JP6091741B2 - バイスペクトル多層フォトダイオード検出器、及びそのような検出器を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＮ接合が形成される単一の積層体の２つの吸収層を使用するバイスペクトル検出器の分野に関する。

その高い曲線因子及び時間的コヒーレンスのために好まれるバイスペクトル検出器は、異なる電磁波放射線の周波数範囲を吸収するために、幾つかの半導体層の積層体を備え、それらの層は互いに絶縁され、そこで入射放射線の吸収によって作り出される電荷担体を集めるためにＰＮ接合が形成される。そのような検知器は、例えば、ＵＳ６０３４４０７の文献、及び「ジャーナル・オブ・エレクトロニック・マテリアルズ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」の３６巻８号１０３１頁（２００７年）で発表された、デステファニス（Ｄｅｓｔｅｆａｎｉｓ）著の“ＬＥＴＩでのＨｇＣｄＴｅ系２色型とデュアルバンド型赤外光アレイの状況（Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ＨｇＣｄＴｅ ｂｉｃｏｌｏｒ ａｎｄ ｄｕａｌ−ｂａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｒｒａｙ ａｔ ＬＥＴＩ）”という題名の文献で説明される。これらの第一の２つの参考文献は、ＨｇＣｄＴｅ材料に関する。異なる材料を用いる類似構造の例は、以下の文献で説明され得る：「ＩＥＥＥフォトニック・テクノロジー・レターズ（ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈＬｅｔｔ）」の６巻２号２３５頁（１９９４年）で発表された、キム（Ｋｉｍ）著の“焦平面アレイ型３波長赤外線検出器の構成要素（Ａ Ｔｈｒｅｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｅｌｅｍｅｎｔ）”。

米国特許第６０３４４０７号明細書

デステファニス、「ＬＥＴＩでのＨｇＣｄＴｅ系２色型とデュアルバンド型赤外光アレイの状況」、ジャーナル・オブ・エレクトロニック・マテリアルズ、２００７年、第３６巻、第８号、ｐ．１０３１ キム、「焦平面アレイ型３波長赤外線検出器の構成要素」、ＩＥＥＥフォトニック・テクノロジー・レターズ、１９９４年、第６巻、第２号、ｐ．２３５

このタイプの検知器が遭遇する問題をより良く理解するために、図１から図３を参照しながら、バイスペクトルアレイ検知器１０の例を以下に説明する。図１はこの検知器の上面図であり、ここでは３画素検知器による２次元２画素の形態が示され、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図３は検知器の積層体を形成する、カドミウム、水銀及びテルリウムの様々な合金（Ｃｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ）のカドミウム組成ｘを示すプロファイルである。

検知器１０は、
・カドミウム、亜鉛及びテルリウムの合金、又は“ＣＺＴ”合金から成る基板１２と、
・基板１２上に形成されるＰ型半導体の下部吸収層１４と、
（層１４は水銀の空孔及び低いエネルギーギャップによってＰドープされたＣｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ合金から成る。層１４のカドミウム組成ｘ_１４は、波長λ_１４周辺の第１の波長範囲に層が吸収特性を有するように選ばれる。）
・下部層１４上に作られ、バリアを形成する中間層１６と、
（層１６は高いエネルギーギャップを有する材料、例えば、組成ｘ_１６が層１４及び層１８のカドミウム組成ｘ_１４、ｘ_１８に関して高い、Ｃｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ合金から成る。）
・バリアを形成する層１６上に形成される、上部のＰ型半導体吸収層１８と、
（層１８は水銀の空孔及び低いエネルギーギャップによってＰドープされたＣｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ合金から成る。層１８のカドミウム組成ｘ_１８は、λ_１８＜λ_１４であるような波長λ_１８周辺の第２の波長範囲に層が吸収特性を有するように選ばれる。）
によって形成される積層体を備える。

Ｎ型半導体区域２０はまた、例えばボロンイオン注入によって、上部層１８に作られる。このイオン注入ステップは、Ｐ型の固有のドーピングをＮ型ドーピングに変える効果を有し、こうしてＰＮ接合のアレイを形成し、それ故にフォトダイオードを形成する。

開口部２２はまた、下部層１４に接続できるように、上部層１８及び中間層１６を通り抜けて下部層１４まで機械加工される。例えば開口部２２の底部にちょうど触れる下部層１４のそのような部分にボロンイオン注入によるＮドーピングを適用することによって、Ｎ型半導体区域２４が下部層１４に作られる。ＰＮ接合のアレイ、それ故にフォトダイオードは、こうして下部層１４に形成される。

半導体区域２０及び半導体区域２４はそれぞれ、好ましくはＬ行×Ｃ列の検知器アレイを形成し、示された例では、Ｌ及びＣはそれぞれ２及び３であり、４つの区域２４から成る長方形又は正方形の中心に区域２４を得るように、区域２４のアレイは区域２０のアレイに対して補正（ｏｆｆｓｅｔ）される。

