に形成された、ドープされているかされていないZnS 1-x Te x
    の活性層、(c)第1電極として活性層の表面上に形成された第1導電材料の層、および(d)オーム接触として基板の第2下方表面上に形成された第2導電材料を含むショットキーバリア構造である。

    【0007】好ましくは、検出器の上側表面には反射防止膜が形成される。 これは、反射損失を最小化することにより検出器の量子効率を増加させる。

    【0008】しかしながら、ある環境においては、この構造は、基板の下に位置するオーム接触により引き起こされる相対的に低い量子効率を有し得るものであり、それゆえキャリアは、基板と活性層とのあいだの接合でトラップされ得ると言うのがその理由である。 それゆえ、
    より好ましい態様においては、検出器は、(a)GaA
    s、SiまたはGaPの基板層、(b)基板層の第1の上側表面上に形成されたAlがドープされたZnS 1-x
    Te xの第1層、(c)第1層の表面上に形成され、露出した第1層の一部を残すように第1層を部分的にのみ覆うZnS 1-x Te xの第2活性層、(d)第1電極を形成するように第2活性層の表面上に形成された第1導電材料の層、および(e)第1活性層の表面の露出された部分上に形成されたオーム接触を含むショットキーバリア構造である。

    【0009】好ましくは、この構造は、SiまたはGa
    Pの基板をもって作られる。 第1電極のための材料は好ましくは金であり、それは、オーム接触が少なくとも1
    つのインジウムペレットで形成され得る一方で、活性材料に対するよりよい接着のためにCrまたはTiの薄層上に堆積され得る。 Siの基板については、Te組成物は、もし基板がGaPであり、好ましくはx=0.06
    であっても、x=0.03であるようでありえ、両方の場合において、xは、基板と活性層とのあいだの良好な格子整合を達成するよう選ばれる。

    【0010】本発明のこの態様は、(a)GaAs、S
    iまたはGaPの基板の第1の上側表面上の分子ビームエピタキシーによりAlのドープされたZnS 1-x Te
    xの第1層を堆積させること、(b)第1層の表面上の分子ビームエピタキシーによりZnS 1-x Te xの第2
    活性層を堆積させること、(c)第1層の一部を露出するように化学的エッチングにより第2活性層の一部を除去すること、(d)第1電極として第2活性層上に第1
    導電材料を堆積させること、および(e)第1層の露出された部分上にオーム接触を形成することにより形成され得る。

    【0011】しかしながら、湿式化学的エッチングは、
    有害な効果を有し得るのでそれで、検出器を製造する別の方法は、(a)GaAs、SiまたはGaPの基板の第1上方表面上に分子ビームエピタキシーによりAlのドープされたZnS 1-x Te xの第1の層を堆積させ、
    (b)表面の一部を覆うために第1層の表面の一部に保護材料を与え、(c)保護材料により覆われない第1層の表面上に分子ビームエピタキシーによりZnS 1-x
    xの第2活性層を堆積させ、(d)第1電極として第2活性層上に第1導電材料を堆積させ、および(e)前記第1層の露出された部分上にオーム接触を形成することによる。

    【0012】ZnSTe系UV光検出器に加えて、本発明はまた、活性材料として他のII−VI合金を含むU
    V光検出器に関し、特に、活性材料としてZnS 1-x
    xを含むUV光検出器に関する。 ZnSSe光検出器は、ZnSTe系光検出器についてと同じ技術を用いて同じ構造で形成され得る。 また、Seの比率は、基板材料について良好な格子整合を提供するように選ばれ得るが、しかし、好ましくは0≦x≦0.5であり、より好ましくは更にx=0.5である。

