特開 2024-154718 半導体光位置検出器、及び、半導体光位置検出器アレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154718

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】半導体光位置検出器、及び、半導体光位置検出器アレイ

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/10 20060101AFI20241024BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01L31/10 A

G01J1/02 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068703

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】田口 桂基

(72)【発明者】

【氏名】石原 兆

【テーマコード（参考）】

2G065

5F149

【Ｆターム（参考）】

2G065AA18

2G065BA09

2G065BA34

2G065CA12

5F149AA02

5F149AB07

5F149BA04

5F149BA05

5F149CB08

5F149DA21

5F149DA28

5F149DA44

5F149HA11

5F149KA01

5F149XB18

5F149XB24

5F149XB36

(57)【要約】

【課題】材料に依らずにノイズの増大を抑制可能な半導体光位置検出器、及び、半導体光位置検出器アレイを提供する。
【解決手段】半導体光位置検出器１は、第１半導体層１０と、第１半導体層１０に積層された第２半導体層２０と、第２半導体層２０から第１半導体層１０に向かって延在する複数の半導体領域３０と、を備える。複数の半導体領域３０は、第１メタル電極４１に接触した第１コンタクト領域３１と、第２メタル電極４２に接触する第２コンタクト領域３２と、複数のアイランド領域３３と、を有する。複数のアイランド領域３３のそれぞれは、包囲領域５０に包囲されており、電極に接触していない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１化合物半導体からなり、第１導電型を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層に積層され、前記第１化合物半導体よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する第２半導体層と、
前記第２半導体層の前記第１半導体層と反対側の面から前記第１半導体層に向かって延在するように前記第２半導体層内に形成され、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する複数の半導体領域と、
前記第２半導体層内に形成され、複数の前記半導体領域の少なくとも一部を包囲する包囲領域と、
前記第２半導体層上に設けられ、前記第１半導体層及び前記第２半導体層の積層方向である第１方向に交差する第２方向に沿って、互いに離間するように配列された第１メタル電極及び第２メタル電極と、
を備え、
複数の前記半導体領域は、
前記第１メタル電極に接触した第１コンタクト領域と、
前記第２メタル電極に接触すると共に、前記第２方向に沿って前記第１コンタクト領域と離間しつつ配列された第２コンタクト領域と、
前記第１方向からみて、前記第１コンタクト領域と前記第２コンタクト領域との間において、前記第２方向に沿って配列された複数のアイランド領域と、
を有し、
前記包囲領域の前記第２導電型のキャリア濃度は、前記アイランド領域における前記第２導電型のキャリア濃度のピークよりも低く、
複数の前記アイランド領域のそれぞれは、前記第１方向からみて前記包囲領域に包囲されており、電極に接触していない、
半導体光位置検出器。

【請求項2】

複数の前記半導体領域は、前記第２半導体層から前記第１半導体層の内部にわたって形成されている、
請求項１に記載の半導体光位置検出器。

【請求項3】

前記第２半導体層上に設けられ、前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に沿って、互いに離間するように配列された第３メタル電極及び第４メタル電極を備え、
複数の前記半導体領域は、
前記第３メタル電極に接触した第３コンタクト領域と、
前記第４メタル電極に接触すると共に、前記第３方向に沿って前記第３コンタクト領域と離間しつつ配列された第４コンタクト領域と、
を有し、
複数の前記アイランド領域は、前記第３コンタクト領域と前記第４コンタクト領域との間において、前記第３方向に沿って配列されている、
請求項１に記載の半導体光位置検出器。

【請求項4】

前記包囲領域が前記第２導電型を有し、
前記包囲領域の最も低い前記第２導電型のキャリア濃度は、前記アイランド領域の前記第２導電型のキャリア濃度のピークの３／４以下である、
請求項１に記載の半導体光位置検出器。

【請求項5】

前記第２半導体層は、前記第１導電型を有し、
前記第２半導体層の前記第１導電型のキャリア濃度は、１×１０^１６ｃｍ^－３以下である、
請求項１に記載の半導体光位置検出器。

【請求項6】

互いに隣り合う前記アイランド領域の間に形成された抵抗調整領域を備える、
請求項１に記載の半導体光位置検出器。

【請求項7】

複数の前記アイランド領域のそれぞれは、前記第１方向からみて円形状である、
請求項１に記載の半導体光位置検出器。

【請求項8】

前記半導体領域の前記第２導電型のキャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上である、
請求項１に記載の半導体光位置検出器。