ＣｄＴｅ／ＺｎＳ二分子層を用いて作られたパッシベーション層２６（明瞭さのために図１では示せず）がまた、上部層１８の露出面上及び開口部２２に堆積される。

最終的に、金属導電パッド２８が各区域２０の上の上部層１８上に形成され、区域２０に浸透し、そこに含まれる電荷を集める。同様に、金属導電パッド３０が各開口部２２に、その開口部の側面を覆う層の形態で堆積され、対応する区域２４に浸透し、その区域に含まれる電荷を集める。パッド３０の外部のインターフェース（図示せず）との接続を促進するために、導電パッド３０はパッシベーション層２６の上部面上に広がる。最終的に、フリップチップ技術を用いることで読み出し回路（図示せず）上の積層体を混成する（ｈｙｂｒｉｄｉｚｅ）ために、パッシベーション層２６の上部面上に形成されるそれぞれの導電パッド２８，３０の部分上でインジウムのバンプ３２，３４が使用される。

上述の検知器１０は、バックサイド・イルミネイテッド・センサーである。基板１２の露出面は、積層体を浸透する電磁波放射線ＲＥを受け取る。第１の波長範囲に含まれる放射線ＲＥの部分は下部層１４によって吸収され、第２の波長範囲に含まれる放射線ＲＥの部分は上部層１８によって吸収される。

それ自体周知のように、下部層１４及び上部層１８での光子の吸収は、半導体区域２０，２４に拡散し、且つ導電パッド２８，３０によって集められる電荷担体を解放する。バイアス電圧は、共通の周辺コンタクト（図２では図示せず）とそれ自体知られた形態である導電パッド２８，３０との間に印加されるか、又は印加されない。

中間層１６の役割は、層１４，１８の一方で作られる電荷担体が層１４，１８の他方に拡散し、それ故に検知の質に弊害をもたらすクロストークとして知られる現象を生み出すのを防ぐことである。この機能はより一般的に、“バリア”と称される。

中間層１６のバリア機能の質は主に、一方での中間層１６のバンドギャップ値と、他方での下部層１４及び上部層１８のバンドギャップ値との間の差異によって決まる。中間層１６は、下部層１４及び上部層１８の価電子帯及び導電帯を離すポテンシャル障壁を形成し、それ故に一方の層からもう一方の層への電荷担体の移動を制限する。

Ｃｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅタイプの半導体の合金では、エネルギーギャップ値は主に、水銀組成（１−ｘ）、又は同等にカドミウム組成ｘによって決定される。図３は積層体の様々な層のカドミウム組成ｘに関する典型的なプロファイルを示し、中間層１６は下部層１４及び上部層１８のそれぞれの組成ｘ_１４、ｘ_１８よりも好ましくは少なくとも５０％高い組成ｘ_１６を有する。

開口部２２は下部層１４に接続するために必要であり、それ故に半導体区域２４を作り、且つ区域２４の電荷を集める導電パッド３０を作ることを可能にする。

しかし、開口部２２を形成するのに使用される機械加工技術にかかわらず、開口部の壁は常に多くの欠陥を有する。穴の側面の結晶品質はこれによるエッチングによって低下することがあり、高い表面再結晶速度をもたらす。実際に、上部層１８に存在する開口部２２のそれらの部分は、その層の電荷担体に対する再結晶の源であると同様に、この層１８のＰＮ接合に対するこの発生電流に関連する低周波ノイズの源でもある。

この問題を軽減するために頻繁に採用される１つの解決策は、上部層１８のＰＮ接合を開口部２２から離すことである。このことはそれ故に、ピクセル曲線因子を低減する。

もう１つの解決策は、開口部２２を作るためにプラズマ機械加工技術を用いるステップと、その後に開口部の側面をアニーリングによって修繕するステップとを含む。この解決策は理想的で好ましい策であり得るが、面倒な技術的開発作業を伴うエッチングプロセスを完全にマスターすることが必要とされる。

本発明の目的は、これらの欠陥が依然として存在し得るにもかかわらず、上部層に含まれる開口部のそれらの部分がその層に対して電気的に不可視にされる検知器及びそれを製造する方法を提供することによって、開口部の欠陥による問題を解決することである。

これを達成するために、本発明の目的物は、
・第１及び第２の電磁波放射線の範囲をそれぞれ吸収するための第１導電型の上部及び下部の半導体層の積層体であって、上部層と下部層との間にポテンシャル障壁を形成する中間層によって離される第１導電型の上部及び下部の半導体層の積層体と、
・上部及び下部層に注入された、第１導電型とは反対である第２導電型の半導体区域であって、下部層のそれぞれの半導体区域が上部及び中間層を通り抜ける開口部の底部に、少なくとも部分的に注入される、第２導電型の半導体区域と、
・これらの区域の電荷を集めるために、半導体区域にそれぞれ接続された電気的導体要素と、
を備える、第１及び第２の電磁波放射線範囲を検知するバイスペクトル検知器である。