    【0013】

    【実施例】本発明の幾つかの態様が、実施例によりおよび添付の図面を参照してこれから記載されるであろう。

    【0014】図1は、本発明の第1の態様によるUV検出器構造を断面図で示す。

    【0015】図2は、ドーピング剤濃度の3つのレベルについての発生波長の関数として図1の態様の光電圧応答を示す。

    【0016】図3は、Te組成物の3つのレベルについての発生波長の関数として図1の態様の光電圧応答を示す。

    【0017】図4は、本発明の第2の態様によるUV光検出器構造を断面図で示す。

    【0018】図5は、入射光子エネルギーの関数として図4の態様の光電圧応答を示す。

    【0019】図6は、入射光子エネルギーの関数として図4の態様の量子効率を示す。

    【0020】図7は、本発明の第3の態様によるUV光検出器の斜視図である。

    【0021】図8は、発生波長の関数として図7の態様の検出器の光電流および光電圧応答性を示す。

    【0022】図9は、図7の態様の検出器のピーク反応波長における発生電の関数としての光電流および光電圧を示す。

    【0023】図10は、図7の態様のUV検出器の応答時間を示す。

    【0024】図11は、ZnSTeの活性層を含む検出器とZnSの活性層を有する検出器の応答を比較するプロッティングである。

    【0025】図12は、本発明の第4の態様によるUV
    光検出器の斜視図である。

    【0026】図13は、図12の検出器についての発生波長に対する電流応答のプロッティングである。

    【0027】図14は、ピーク反応波長における図12
    のUV検出器の発生電力に対する光電流および光電圧のプロッティングである。

    【0028】図15は、Au/Cr第1電極を用いるデバイスの光応答曲線のプロッティングである。

    【0029】本発明の第1の態様は図1において示される。 ドープされたZnS 1-x Te x薄膜を含む活性層が、分離したエフュージョンセルにおいて含まれるZn
    SおよびZnTe化合物源を用いてVG V80H M
    BEシステムの中でn + −GaAs(100)基板上に成長される。 Alを含む第3のエフュージョンセルがn
    型ドーピング剤源として用いられた。 活性層は、4%のTe組成をもって5000Åの厚さに成長される。 10
    0〜200Å厚さのAu層が、透明頂部電極を形成するためのrfスパッタリングまたは熱気化技術により活性ZnSTeの頂部上に堆積された。 このように形成された検出器材料の試料は次いで、オーム接触がGaAs基板の下に形成される様に測定のための導電性銀インクを用いて銅試料ホルダー上に載置された。

    【0030】光検出器のこの態様の操作においては、電子正孔対は、ZnSTe層上に入射する光子により発生し、ダイオードを横切る出力電圧を生成するように反対方向の空乏領域においてビルトイン電界により駆動される。 この出力光電圧は入射光子のエネルギーに依存する。 図2はAlドーピング(Teは4%であり、すなわちx=0.04である)の3つのレベルについての光子エネルギーの関数としての検出器の応答を示し、一方、
    図3は3つの異なるTe分率についての応答を示す。

    【0031】まず図2を参照すると、応答は基本的に可視−ブラインドであり、UV感受性であることが理解される。 活性ZnSTe層のバンドギャップ未満(すなわち約3.5eV未満)の光子エネルギー範囲における応答はほぼGaAs層における吸収によるものであり、振動の形態はZnSTe層により引き起こされる干渉効果の結果である。 高い光子エネルギーのドロップオフは、
    表面の組換え効果を重要にするバンドギャップより大きいエネルギーを有する光子の短い吸収波長による。

    【0032】図2から、光電圧は減少するドーピング濃度に合せて増加することが理解され得る。 図3は、図2
    に対応するがしかし、xの3つの値(8.6%、3.1
    %および0.5%)について真性ZnSTe層(すなわちAlドーピング剤なし)からなる活性層についてのプロット図を示し、応答がより大きいことが理解され得る。

    【0033】それゆえ、図1の態様は、可視−ブラインドであるUV光検出器を提供することが理解されるであろう。 しかしながら、図1の態様により作られた光検出器の量子効率の測定は効率が低いことを示すので図1の態様は好ましくない。 これは、オーム接触がGaAs基板を通して作られ、n + −GaAs基板と活性ZnST
    e層との間の界面において高密度の不整合転移が存在するからである。 それゆえ、光により発生したキャリヤの大部分はこの界面においてトラップされるようになる。
    この問題は、活性ZnSTe層に、より良い格子整合を有するGaPまたはSiのような材料を基板として用いることにより部分的に克服され得る。