【請求項9】

前記第１半導体層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、及びＩｎＧａＮのいずれか、又はこれらの混晶からなり、
前記第２半導体層は、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓＰ、及び、ＧａＮのいずれか、又はこれらの混晶からなる、
請求項１に記載の半導体光位置検出器。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載された前記半導体光位置検出器を複数備え、
複数の前記半導体光位置検出器は、前記第１方向及び前記第２方向に交差する方向に沿って配列されている、
半導体光位置検出器アレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体光位置検出器、及び、半導体光位置検出器アレイに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、１次元位置検出器が記載されている。この位置検出器では、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ＩｎＧａＡｓ層（ｉ層）、及びｐ型ＩｎＰ層が形成されている。また、ｎ型ＩｎＰ基板の裏面にカソード電極が形成されており、ｐ型ＩｎＰ層の表面の両端に一対の電極が形成されている。この位置検出器では、入射光に応じて発生した光電流が、一対の電極までの抵抗値に逆比例して分割され、一対の電極のそれぞれにおいて検出される。そして、一対の電極のそれぞれにおける電流の比に基づいて、入射位置が取得される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－０３３５０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記技術分野にあっては、化合物半導体材料にて位置検出器を作製する要求がある。しかし、化合物半導体では、低キャリア濃度の素子が作りにくいため、電極間の抵抗が低くなる傾向がある。その場合には、微小な電位差に応じて電極間に電流が流れてしまい、ノイズが大きくなるおそれがある。

【0005】

本開示は、材料に依らずにノイズの増大を抑制可能な半導体光位置検出器、及び、半導体光位置検出器アレイを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［１］「第１化合物半導体からなり、第１導電型を有する第１半導体層と、前記第１半導体層に積層され、前記第１化合物半導体よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する第２半導体層と、前記第２半導体層の前記第１半導体層と反対側の面から前記第１半導体層に向かって延在するように前記第２半導体層内に形成され、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する複数の半導体領域と、前記第２半導体層内に形成され、複数の前記半導体領域の少なくとも一部を包囲する包囲領域と、前記第２半導体層上に設けられ、前記第１半導体層及び前記第２半導体層の積層方向である第１方向に交差する第２方向に沿って、互いに離間するように配列された第１メタル電極及び第２メタル電極と、を備え、複数の前記半導体領域は、前記第１メタル電極に接触した第１コンタクト領域と、前記第２メタル電極に接触すると共に、前記第２方向に沿って前記第１コンタクト領域と離間しつつ配列された第２コンタクト領域と、前記第１方向からみて、前記第１コンタクト領域と前記第２コンタクト領域との間において、前記第２方向に沿って配列された複数のアイランド領域と、を有し、前記包囲領域の前記第２導電型のキャリア濃度は、前記アイランド領域における前記第２導電型のキャリア濃度のピークよりも低く、複数の前記アイランド領域のそれぞれは、前記第１方向からみて前記包囲領域に包囲されており、電極に接触していない、半導体光位置検出器」である。

【0007】

この検出器では、互いに離間した第１メタル電極及び第２メタル電極が形成される第２半導体層内に、第２半導体層から第１半導体層に向かって延在する第２導電型の複数の半導体領域が形成されている。複数の半導体領域は、第１メタル電極及び第２メタル電極のそれぞれに接触した第１コンタクト領域及び第２コンタクト領域の間において、第１メタル電極及び第２メタル電極の配列方向（第２方向）に配列された複数のアイランド領域を含む。複数のアイランド領域のそれぞれは、アイランド領域における第２導電型のキャリア濃度のピークよりも第２導電型のキャリア濃度が低い包囲領域に包囲されており、電極に接触していない。第１メタル電極（第１コンタクト領域）と第２メタル電極（第２コンタクト領域）との間に以上のようなアイランド領域を形成することで、アイランド領域間にエネルギー障壁が形成され、第１メタル電極と第２メタル電極との間の抵抗を上げることができる。したがって、この検出器によれば、材料に依らずに、アイランド領域の構造に起因してノイズの増大を抑制することができる。なお、包囲領域の第２導電型のキャリア濃度が、アイランド領域における第２導電型のキャリア濃度のピークよりも低いとは、包囲領域が第２導電型であるが、その第２導電型のキャリ濃度が当該ピークよりも低い場合と、包囲領域が第２導電型でない（例えば第１導電型が支配的である）ことにより、その第２導電型のキャリ濃度が当該ピークよりも低くなる場合とを含む。したがって、包囲領域の導電型は限定されない。

【0008】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［２］「複数の前記半導体領域は、前記第２半導体層から前記第１半導体層の内部にわたって形成されている、上記［１］に記載の半導体光位置検出器」であってもよい。このように、第２導電型の半導体領域が第１半導体層の内部にわたって形成されることにより、電圧を加えなくても感度が得られる。このため、電圧源を用意する必要が無く、且つ、低暗電流での測定が可能となる。