本発明によると、上部層を通り抜けるそれぞれの開口部の少なくともその部分は、第２導電型の半導体キャップ層によって上部層から離され、
・その第２導電型のドーパントの濃度は１０^１７ｃｍ^−３よりも大きく、
・その厚さは、それがキャップ層における少数担体の拡散距離を上回るように、前記濃度に応じて選ばれる。

実際には、前記表面で発生した担体は、再結晶の前に、それらの周囲の材料の中に拡散によって移動する。拡散距離はそして、その寿命の間に少数担体が進んだ平均距離によって規定される。この拡散距離はドーピングで急速に減少する。（古典的に、１０^１７ｃｍ^−３ドーピングで、１マイクロメートルの何分の１かになる。）

言い換えると、例えばＰである第１導電型の材料の中に注入された、例えばＮである第２導電型のドーパントの濃度が高くなるほど、前記Ｎドープされた材料内の電荷担体の拡散距離は短くなる。

同様に、キャップ層に対して適切な厚さ、例えば電荷担体の拡散距離の略３倍の厚さを選ぶことによって、前記電荷担体はそれ故に、もはや開口部の側面に到達できず、従ってこれらの側面にある欠陥で再結晶できない。逆に、側面によって発生した電荷担体はその後、接合まで拡散できず、フォトダイオードの暗電流及びノイズに貢献できない。

それ故に、Ｃｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅの合金で作られ、水銀の空孔のために初期にはＰ型であり、例えばボロンイオン注入によって、その後１０^１７を上回る濃度でＮ型ドーピングに変えられ、更に５００ｎｍよりも大きい厚さを有するパッシベーション層は、効果的に開口部をマスクする。この厚さは、Ｎドーパントの濃度が１０^１８と同等もしくは１０^１８よりも大きい場合、略１００ｎｍになり得る。

開口部はそれ故に、上部層の電荷担体に関して電気的にマスクされる。開口部によって作られた電荷担体の再結晶及びノイズの源は、それ故に著しく弱められ、あるいは完全に取り除かれる。

本発明のある実施形態では、
・上部層のあらゆる半導体区域は、下部層の隣接する半導体区域とともに連続するボリュームを形成し、
・中間層は上部及び下部層の材料に関して絶縁である材料で作られるか、又はそのバンドギャップが下部及び上部層のそれぞれのバンドギャップの３倍よりも大きい、第１導電型の半導体材料で作られる。

言い換えれば、この方法で半導体区域を作ることによって最適なフォトダイオードの曲線因子を達成できるが、それは上部層のＰＮ接合を開口部の近くに配置できるからである。加えて、中間層を選ぶことによって、任意のクロストークが制限される。

好ましくは、
・上部及び下部層は、水銀の空孔によってＰドープされた、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られ、
・中間層はカドミウムとテルリウムとの合金、又はカドミウム、亜鉛及びテルリウムの合金で作られる。

言い換えれば、中間層は事実上完璧なバリア機能を実現するが、それは中間層が上部及び下部層の絶縁を保証するからである。

代わりに、
・上部及び下部層は、水銀の空孔によってＰドープされた、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られ、
・中間層は、上部及び下部層のそれぞれの水銀組成の半分よりも少ない水銀組成を有する、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られる。

言い換えれば、中間層は積層体の組立を促進するために、最小量の水銀組成を有する。積層体は、例えば分子線エピタキシーによって、基板上に成長する。同時に中間層は、その低い水銀組成によるバンドギャップの高い値により、非常に高い質のバリア機能を実現する。

実際には、ＣｄＨｇＴｅの場合、２つの異なる組成間の界面は、それ故にＰ型材料の少数担体を阻むポテンシャル障壁を価電子帯に作る。

ある実施形態では、中間層を通り抜けるそれぞれの開口部のその部分は、第２導電型の半導体キャップ層によって中間層から離される。

ある実施形態では、中間層は上部及び下部層の材料に関して絶縁である材料で作られるか、又はそのバンドギャップが下部及び上部層のそれぞれのバンドギャップの３倍よりも大きい、第１導電型の半導体材料で作られる。

本発明の目的物はまた、
・第１及び第２の電磁波放射線の範囲をそれぞれ吸収するための第１導電型の上部及び下部の半導体層の積層体を形成するステップあって、上部層と下部層との間にポテンシャル障壁を形成する中間層によって離される第１導電型の上部及び下部の半導体層の積層体を形成するステップと、
・上部及び中間層を通り抜け下部層まで広がる、少なくとも１つの開口部を作るステップと、
・上部及び下部層にそれぞれ注入された、第１導電型とは反対である第２導電型の第１及び第２の半導体区域のセットを作るステップであって、１つの半導体区域があらゆる開口部の底部に少なくとも部分的に注入される、第２導電型の第１及び第２の半導体区域のセットを作るステップと、
・これらの区域の電荷担体を集めるために、半導体区域にそれぞれ接続された電気的導体要素を作るステップと、
を含む、第１及び第２の電磁波放射線範囲を検知するバイスペクトル検知器を製造する方法である。

本発明によると、イオン注入又はイオンビームミリングによる第２導電型のドーピングは、上部層に位置する前記側面の少なくともその部分上のあらゆる開口部の側面上に行われる。