    【0034】図4は、活性層と基板との間の接合における吸収の問題への別のアプローチを提供する本発明の第2の態様を例示する。 この態様においては、オーム接触は基板の下に形成されないが、しかし代わりに、第2の電極層の上側表面上に形成される。 この態様において、
    1×10 19 cm -3台のキャリヤ濃度を有する1.5μm
    の強くドープされたn + −ZnS 1-x Te x :Al層をGaP基板上に成長させた。 引き続き、真性ZnS 1-x
    Te xの1.5μmホモエピタキシャル層を成長させた。 次いでAuの薄層をショットキーバリヤを形成するように頂部表面上に堆積させた。 次いで、(例えばBr
    262溶液を用いる)湿式化学的エッチングを、
    オーム接触を形成するようにインジウムペレットが半田付けされたn + −ZnS 1-x Te x :Al層までエッチングするようにフォトリソグラフィーにより規定される選択された面積に適用する。

    【0035】Te組成は好ましくは、2つの表面層の格子定数がGaP基板のそれと整合する、例えば、Te組成が6%(すなわちx=0.06)であり得るように選ばれ得る。 このことはきわめて少ない不整合転移しか構造全体にわたって形成されないことを保証する。 更に、
    オーム接触がn + −ZnS 1-x Te x層の頂部表面上に形成されるので、界面の欠陥が装置の反応について有し得るいずれの有害な効果も大きく減少する。 加えてこの態様は、低いバンドギャップ基板における吸収によるバンドエッジ未満の応答を最小化させる。 図5は、光子エネルギーの関数としてのこの態様の光電圧出力を示し、
    バンドギャップエッジにおける鋭い立ち上がりが、いずれの振動も無いこととともに、明らかに見られる。

    【0036】図6は、Hgアークランプを用いて測定されるこの第2の態様の量子効率を示し、光子エネルギーの関数として示される。 図6は、立ち上がり後平坦な感受性が存在することおよび50%を超える最大効率を示す。 これは、UV領域において0.14A/Wの感受性に対応し、商業的に入手可能なUV増強Si光ダイオードのそれに匹敵する。

    【0037】図6における第2の曲線は、1%のTe含有量(x=0.01)を有するSi基板上に形成される第2の態様の第2の例の量子効率を示す。 応答の立ち上がりはTe組成における差異によりGaP上に成長する態様のそれに比較したとき青色にシフトし、測定されたピークの効率はわずかに低いがしかしいまだ40%を超える。

    【0038】それらの態様の効率は、反射損失がそれ自体減少した量子効率において有意な要因であるので反射防止膜を用いることにより更に増加させ得る。 そのようなコーティングについての可能な材料は銀(Ag)の薄層である。

    【0039】図4の態様の検出器は良好な結果を示すけれども、この態様の潜在的な不利益は、湿式化学的エッチングプロセスがオーム接触の形成を不安定なプロセスにする損傷されたかまたは粗面化された表面を残し得ることである。 本発明の第3の態様において、この潜在的な不利益は湿式化学的エッチングを用いる必要を除去する2段階成長アプローチを用いることにより回避され得る。

    【0040】図7は本発明のこの第3の態様により作られる構造を示す。 その構造は、分離したエフュージョンセルに含まれるZnSおよびZnTe化合物源を用いるVGV80H分子ビームエピタキシー(MBE)システムにおいてGaP(100)基板上に成長される。 Al
    を含む第3のエフュージョンセルがn型ドーピング剤源として用いられる。 2工程MBE成長アプローチがその構造を作るために用いられる。 第1工程は、Alドーピング剤レベルがn=略1×10 19 cm -3の電子キャリア濃度を与える状態で300℃での2.6μm厚さのZn
    1-x Te x :Al(式中x=略0.05)層の成長からなる。 この第1工程に、数10ナノメートル厚さのS
    e保護層のほぼ50℃での堆積が続く。 次いで、試料を成長系から取出し、ついで約3mmの幅を有する薄いタンタルストリップを試料の表面を部分的に覆うように試料上に配置した。 タンタルストリップの2つの末端は溶融ガリウムを用いて試料ホルダー上に固定して保持した。

    【0041】次いで、試料を成長チャンバーの中に再装入し、ほぼ300℃の最適成長温度に再加熱し、Se保護層をほぼ150℃で起こる脱着により除去し、第2の成長工程において、同じTe比率を有する2.7μm厚さのドープされていないZnSTe層をSeの脱着された表面の頂部上に堆積した。