【0009】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［３］「前記第２半導体層上に設けられ、前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に沿って、互いに離間するように配列された第３メタル電極及び第４メタル電極を備え、複数の前記半導体領域は、前記第３メタル電極に接触した第３コンタクト領域と、前記第４メタル電極に接触すると共に、前記第３方向に沿って前記第３コンタクト領域と離間しつつ配列された第４コンタクト領域と、を有し、複数の前記アイランド領域は、前記第３コンタクト領域と前記第４コンタクト領域との間において、前記第３方向に沿って配列されている、上記［１］又は［２］に記載の半導体光位置検出器」であってもよい。この場合、第１メタル電極～第４メタル電極のそれぞれからの出力電流に基づいて、第２方向及び第３方向を含む２次元の位置情報を取得することが可能となる。

【0010】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［４］「前記包囲領域が前記第２導電型を有し、前記包囲領域の最も低い前記第２導電型のキャリア濃度は、前記アイランド領域の前記第２導電型のキャリア濃度のピークの３／４以下である、上記［１］～［３］のいずれかに記載の半導体光位置検出器であってもよい。この場合、キャリア濃度をより低くすることで、エネルギー障壁をより高くすることができ、第１メタル電極と第２メタル電極との間の抵抗をより高抵抗化することが可能となる。

【0011】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［５］「前記第２半導体層は、前記第１導電型を有し、前記第２半導体層の前記第１導電型のキャリア濃度は、１×１０^１６以下である、上記［１］～［４］のいずれかに記載の半導体光位置検出器」であってもよい。この場合、第１メタル電極と第２メタル電極との間の抵抗の必要以上の増加を抑制し、リニアリティの悪化を抑制することが可能となる。

【0012】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［６］「互いに隣り合う前記アイランド領域の間に形成された抵抗調整領域を備える、上記［１］～［５］のいずれかに記載の半導体光位置検出器」であってもよい。この場合、抵抗が上がりすぎることを防止し、高強度の光でもリニアリティよく検出することが可能となる。なお、抵抗調整領域とは、一例として、アイランド領域から離れるにつれてキャリア濃度が低くなる領域同士が重複することで、アイランド領域の外側の領域のうちの相対的にキャリア濃度が高くなる領域である。

【0013】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［７］「複数の前記アイランド領域のそれぞれは、前記第１方向からみて円形状である、上記［１］～［６］のいずれかに記載の半導体光位置検出器」であってもよい。例えばアイランド領域を多角形状とした場合には、角部で電界の集中が生じるおそれがある。これに対して、このようにアイランド領域を円形とすることで、一部での電界の集中が避けられ、均一に電界を加えることが可能となる。また、円と円の最も近い辺を極小にすることにより、必要以上の抵抗の低下を防ぐことが可能となる。

【0014】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［８］「前記半導体領域の前記第２導電型のキャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上である、上記［１］～［７］のいずれかに記載の半導体光位置検出器」であってもよい。この場合、キャリア濃度を高めることでＰＮ接合時の障壁を増し、暗電流を低下することができる。

【0015】

本開示に係る半導体光位置検出器は、［９］「前記第１半導体層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、及びＩｎＧａＮのいずれか、又はこれらの混晶からなり、前記第２半導体層は、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓＰ、及び、ＧａＮのいずれか、又はこれらの混晶からなる、上記［１］～［８］のいずれかに記載の半導体光位置検出器」であってもよい。このように、光位置検出器の作製が難しい化合物半導体であっても光位置検出器の作製が可能となり、各材料に応じた波長に合わせた高いＳ／Ｎ比の光位置検出器を作製することが可能となる。

【0016】

本開示に係る半導体光位置検出器アレイは、［１０］「上記［１）］～［９］のいずれかに記載された前記半導体光位置検出器を複数備え、複数の前記半導体光位置検出器は、前記第１方向及び前記第２方向に交差する方向に沿って配列されている、半導体光位置検出器アレイ」である。この場合、複数の光が入射される場合であっても、それぞれの光に応じた信号を容易に分離して検出することが可能となる。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、材料に依らずにノイズの増大を抑制可能な半導体光位置検出器、及び、半導体光位置検出器アレイを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本実施形態に係る半導体光位置検出器を示す模式図である。