より詳細には、読者は「ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）」の８６巻７００頁（１９９８年）で発表された、デステファニス著の“イオン注入と熱処理によるＨｇＣｄＴｅの電気的ドーピング（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｏｐｉｎｇ ｏｆ ＨｇＣｄＴｅ ｂｙ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）”という題名の文献を参照すべきである。

言い換えれば、それらが適用される要素の表面上に、これらのドーピング技術が高いＮドーパント濃度を伴った層、又は“Ｎ＋”と称される層を形成することが観察されているが、この濃度は１０^１７ｃｍ^−３よりも大きく、且つこれは開口部を電気的にマスクするのに十分な厚さまで広がる。

それ故に、これらのドーピング技術をＰ型Ｃｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ材料に適用することによって、その水銀の空孔のために、略１０^１８ｃｍ^−３のＮドーパント濃度を伴った略１００ｎｍの厚さのＮ＋層が作られるが、それは効果的に開口部をマスクするのに優に十分である。

本発明のある実施形態では、
・中間層は上部及び下部層の材料に関して絶縁である材料、下部及び上部層のそれぞれのバンドギャップの少なくとも３倍大きくなるように選択されたバンドギャップを有する、第１導電型の半導体材料で作られ、
・開口部の底部で第２導電型の半導体区域が下部層に形成されるように、第２導電型のドーピングが全ての開口部に適用される。

言い換えれば、本発明によるキャップ層は、第２導電型の半導体区域を形成するのに用いられる技術を用いて作られる。実際には、イオン注入及びイオンビームミリングは必然的に、高いドーパント濃度を有するＮ＋層及び低いドーパント濃度を有するＮ型層の積層体を形成する。電気的に開口部をマスクするキャップ層が下部層の第２導電型の半導体区域と共同に作られ得、それ故に単一のプロセスステップで作られ得ることもまた、注目すべきである。例えば、単一のイオン注入ステップは、適切な積層体のマスキングを用いて行われる。

代わりに、開口部の側面上の第２導電型のドーピングは、上部層に含まれる開口部の側面のその部分だけに、バリア層が水銀を有しない場合にはバリア層に広がることなしに、イオンビームミリングによって行われる。

本発明のある変形例では、第２導電型の半導体区域が上部層に形成されるように、開口部の側面上の第２導電型のドーピングは上部層の露出面の上にまで広がる。

フォトダイオードの曲線因子はそれ故に最適である。更に、電気的に開口部をマスクする層と同様に上部層の半導体区域は、単一のステップで、例えばイオン注入の間適切なマスキングを適用することで、作られる。

本発明のもう１つの変形例では、上部層の第２導電型の半導体区域は、開口部の側面のドーピング後に得られる第２導電型の半導体区域と接触しないように作られる。とりわけ、第２導電型の半導体要素はまた、特にイオン注入又はイオンビームミリングによって上部層に形成され、これらの要素は、開口部の側面のドーピング後に得られる第２導電型の半導体区域を共通の導体要素に接続する。

言い換えれば、このことは開口部の存在による上部層の第２導電型の半導体区域におけるピンチオフを避ける。このことは暗電流を制限する。加えて、半導体要素を形成することは、全ての開口部の半導体区域を同一のポテンシャルに至らせることを可能にする。

本発明のある実施形態では、
・上部及び下部層は、水銀の空孔によってＰドープされた、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られ、
・中間層はカドミウムとテルリウムとの合金、又はカドミウム、亜鉛及びテルリウムの合金で作られる。

もう１つの実施形態では、
・上部及び下部層は、水銀の空孔によってＰドープされた、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られ、
・中間層は、上部及び下部層のそれぞれの水銀組成の半分よりも少ない水銀組成を有する、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られる。

前文において説明したようなアレイ検知器の上部及び断面図である。 前文において説明したようなアレイ検知器の上部及び断面図である。 前文において説明したような図１及び２で示された検知器の積層体の層のカドミウム組成のプロファイルである。 本発明の第１の実施形態によるアレイ検知器の上部及び断面図である。 本発明の第１の実施形態によるアレイ検知器の上部及び断面図である。 イオン注入後の積層体の電荷ドナーの濃度を示すプロファイルである。 本発明の第２の実施形態によるアレイ検知器の上部及び断面図である。 本発明の第２の実施形態によるアレイ検知器の上部及び断面図である。 本発明の第３の実施形態によるアレイ検知器の上部図である。 本発明の第４の実施形態によるアレイ検知器の断面図である。

本発明は、単に例示の目的で与えられ、同一の符号が同一又は類似の構成要素を示す添付の図面に関連する以下の説明を読むことで、より容易に理解できるようになるだろう。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態による検知器４０は、図３及び図６を参照して以下に説明される。検知器４０は、積層体の層１４、１６及び１８に注入されたＮ型半導体区域又は“Ｎ型区域”の形によって、図１から図３における検知器１０と異なる。

より特別に、パッシベーション層２６の堆積後に、Ｎ型ドーピングが、例えばボロンイオン注入によって、パッシベーション層２６を通って積層体の上部面４２の部分に行われる。