    【0042】タンタルストリップは、第2の成長工程のあいだに第2の層がその上で成長しないように第1の成長したドープされた表面層を保護する役割をする。 それゆえ、成長したままの試料を成長チャンバーから取出すことができ、タンタルストリップを第1ZnSTe:A
    l層を露出させるために除去することができ、1対のインジウムペレットをこの層の上に半田付けすることができ、次いで、オーム接触を提供するようにパルス電流衝撃に供すことができる。 100Å厚さのAu層をドープされていないZnSTe層上に熱気化技術により堆積する。 セルの配列が、性能測定を促進するために得られる検出器構造上に形成され得るがしかし、実際の光検出器構造内に与えられる必要はないであろう。

    【0043】図8は、検出器構造の上方表面上に形成される3×3mm 2正方形上で測定される図7の検出器構造の光電流および光電圧応答性を示す。 測定は、ソースとして150Wキセノンアークランプを用いてなされた。 その応答は、バンドエッジのエネルギーに対応する波長で立ち上がりを示し、より短い波長については0.
    13A/Wの高さの値に達する。 これはUV領域において50%の高さの外部量子効率に対応し、以前の態様における様に、反射による実質的な損失(ほぼ30%)が存在するであろうから、効率は、検出器表面に反射防止膜を適用することにより更に増加し得る。 460nmより長い波長については、感度は、320nmのピークから3桁減少し、それは、この態様の光検出器構造が特に良好な可視−ブラインド特性を有することを示す。

    【0044】図9は、発生電力を変化させる可変的中立密度フィルターを用いて320nmのピーク応答波長における発生電力の関数としての光電流および光電圧を示す。 光電流は、増加する発生電力とともに4桁の強度増加を超える良好な直線性を維持することが見て取られ得る。 対照的に、光電圧は、約1.7Vで予測された飽和電圧を示す。

    【0045】応答時間もまたこの態様の光検出器構造について決定され得る。 図10は、400×400μm 2
    セルの1つの時間の関数としての応答を示す。 このことから、応答時間は、GaN材料の従来の光検出器についてマイクロ秒台の既知の応答時間ときわめて好対照であるナノ秒台であることが理解され得る。

    【0046】図11は、図4および7の態様において活性層がZnSを含む、すなわちTe含有量が0%である(x=0)もう1つの可能な態様を例示する。 図11から理解され得る様に、純粋なZnSの活性層を有することはより鋭い応答を提供する。

    【0047】図12は、本発明の第4の態様の斜視図であり、それは図7の態様と同じ一般的構造を有するがしかし、ここでは、活性層はZnSSe合金の層を含む。
    図7の態様における様に、構造は、分離したエフュージョンセルにおいて含まれるZnSおよびZnSe化合物源を用いて分子ビームエピタキシーシステムにおいてG
    aP(100)基板上に成長される。 Alを含む第3のエフュージョンセルがドーピング剤源として用いられる。 図7の態様における様に、2工程MBE成長アプローチが、まず、GaP基板上にx=0.10の0.73
    μm厚さのZnS 1-x Se x :Al層を成長させるために用いられる。 この層のドーピング濃度は2.7×10
    19 cm -3のキャリア濃度を与えるようなものである。 図7の態様における様に、タンタルストリップを第1の層の表面の一部に与え、次いで、x=0.10を有するZ
    nS 1-x Se xの第2層を、1.43μmの厚さに第1
    層上に成長させる。 タンタルストリップを除去し、インジウムオーム接触を第1層の上側表面上に形成する。 以前の態様における様に、3×3mm 2および400×4
    00μm 2の試験面積が試験目的のために検出器の上側表面上に規定される。 ZnSSeについては、可視光−
    UV境界についてのバンドギャップエネルギーに対応するSeの組成は50%であるので、可視−ブラインド用途については、0≦x≦0.5である。

    【0048】図13は、図12のUV検出器の光電流応答性を示す。 結果は、ほぼ350nmで鋭いカットオフ値を有する良好な可視−ブラインド応答を示す。 図14
    は、ピーク反応波長(340nm)における発生電力の関数として測定される光電流および光電圧を示す。 光電流は、増加する発生電力とともに増加する6桁分の強度を超える良好な直線性を維持することが理解され得る。
    対照的に、光電圧は約1.1Vで予測された飽和を示す。