【図2】図２は、図１に示されたアイラインド領域及び包囲領域を拡大して示す模式的な平面図である。

【図3】図３は、図１に示された半導体領域のキャリア濃度を示すグラフである。

【図4】図４は、変形例に係る半導体光位置検出器を示す模式的な平面図である。

【図5】図５は、変形例に係る半導体光位置検出器を示す模式的な平面図である。

【図6】図６は、別の変形例を示す模式的な平面図である。

【図7】図７は、さらに別の変形例を示す模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、一実施形態に係る半導体光位置検出器、及び、半導体光位置検出器アレイについて、図面を参照しつつ説明する。各図の説明においては、互いに同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図には、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸によって規定される直交座標系を図示する場合がある。

【0020】

図１は、本実施形態に係る半導体光位置検出器を示す模式図である。図１の（ａ）は平面図であり、図１の（ｂ）は、図１のIb－Ib線に沿った断面図である。図１に示されるように、半導体光位置検出器１は、第１半導体層１０と、第２半導体層２０と、第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２と、共通電極４５と、複数の半導体領域３０と、保護膜Ｆと、を備えている。半導体光位置検出器１は、表面１ａと表面１ａの反対側の裏面１ｂと、を有する。半導体光位置検出器１では、例えば表面１ａが光入射面とされる。

【0021】

半導体光位置検出器１は、例えば、光の入射位置を検出する（１次元の）ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）である。この場合、半導体光位置検出器１では、表面１ａ側からスポット光が入射すると、入射位置において光量に比例した電荷が発生する。この電荷は、光電流として第２半導体層２０に到達し、第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２までの距離に逆比例して分割され、第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２から取り出される。そして、第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２からの出力電流の値や、入射位置から第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２までの距離等に基づいて、入射光の光量等に依らずに、スポット光の入射位置が求められる。

【0022】

第１半導体層１０は、第１化合物半導体からなり、第１導電型（例えばｎ型）を有する。第１化合物半導体は、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、及びＩｎＧａＮのいずれか、又はこれらの混晶である。第１半導体層１０は、裏面１ｂを含む。第１半導体層１０は、表面１ａに交差する第１方向（ここではＺ軸方向）に沿って積層された複数の半導体層を含む。複数の半導体層は、例えば、裏面１ｂ側から順に積層された基板（不図示）、バッファ層（不図示）、及び、光吸収層（不図示）を含む。

【0023】

基板及びバッファ層は、一例としてＩｎＰからなる。バッファ層は、例えば、第１方向について０．５μｍ～２．０μｍ程度の厚さを有する。光吸収層は、一例としてＩｎＧａＡｓを含む（ＩｎＧａＡｓからなる）。一例として、光吸収層は、第１方向について１．０μｍ～５μｍ程度の厚さを有する。

【0024】

第２半導体層２０は、第１半導体層１０に積層されている。第２半導体層２０は、第１化合物半導体のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有している。第２半導体層２０は、第１導電型（例えばｎ型）を有する。第２半導体層２０の第１導電型のキャリア濃度は、一例として１×１０^１６ｃｍ^－３以下である。第２化合物半導体は、一例として、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓＰ、及び、ＧａＮのいずれか、又はこれらの混晶である。

【0025】

第２半導体層２０は、表面１ａを含む。第１方向（ここではＺ軸方向）は、表面１ａ及び裏面１ｂに交差する方向であって、第１半導体層１０と第２半導体層２０との積層方向でもある。第２半導体層２０は、少なくとも１層のキャップ層（不図示）を含む。キャップ層は、光吸収層の表面１ａ側において光吸収層に積層されており、光吸収層との界面を有する。

【0026】

ここで、表面１ａには、凹部６０が形成されている。一例として、表面１ａは、第１方向からみて長方形状であり、凹部６０は、第１方向からみて表面１ａと同様の長方形状である。凹部６０は、底面６０ｉと、底面６０ｉと表面１ａとを接続する側面６０ｓと、を含む。凹部６０の底面６０ｉには、第２半導体層２０（例えばキャップ層）が露出している。

【0027】

第１半導体層１０及び第２半導体層２０は、第１方向からみて凹部６０の底面６０ｉに重なる第１領域Ａと、第１領域Ａの外側の第２領域Ｂと、を含む。半導体光位置検出器１では、第１方向からみて凹部６０の底面６０ｉに重なる第１領域Ａが、底面６０ｉの外側の第２領域Ｂよりも薄く構成され、光の入射を受けて電荷を生成する受光部とされている。

【0028】

保護膜Ｆは、表面１ａ、凹部６０の側面６０ｓ、及び、凹部６０の底面６０ｉを覆うように設けられている。保護膜Ｆは、反射防止膜としての機能を有してもよい。保護膜Ｆには、第２領域Ｂ上において貫通孔Ｆｈが形成されており、この貫通孔Ｆｈから第２半導体層２０（後述する第１コンタクト領域３１及び第２コンタクト領域３２）が露出されている。第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２は、第１方向に交差する第２方向（ここではＸ軸方向）に沿って互いに離間するように配列され、保護膜Ｆを介して第２半導体層２０上に形成されている。第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２は、貫通孔Ｆｈを介して第２半導体層２０に接触されている。共通電極４５は、裏面１ｂ上に形成されて第１半導体層１０（例えば基板）に接触されている。