イオン注入は好ましくは、上部面４２の上に位置される適切なマスクを用い、且つ注入されるべき部分を除いた上部面４２をマスキングして行われる。層１２，１４，１６、開口部２２、導電パッド２８，３０、及びインターフェース３２，３４は、ＪＥＭの３６巻８号１０３１頁（２００７年）で発表された、デステファニス著の“ＬＥＴＩでのＨｇＣｄＴｅ系２色型とデュアルバンド型赤外光アレイの状況”という題名の文献に記載された方法に従って作られる。

図４に示されるように、注入部分のそれぞれは開口部２２を備え、その上部に金属導電パッド２８が形成される上部層１８の部分まで広がる。Ｎ型区域の空間的に隣接するボリューム４４は、この方法で得られる。これらのボリューム４４のそれぞれはそれ故に、１つの開口部２２を取り囲み、上部層１８にＰＮ接合を形成するためのＮ型区域及び下部層１４にＰＮ接合を形成するために開口部２２の底部に注入されるＮ型区域の両方を構成する。

図６は、イオン注入によってこのようにして得られた空間的なドナー濃度のプロファイルを示す。このプロファイルは、上部層１８に含まれる開口部２２の壁と垂直である任意の軸に沿っており、上部層１８の電荷ドナー濃度と同様にボリューム４４の電荷ドナー濃度を含む。ここで、その濃度は問題になっている軸に沿った厚さに応じてプロットされる。

ここで、１つのボリューム４４は本質的に、略１００ｎｍの厚さ及び１０^１８と大体同一のＮドーパント濃度を有する第１の“Ｎ＋”層４６と、数百ｎｍ、例えば９００ｎｍの厚さ及び低いＮドーパント濃度を有する第２の“Ｎ−”層４８とに分けられることに注目すべきである。層４６は開口部２２の壁を上部層１８に含まれる電荷担体から電気的にマスクするのに十分であることが明示される。

このようなプロファイルは実質的にボリューム４４の至る所で見られ、“Ｐ”部分のみが上部層１８、下部層１４又は中間層１６に応じて変化する。そのプロファイルで“Ｎ−”を示す層は、上部又は下部層の“Ｐ”を示す隣接した区域とともにＰＮ接合を形成する。

上部及び下部Ｐ型層にＮ型半導体区域を注入することによって作られるフォトダイオードの曲線因子が最適であることもまた、知っておくべきである。実際に、開口部は電気的にマスクされているため、何であれ上部層のＰＮ接合と開口部２２と間に、最小間隔を許容する必要はない。

またここで留意すべきは、開口部２２の側面全体にわたって行われるイオン注入により、Ｎ型区域が中間層１６を通り抜けられることである。気を抜くと、このようにして構成されたＮ型区域は電荷担体が中間層１６を通って上部層１８及び下部層１４の間を移動することを許容し得る。これはクロストークをもたらし得る。

これを軽減するために、開口部２２の側面上に行われるイオン注入が中間層１６に決してＮ型区域を作らないように、中間層１６は有利に選ばれる。

それ故に、上部及び下部層が水銀の空孔によるドーピングを経たＰ型のＣｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ合金で作られる場合、中間層１６はカドミウム及びテルリウムの合金又はカドミウム、亜鉛及びテルリウムの合金から成る。このような合金はＰ型のＣｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ合金に関して絶縁であり、高い質のバリア機能を実現させるだけではなく、ドーピングの反転は合金内の水銀の存在によって独占的に生じるため、イオン注入は決して中間層１６にＮ型区域を作らない。上部及び下部層のＮ型区域間に連続性がないため、電荷担体はそれ故に中間層を通ってこれらの層間を移動できない。このことはそれ故に、クロストークを阻む。

しかし、このような合金が積層体製作方法をより複雑にしている。実際には、上部層１８を形成するのに用いられる技術は、それが上に作られる基板、故にこの場合は中間層１６の性質によって決まる。例えば上述の合金は、Ｃｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ合金で作られた層を製造するのに通常より好ましい技術である分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いることによって上部層１６の成長を促すには、最適ではない。

中間層１６上の上部層１８の成長を促すためには、それ故に最小量の水銀を加えることがより好ましく、その結果この層をＣｄＨｇＴｅで作って製造する。しかし中間層１６における水銀の存在の効果は、後続の開口部２２の側面上のイオン注入が層１６にＮ型区域を形成し、故に上部層１８と下部層１６との間の電荷担体の可能な移動を許容することである。

層１６の水銀組成はクロストークが発生するのを防ぐために制限される。より特別に、この層のカドミウム組成は上部層１８及び下部層１４のそれぞれのカドミウム組成の２倍を上回る。このように、上部層のＮ型区域と下部層のＮ型区域との間に限られたバイアスの差異が存在する場合、Ｎ＋層が中間層１６に存在するときでさえ、それ故にＮ−層が存在する場合にはなおさら、小さいバンドギャップ（層１８及び１４）と大きいバンドギャップ（層１６）との間の境界の交差上の半導体のバンドにおけるポテンシャル障壁の形成により、これらの層の間は十分な質を有して電気的に絶縁される。必要ならば、その絶縁特性を高めるために、より大きいバンドギャップの方へバリア層１６の組成をシフトすることができる。