    【0049】上記態様において、第1電極はAuである。 しかしながら、いくつかの状況においてはこのことは理想的ではないであろう。 と言うのは、Au第1電極は高ドースのUV照射への長時間の暴露に耐え得ないからである。 Au層の高ドースUV暴露は、活性材料へのAuの劣悪な接着の結果としてAuの集塊化を引き起こし得る。 この問題を克服するために、CrまたはTiの薄層が、良好な接着特性を有するので、まず堆積され得る。 次いで、Au第1電極が、CrまたはTi層上に堆積され得る。 第1電極としてのAu/TiおよびAu/
    Crの組合わせがUVの強い付与の下で試験され、いかなる劣化も観察されなかった。 図15は、第1電極としてのAu/Cr(50Å/50Å)を用いるデバイスの光応答曲線である。

    【0050】

    【発明の効果】従って、本発明は、良好な可視−ブラインド特性、高い量子効率および高速な応答時間を有する新規な光ダイオード系UV光検出器構造を提供し、それは現存する集積回路技術に容易に組み込まれ得ることが理解されるであろう。

    【図面の簡単な説明】

    【図1】本発明の第1の態様によるUV検出器構造の断面図である。

    【図2】ドーピング剤濃度の3つのレベルについての発生波長の関数としての図1の態様の光電圧応答を示す図である。

    【図3】Te組成の3つのレベルについての発生波長の関数としての図1の態様の光電圧応答を示す図である。

    【図4】本発明の第2の態様によるUV光検出器構造の断面図である。

    【図5】入射光子エネルギーの関数としての図4の態様の光電圧応答を示す図である。

    【図6】入射光子エネルギーの関数としての図4の態様の量子効率を示す図である。

    【図7】本発明の第3の態様によるUV光検出器の斜視図である。

    【図8】発生波長の関数としての図7の態様の検出器の光電流および光電圧応答性を示す図である。

    【図9】図7の態様の検出器のピーク反応波長における発生電力の関数としての光電流および光電圧を示す図である。

    【図10】図7の態様のUV検出器の応答時間を示す図である。

    【図11】ZnSTeの活性層を含む検出器とZnSの活性層を有する検出器の応答を比較するプロット図である。

    【図12】本発明の第4の態様によるUV光検出器の斜視図である。

    【図13】図12の検出器についての発生波長に対する電流応答のプロット図である。

    【図14】ピーク応答波長における図12のUV検出器の発生電力に対する光電流および光電圧のプロット図である。

    【図15】Au/Cr第1電極を用いるデバイスの光応答曲線のプロット図である。

    ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イアム・コン・ソウ 香港、クーロン、クリアー・ウォーター・ ベイ、ユニバーシティ・ロード 1、アパ ートメント 45 (72)発明者 ツァオフイ・マ 香港、クーロン、クリアー・ウォーター・ ベイ、ザ・ホンコン・ユニバーシティー・ オブ・サイエンス・アンド・テクノロジ ー、ユニバーシティー・アパートメンツ、 タワー・ビー、ルーム 701 (72)発明者 チョイ・ライ・マン 香港、ニュー・テリトリーズ、テュエン・ ムン、シウ・ホン・コート、シウ・ファ イ・フセ、21/エフ、フラット 7 (72)発明者 ツィ・ユ・ヤン 香港、クーロン、クリアー・ウォーター・ ベイ、ザ・ホンコン・ユニバーシティー・ オブ・サイエンス・アンド・テクノロジ ー、シニア・スタッフ・クォーターズ、タ ワー 6、フラット 5ビー (72)発明者 カム・サン・ウォン 香港、クーロン、クリアー・ウォーター・ ベイ、ザ・ホンコン・ユニバーシティー・ オブ・サイエンス・アンド・テクノロジ ー、シニア・スタッフ・クォーターズ、タ ワー 2、フラット 4ビー (72)発明者 ケ−ルン・ジョージ・ウォン 香港、クーロン、クリアー・ウォーター・ ベイ、ザ・ホンコン・ユニバーシティー・ オブ・サイエンス・アンド・テクノロジ ー、シニア・スタッフ・クォーターズ、タ ワー 19、フラット 6ビー

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