【0029】

半導体領域３０は、第２半導体層２０の第１半導体層１０と反対側の面（表面１ａ）から第１半導体層１０に向かって延在するように、第２半導体層２０内に形成されている。本実施形態では、半導体領域３０は、第２半導体層２０から第１半導体層１０の内部にわたって形成されている（第１半導体層１０の内部に到達している）。半導体領域３０は、第１導電型と異なる第２導電型（例えばｐ型）を有する。なお、半導体領域３０は、第１半導体層１０の内部に至っていなくてもよい。

【0030】

半導体領域３０は、第２半導体層２０及び第１半導体層１０に不純物（例えばＺｎ）をドーピングすることにより、第２導電型の領域とされている。半導体領域３０は、例えば、表面１ａ側から不純物を熱拡散によりドーピングすることで形成される拡散領域とされ得る。或いは、半導体領域３０は、イオン注入法によって不純物がドーピングされて形成されてもよい。半導体領域３０の第２導電型のキャリア濃度は、一例として１×１０^１７ｃｍ^－３以上である。

【0031】

複数の半導体領域３０は、第１コンタクト領域３１、第２コンタクト領域３２、及び、複数のアイランド領域３３を含む。第１コンタクト領域３１は、保護膜Ｆの貫通孔Ｆｈを介して第１メタル電極４１に接触している。第２コンタクト領域３２は、保護膜Ｆの貫通孔Ｆｈを介して第２メタル電極４２に接触している。第２コンタクト領域３２は、第２方向に沿って第１コンタクト領域３１と離間しつつ配列されている。

【0032】

アイランド領域３３は、第１コンタクト領域３１と第２コンタクト領域３２との間において、第２方向に沿って配列されている。本実施形態では、アイランド領域３３は、第１方向及び第２方向に交差する第３方向（ここではＹ軸方向）と第２方向とを含む面内に一様に配列されている。アイランド領域３３は、第１方向からみて、円形状である。アイランド領域３３同士は、互いに離間している。なお、本実施形態では、第１メタル電極４１と第１コンタクト領域３１との接触部、及び、第２メタル電極４２と第２コンタクト領域３２との接触部は、第３方向におけるアイランド領域３３が分布する範囲の全体にわたって（第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２の全体にわたって）直線状に延在している。

【0033】

図１及び図２に示されるように、半導体光位置検出器１は、第２半導体層２０内に形成され、第１方向からみたときに複数の半導体領域３０の少なくとも一部を包囲する包囲領域５０を備えている。包囲領域５０は、第１方向からみて、少なくともアイランド領域３３を包囲している。

【0034】

包囲領域５０は、アイランド領域３３の周囲に環状（ここでは円環状）に形成されている。包囲領域５０の外側には非拡散領域５１が形成されている。本実施形態では、包囲領域５０は、アイランド領域３３を形成する際に不純物の拡散が広がった領域である。したがって、図３に示されるように、包囲領域５０は、第２導電型であり、アイランド領域３３の第２導電型のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有する。より具体的には、包囲領域５０のキャリア濃度は、アイランド領域３３の中心から径方向に離れるにつれて低下する。

【0035】

ただし、隣り合う包囲領域５０同士は、その外縁部において重複した重複領域５２を有しており、この重複領域５２では、キャリア濃度が足し合わされて高くなっている。したがって、アイランド領域３３の間に重複領域５２があることで、電気抵抗が高くなり過ぎることが抑制される。換言すれば、重複領域５２は、抵抗調整領域である。さらに換言すれば、半導体光位置検出器１は、隣り合うアイランド領域３３の間に形成された抵抗調整領域を備える。ただし、抵抗調整領域は必須ではなく、設けられていなくてもよい。

【0036】

なお、包囲領域５０の最も低い第２導電型のキャリア濃度Ｃβは、アイランド領域３３の第２導電型のキャリア濃度のピーク値Ｃαの３／４以下である。或いは、キャリア濃度Ｃβは、ピーク値Ｃαの２／３以下であることが望ましく、さらには、１／２以下であることがより望ましい。なお、本実施形態では、最も近接したアイランド領域３３同士の間隔Ｄ２は、例えば３μｍ程度であり、アイランド領域３３の直径Ｄ１（例えば１０μｍ程度）よりも小さい。また、非拡散領域５１は第１導電型であり得る。