更に、中間層１６の電圧勾配を制限するために中間層１６の厚さを変えることもまた可能であり、その厚さは検知器が使用中の場合には、上部及び下部層のＮ型区域間に印加されるバイアスの差異に応じて選ばれる。このことは下部及び上部層間の十分な絶縁を提供する。

例として：
・下部層１４は５μｍの厚さであり、０．３のカドミウム組成ｘ１４を有する。層１４はそれ故に、温度７７Ｋのときに５．５μｍの波長で調整され、Ｅｇ＝０．２４ｅＶのエネルギーギャップを有する。
・上部層１８は３μｍの厚さであり、０．２２のカドミウム組成ｘ１８を有する。層１８はそれ故に、温度７７Ｋのときに１１μｍの波長で調整され、Ｅｇ＝０．１ｅＶのエネルギーギャップを有する。
・中間層１６は１μｍの厚さであり、０．８のカドミウム組成ｘ１６を有する。層１６はそれ故に、Ｅｇ＝１．１ｅＶのエネルギーギャップを有する。

［第２の実施形態］
先に述べたように、第１の実施形態はイオン注入によって作られるフォトダイオードの曲線因子を最適化することを可能にする。しかし上部層１８のＮ型区域が開口部２２の側面に形成される垂直部分を備えることにより、悪化した性能が観察され得る。上部層１８のＰＮ接合部、特に区域４４が屈曲を形成する位置にピンチオフ区域があり得る。ＰＮ接合部におけるピンチオフは、特にトンネル効果により、ＰＮ接合部における漏れ電流を増加する影響を有する。

この問題を軽減するために、図７及び８に示された第２の実施形態による検知器５０は、導電パッド２８の下にある上部層のＮ型区域２０が、図７及び８に示されるように、開口部２２の側面上に形成されるＮ型区域５２からはっきり分かれている点で、第１の実施形態とは異なる。上部層１８におけるＰＮ接合のＮ型区域２０はそれ故に、ピンチオフ区域を全く含まない。

検知器５０を製作する方法はそれ故に、イオン注入の間に用いられるマスクの形状に関して第１の実施形態による検知器４０を製作する方法とは異なり、このマスクはまた、あらゆる開口部２２の周囲の上部層１８の部分もマスクする。

［第３の実施形態］
第２の実施形態では、開口部２２の側面上に形成され、上部層１８に含まれるＮ型区域のポテンシャルは、任意の固定されたポテンシャルに接続されていないため、自由に変動できる。第１の実施形態において中間層に用いられる材料の選択に関連して上記で説明したように、その区域は中間層１６によって実現されたバリア機能のために、下部層１４の区域から電気的に絶縁され、また（電荷収集の目的のためのポテンシャルが提供された）上部層１８におけるＰＮ接合のＮ型区域に接続されない。

開口部２２の側面上のＮ型区域にバイアスが印加されない場合、そのＰＮ接合は必然的にその開路ポテンシャルであると仮定する。しかしこのポテンシャルは変動するため、このＰＮ接合の空間電荷区域は、様々なパラメータの変動（例えば、開口部２２の表面と関連する再結合電流の変動など）の影響のために、時間とともに変動する可能性がある。その結果として、Ｎ型区域のこれらの変動はまた、隣接したダイオードによって集められた電流を変更する可能性がある。このような干渉は、隣接したＰＮ接合で、主に上部層１８におけるＰＮ接合で、滞在的にノイズを発生し得る。

この問題を軽減するために、第３の実施形態による検知器６０は、例えばイオン注入によって、上部層１８のＮ型区域２０及び開口部２２の側面上のＮ型区域５２の製造と共同して、上部層１８に作られるＮ型の半導体要素６２を備える。

これらの要素６２の機能は、上部層１８に含まれるＮ型区域５２のそれらの部分のポテンシャルを同一の値に合わせることである。例えば且つ図９に示されるように、要素６２は開口部２２のアレイの同一の列における連続したＮ型区域５２と、好ましくは導電パッド３２、故に下部層１４のＰＮ接合と同一のポテンシャルが提供された金属要素６４に更に接続された列の終端の区域５２とを相互に接続する。

またしても、検知器６０を製作する方法は、イオン注入の間に用いられるマスクの形状に関して、第１及び第２の実施形態による検知器４０及び５０を製作する方法とは異なる。

上部層１８に含まれる開口部の周囲にＮ＋区域を得るためにイオン注入を用いる実施形態ついて説明されてきた。イオン注入は、このようにして形成されるダイオードの経年劣化と特に関係がある限りは、十分に習得された技術であるという利点を有する。

それにもかかわらず、イオン注入が唯一、注入が適用される方向に垂直である平面における注入区域の形状を正確に観察することを可能にする。実際には、イオン注入が積層体に直交して適用される場合、開口部の側面とイオン注入が適用される方向との間に存在する角度のために、Ｎ型区域は中間層１６に出現し得る。

それ故に、先に述べたように、Ｎ型区域が中間層１６を通り抜ける場合に発生し得るクロストークに関しては注意しなければならず、このことは非常に注意深くこの層の材料を選ぶことを強制する。

イオン注入を中間層１６に含まれる開口部の部分に適用しないことが可能であるが、このことは、イオン注入を開口部２２の側面に直交して適用するために、製作の間に積層体を多数回回転することを伴う。これは、製作時間及び必要となる装置の観点から、非常に高価である。

［第４の実施形態］
イオンビームミリングがこの問題を軽減するために用いられる。この技術は、イオン注入と同一の結果を得る、つまりドーピングによって導電性を反転し、Ｎ＋区域及びＮ−区域から成るＮ型区域を形成することを可能にする。

イオンビームミリングは回転ステップを伴わないシンプルなイオン注入よりも多くの製作ステップを含む。実際には、開口部２２の側面を都合良くドープするために、注入の間サンプルの連続的な回転を伴う、ゼロでないイオン流束の入射角（典型的に３０°）を扱う必要がある。このプロセスを用いることで、ドーピングは求められているパッシベーション機能を得るために、十分な材料の厚さにわたって反転される。

対照的に、ＣｄＨｇＴｅ材料がイオンビームでエッチングされる場合、特定の入射角を用いる必要なしに、ドーピングの反転はエッチングされた表面下の略１μｍの深さで起こり、それ故にプロセスは単純化する。

例えば、開口部２２は伝統的な方法でエッチングされ、そして上部層１８に含まれる開口部の部分がイオンビームミリングによってオーバーエッチングされ、このことはこの部分のみにＮ型区域を、それ故にそれぞれの開口部２２を囲むＮ＋層を作る効果を有する。加えて、イオンビームミリングはまた、イオン注入よりもより厚い厚さにわたって導電性の反転を生み出すという利点を有し、故により厚いＮ＋層を作る。

上部層１８及び下部層１４のＰＮ接合のＮ型区域７２，７４はまた、例えば、図１０で図示されるように、イオンビームミリングによって、有利に上部層１８のＰＮ接合のＮ型区域とともに製造されるが、必ずしも最適な曲線因子を得るために開口部２２のＮ型区域に隣接するボリューム７２を形成しない。

中間層１６を通り抜けるＮ型区域がないため、中間層が作られ得る材料の選択上にある制限を緩和することが可能である。

数字上の例示のために、
・開口部は２０μｍの間隔で離され、
・開口部は円筒形で、８μｍの直径を有し、
・１０μｍの直径を有する少なくとも１つのＮ型区域があらゆる開口部の周囲に形成され、
・４μｍのＮ型区域が開口部の底部に形成され、
・４μｍから６μｍの間の直径を有するＮ型区域が上部層上に形成される。

Ｃｄ_ＸＨｇ_１−ＸＴｅ合金を用いる本発明の１つの応用例を説明する。

明らかに本発明は、同一の結果、つまり開口部を電気的にマスクするのに十分であるＮ型ドーパント濃度及び厚さを有するＮ＋層を形成する他の材料のタイプにもまた適用され得る。

例えば、小さいエネルギーギャップを有する鉛の塩をベースとした材料（例えばＰｂＳｎＴｅ）は材料ＣｄＨｇＴｅと同様の、ヘテロ構造を設計するための柔軟性を提供する。ここで説明されるバイスペクトル構造はまた、異なる組成を有し、バリアとして働くＳｉＯ_２層によって離されるＰドープされたＰｂＳｎＴｅの２層の間の孔の周囲にＮ型区域を形成するために、アンチモンイオン注入又はカドミウム注入を用いることによって作られ得る。

同様に、本発明はまた、Ｎ型材料にＰ＋層を形成するのにも適用できる。上記の濃度及び厚さに関する同一の条件が適用されることは、注意すべきである。

最終的に、イオン注入又はイオンビームミリングを用いた好ましい製作方法が説明される。

本発明によるＮ＋又はＰ＋層はまた、フォトレジストの開口又はパッシベーションを通して不純物を拡散することによって、例えば上記のＰｂＳｎＴｅにカドミウムを拡散することによって得られ得る。

有利に、バリアを形成する中間バリアは、有利に絶縁材料、又は上部吸収半導体層のバンドギャップよりも少なくとも３倍大きく、且つ下部吸収半導体層のバンドギャップよりも少なくとも３倍大きいバンドギャップを有する半導体材料で有利に作られる。

１０，４０，５０，６０ 検知器
１２ 基板
１４ 下部吸収層
１６ 中間層
１８ 上部吸収層
２０，４４，５２，７２，７４ 半導体区域
２２ 開口部
２６ パッシベーション層
２８，３０，３２，３４ 電気的導体要素
３２，３４ バンプ
４２ 積層体の上部面
４６ 半導体キャップ層
６２ 半導体要素
６４ 導体要素