【0037】

以上のように、複数の前記アイランド領域３３のそれぞれは、第１方向からみて包囲領域５０に包囲されており、電極に接触していない。アイランド領域３３が電極に接触していないとは、第１メタル電極４１や第２メタル電極４２等に直接的に接触していないことに加えて、第１メタル電極４１や第２メタル電極４２に電気的に接続された配線や他の電極といった、第２半導体層２０よりも低抵抗の部材や層等にも接触していないことを意味する。

【0038】

以上説明したように、半導体光位置検出器１では、互いに離間した第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２が形成される第２半導体層２０内に、第２半導体層２０から第１半導体層１０に向かって延在する第２導電型の複数の半導体領域３０が形成されている。複数の半導体領域３０は、第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２のそれぞれに接触した第１コンタクト領域３１及び第２コンタクト領域３２の間において第２方向に配列された複数のアイランド領域３３を含む。

【0039】

複数のアイランド領域３３のそれぞれは、アイランド領域３３における第２導電型のキャリア濃度のピークよりも第２導電型のキャリア濃度が低い包囲領域５０に包囲されており、電極に接触していない。第１メタル電極４１（第１コンタクト領域３１）と第２メタル電極４２（第２コンタクト領域３２）との間に以上のようなアイランド領域３３を形成することで、アイランド領域３３間にエネルギー障壁が形成され、第１メタル電極４１と第２メタル電極４２との間の電気抵抗を上げることができる。したがって、半導体光位置検出器１によれば、材料に依らずに、アイランド領域３３の構造に起因してノイズの増大を抑制することができる。

【0040】

また、半導体光位置検出器１では、複数の半導体領域３０は、第２半導体層２０から第１半導体層１０の内部にわたって形成されている。このように、第２導電型の半導体領域３０が第１半導体層１０の内部にわたって形成されることにより、電圧を加えなくても感度が得られる。このため、電圧源を用意する必要が無く、且つ、低暗電流での測定が可能となる。

【0041】

また、半導体光位置検出器１では、包囲領域５０が第２導電型を有し、包囲領域５０の最も低い第２導電型のキャリア濃度Ｃβは、アイランド領域３３の第２導電型のキャリア濃度のピーク値Ｃαの３／４以下である。このため、キャリア濃度をより低くすることで、エネルギー障壁をより高くすることができ、第１メタル電極４１と第２メタル電極４２との間の抵抗をより高抵抗化することが可能となる。

【0042】

また、半導体光位置検出器１では、第２半導体層２０は、第１導電型を有し、第２半導体層２０の第１導電型のキャリア濃度は、１×１０^１６以下である。このため、第１メタル電極４１と第２メタル電極４２との間の抵抗の必要以上の増加を抑制し、リニアリティの悪化を抑制することが可能となる。

【0043】

また、半導体光位置検出器１は、互いに隣り合うアイランド領域３３の間に形成された抵抗調整領域（重複領域５２）を備える。このため、抵抗が上がりすぎることを防止し、高強度の光でもリニアリティよく検出することが可能となる。なお、抵抗調整領域とは、一例として、アイランド領域から離れるにつれてキャリア濃度が低くなる領域（包囲領域５０）同士が重複することで、アイランド領域の外側の領域（包囲領域５０）のうちの相対的にキャリア濃度が高くなる領域である。

【0044】

また、半導体光位置検出器１では、複数のアイランド領域３３のそれぞれは、第１方向からみて円形状である。このようにアイランド領域３３を円形とすることで、アイランド領域３３を多角形状とした場合に角部で電界の集中が生じることが避けられ、均一に電界を加えることが可能となる。また、円と円の最も近い辺を極小にすることにより、必要以上の抵抗の低下を防ぐことが可能となる。

【0045】

また、半導体光位置検出器１では、半導体領域３０の第２導電型のキャリア濃度は、１×１０^１７／ｃｍ^３以上である。このため、キャリア濃度を高めることでＰＮ接合時の障壁を増し、暗電流を低下することができる。

【0046】

さらに、半導体光位置検出器１では、第１半導体層１０は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、及びＩｎＧａＮのいずれか、又はこれらの混晶からなり、第２半導体層２０は、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓＰ、及び、ＧａＮのいずれか、又はこれらの混晶からなる。このように、光位置検出器の作製が難しい化合物半導体であっても光位置検出器の作製が可能となり、各材料に応じた波長に合わせた高いＳ／Ｎ比の光位置検出器を作製することが可能となる。

【0047】

以上の実施形態は、本発明に係る半導体光位置検出器の一態様について説明したものである。したがって、本発明は、上記実施形態に係る半導体光位置検出器１に限定されず、任意に変形され得る。引き続いて、変形例について説明する。

【0048】

図４は、変形例に係る半導体光位置検出器を示す模式的な平面図である。上記実施形態では、第１方向からみて円形状のアイランド領域３３が２次元状に配列された態様について説明したが、図４の（a）に示されるように、アイランド領域３３は、第１方向からみて長尺の長方形状に形成されていてもよい。図４の（a）の例では、第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２に挟まれる領域の第３方向の全体にわたって延在する複数のアイランド領域３３が、互いに離間しつつ第２方向に沿って１次元状に配列されている。この場合、当該アイランド領域３３を包囲する包囲領域５０の形状は、アイランド領域３３の外形に沿った長尺の矩形環状となり得る。

【0049】

また、図４の（ｂ）に示されるように、アイランド領域３３は、第１方向からみて正方形状に形成されていてもよい。図４の（ｂ）の例では、第１方向からみて正方形状の複数のアイランド領域３３が、互いに離間しつつ第２方向及び第３方向に沿って２次元状に一様に配列されている。この場合、当該アイランド領域３３を包囲する包囲領域５０の形状は、アイランド領域３３の外形に沿った正方形環状となり得る。

【0050】

さらに、図５に示されるように、アイランド領域３３は、第１方向からみて六角形状に形成されていてもよい。図５の例では、第１方向からみて六角形状の複数のアイランド領域３３が、互いに離間しつつ第２方向及び第３方向に沿って２次元状に一様に配列されている。この場合、当該アイランド領域３３を包囲する包囲領域５０の形状は、アイランド領域３３の外形に沿った六角形環状となり得る。以上のように、アイランド領域３３は、円形に限定されず、任意の多角形状とされ得る。また、アイランド領域３３は、円形や多角形状に限定されず、任意の形状（例えば楕円状）とされ得る。

【0051】

図６は、別の変形例を示す模式的な平面図である。図６の（a）に示されるように、半導体光位置検出器１は、第３メタル電極４３及び第４メタル電極４４をさらに備えてもよい。図６の（a）の例では、第３メタル電極４３及び第４メタル電極４４は、第３方向に沿って、互いに離間するように配列されている。また、半導体領域３０は、第３メタル電極４３に接触した第３コンタクト領域３５と、第４メタル電極４４に接触すると共に、第３方向に沿って第３コンタクト領域３５と離間しつつ配列された第４コンタクト領域３６と、をさらに有する。

【0052】

アイランド領域３３は、第３コンタクト領域３５と第４コンタクト領域３６との間において、第３方向に沿って配列されている。ここでは、第１方向からみたとき、第１メタル電極４１（第１コンタクト領域３１）、第２メタル電極４２（第２コンタクト領域３２）、第３メタル電極４３（第３コンタクト領域３５）、及び、第４メタル電極４４（第４コンタクト領域３６）によって囲われる矩形状の領域の全体に、複数の円形状のアイランド領域３３が２次元状に配列されている。

【0053】

図６の（a）の例では、第１メタル電極４１と第１コンタクト領域３１との接触部、及び、第２メタル電極４２と第２コンタクト領域３２との接触部は、第３方向におけるアイランド領域３３が分布する範囲の全体にわたって（第１メタル電極４１及び第２メタル電極４２の全体にわたって）直線状に延在している。また、第３メタル電極４３と第３コンタクト領域３５との接触部、及び、第４メタル電極４４と第４コンタクト領域３６との接触部は、第２方向におけるアイランド領域３３が分布する範囲の全体にわたって（第３メタル電極４３及び第４メタル電極４４の全体にわたって）直線状に延在している。

【0054】

以上の図６の（a）の変形例によれば、第１メタル電極４１、第２メタル電極４２、第３メタル電極４３、及び第４メタル電極４４のそれぞれからの出力電流に基づいて、第２方向及び第３方向を含む２次元の位置情報を取得することが可能となる。

【0055】

図６の（ｂ）の例では、第１メタル電極４１、第２メタル電極４２、第３メタル電極４３、及び第４メタル電極４４は、それぞれ、第２方向に沿って延在する部分と、第３方向に沿って延在する部分とによって、Ｌ字状に形成されている。そして、第１メタル電極４１、第２メタル電極４２、第３メタル電極４３、及び第４メタル電極４４は、第１メタル電極４１の角部４１ｐ、第２メタル電極４２の角部４２ｐ、第３メタル電極４３の角部４３ｐ、及び、第４メタル電極４４の角部４４ｐが、四角形の四隅となるように配置されている。また、第１メタル電極４１と第２メタル電極４２とが、一の対角線Ｌ１２に沿って互いに対向するように配置されており、第３メタル電極４３と第４メタル電極４４とが、別の対角線Ｌ３４に沿って互いに対向するように配置されている。

【0056】

そして、第１メタル電極４１と第１コンタクト領域３１とは、角部４１ｐのみで接触しており、第２メタル電極４２と第２コンタクト領域３２とは、角部４２ｐのみで接触しており、第３メタル電極４３と第３コンタクト領域３５とは、角部４３ｐのみで接触しており、第４メタル電極４４と第４コンタクト領域３６とは、角部４４ｐのみで接触している。したがって、図６の（ｂ）の例では、位置検出の方向は、対角線Ｌ１２に沿った方向と、対角線Ｌ３４に沿った方向となる。

【0057】

換言すれば、図６の（ｂ）の例では、対角線Ｌ１２に沿った方向を新たな第２方向、対角線Ｌ３４に沿った方向を新たな第３方向と読み替えることにより、第１メタル電極４１と第２メタル電極４２とが当該第２方向に沿って互いに離間しつつ配列され、第３メタル電極４３と第４メタル電極４４とが当該第３方向に沿って互いに離間しつつ配列されることとなる。また、アイランド領域３３は、当該第２方向及び当該第３方向に沿って配列されることとなる。

【0058】

なお、第１メタル電極４１、第２メタル電極４２、第３メタル電極４３、及び第４メタル電極４４の角部４１ｐ，４２ｐ，４３ｐ，４４ｐ以外の部分（半導体領域３０と接触していない部分）は、受光部を限定する遮光のために設けられている。

【0059】

以上の図６の（ｂ）の変形例によっても、第１メタル電極４１、第２メタル電極４２、第３メタル電極４３、及び第４メタル電極４４のそれぞれからの出力電流に基づいて、第２方向及び第３方向を含む２次元の位置情報を取得することが可能となる。

【0060】

さらに、図示は省略するが、半導体光位置検出器１は、両面分割型のＰＳＤとして構成されてもよい。この場合、表面１ａ側に第１メタル電極４１と第２メタル電極４２とが形成され、裏面１ｂ側に第３メタル電極４３と第４メタル電極４４とが形成される。

【0061】

図７は、さらに別の変形例を示す模式的な断面図である。図７に示される半導体光位置検出器１Ａは、第１半導体層１０に変えて第１半導体層１０Ａを備え、第２半導体層２０に変えて第２半導体層２０Ａを備える点において、実施形態に係る半導体光位置検出器１と相違している。第１半導体層１０Ａは、第１導電型（例えばｎ型）を有する第１層１１と、第１導電型を有すると共に第１層１１の一部の上に積層された第２層１２と、を含む。第１層１１は、例えばＮ－ＩｎＰから構成され、第２層１２は、例えばＮ－ＩｎＧａＡｓから構成される。第２半導体層２０Ａは、第２導電型（例えばｐ型）を有し、第１半導体層１０Ａの第２層１２上に積層されている。第２半導体層２０Ａは、例えばＰ－ＩｎＰから構成される。

【0062】

第２半導体層２０Ａは、表面１ａを含む。そして、半導体領域３０は、第２半導体層２０Ａの第１半導体層１０Ａと反対側の面（表面１ａ）から第１半導体層１０Ａに向かって延在するように第２半導体層２０Ａ内に形成されている。ここでは、半導体領域３０は、第２半導体層２０Ａから第１半導体層１０Ａの内部にわたって形成されている。このように、第２導電型を有する第２半導体層２０Ａの内部に、第２導電型を有する半導体領域３０を形成してもよい。このとき、第２半導体層２０Ａの第２導電型のキャリア濃度は、例えば、１×１０^１４ｃｍ^－３～１×１０^１６ｃｍ^－３程度とすることができる。

【0063】

以上、半導体光位置検出器１，１Ａについて説明したが、以上の半導体光位置検出器１，１Ａを複数備え、当該複数の半導体光位置検出器１，１Ａを、第１方向及び第２方向に交差する方向に沿って配列することで半導体光位置検出器アレイを構成してもよい。

【符号の説明】

【0064】

１，１Ａ…半導体光位置検出器、１０，１０Ａ…第１半導体層、２０，２０Ａ…第２半導体層、３０…半導体領域、３１…第１コンタクト領域、３２…第２コンタクト領域、３３…アイランド領域、３５…第３コンタクト領域、３６…第４コンタクト領域、４１…第１メタル電極、４２…第２メタル電極、４３…第３メタル電極、４４…第４メタル電極、５０…包囲領域、５２…重複領域（抵抗調整領域）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】