Claims (10)

1. 第１及び第２の電磁波放射線の範囲をそれぞれ吸収するための第１導電型の上部（１８）及び下部（１４）の半導体層の積層体であって、前記上部層（１８）と前記下部層（１４）との間にポテンシャル障壁を形成する中間層（１６）によって離される、第１導電型の上部（１８）及び下部（１４）の半導体層の積層体と、
   互いに隣接し、且つ前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）にそれぞれ注入された、第１導電型とは反対である第２導電型の半導体区域の対のアレイであって、前記下部層（１４）のそれぞれの半導体区域が前記上部層（１８）及び前記中間層（１６）を通り抜ける開口部（２２）の底部に少なくとも部分的に注入される、第２導電型の半導体区域の対のアレイと、
   これらの区域の電荷を集めるために、前記半導体区域にそれぞれ接続された電気的導体要素（２８，３０，３２，３４）と、
   を備える第１及び第２の電磁波放射線範囲を検知するバイスペクトル検知器であって、
   前記上部層（１８）を通り抜ける前記それぞれの開口部（２２）の少なくとも一部分が、第２導電型の半導体キャップ層（４６）によって前記上部層（１８）から離され、
   前記キャップ層の第２導電型のドーパントの濃度が１０^１７ｃｍ^−３よりも大きく、
   前記キャップ層の厚さが、前記キャップ層における少数担体の拡散距離を上回るように、前記濃度に応じて選ばれ、
   半導体区域の前記各対に対して、前記上部層（１８）に実装された前記半導体区域及び前記下部層（１４）に実装された前記半導体区域は共に、前記中間層（１６）を通り抜ける第２導電型の連続的な材料のボリューム（４４）に属しており、
   前記中間層（１６）は前記上部及び下部層の材料に関して絶縁である材料で作られるか、又はそのバンドギャップが前記上部（１８）及び前記下部層（１４）のそれぞれのバンドギャップの３倍よりも大きい第１導電型の半導体材料で作られることを特徴とする、バイスペクトル検知器。
2. 前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）が、水銀の空孔によってＰドープされた、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られ、
   前記中間層（１６）が、カドミウムとテルリウムとの合金、又はカドミウム、亜鉛及びテルリウムの合金で作られることを特徴とする、請求項１に記載のバイスペクトル検知器。
3. 前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）が、水銀の空孔によってＰドープされた、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られ、
   前記中間層（１６）が、前記上部層及び下部層のそれぞれの水銀組成の半分よりも少ない水銀組成を有する、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られることを特徴とする、請求項１に記載のバイスペクトル検知器。
4. 前記中間層を通り抜ける前記それぞれの開口部の前記部分が、第２導電型の半導体キャップ層によって前記中間層から離されることを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載のバイスペクトル検知器。
5. 前記中間層が前記上部層及び下部層の材料に関して絶縁である材料で作られるか、又はそのバンドギャップが前記下部及び上部層のそれぞれのバンドギャップの３倍よりも大きい第１導電型の半導体材料で作られることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載のバイスペクトル検知器。
6. 第１及び第２の電磁波放射線の範囲をそれぞれ吸収するための第１導電型の上部（１８）及び下部（１４）の半導体層の積層体を形成するステップであって、前記上部層（１８）と前記下部層（１４）との間にポテンシャル障壁を形成する中間層（１６）によって離される第１導電型の上部（１８）及び下部（１４）の半導体層の積層体を形成するステップと、
   前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）を通り抜け下部層（１４）まで広がる、少なくとも１つの開口部（２２）を作るステップと、
   互いに隣接し、且つ前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）にそれぞれ注入された、第１導電型とは反対である第２導電型の半導体区域の対のアレイを作るステップであって、１つの半導体区域がそれぞれの開口部（２２）の底部に少なくとも部分的に注入される、第２導電型の半導体区域の対のアレイを作るステップと、
   これらの区域の電荷を集めるために前記半導体区域にそれぞれ接続された電気的導体要素（２８，３０，３２，３４）を作るステップと、
   を含む、第１及び第２の電磁波放射線範囲を検知するバイスペクトル検知器の製造方法であって、
   半導体区域の前記各対に対して、前記上部層（１８）に実装された前記半導体区域及び前記下部層（１４）に実装された前記半導体区域は共に、前記中間層（１６）を通り抜ける第２導電型の連続的な材料のボリューム（４４）に属しており、
   前記中間層（１６）は前記上部及び下部層の材料に関して絶縁である材料で作られるか、又はそのバンドギャップが前記上部（１８）及び前記下部層（１４）のそれぞれのバンドギャップの３倍よりも大きい第１導電型の半導体材料で作られ、
   イオン注入又はイオンビームミリングによる第２導電型のドーピングが、あらゆる前記開口部（２２）の前記上部層（１８）に位置する側面の少なくとも一部分に行われることを特徴とする、第１及び第２の電磁波放射線範囲を検知するバイスペクトル検知器の製造方法。
7. 前記中間層（１６）が前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）の材料に関して絶縁である材料で作られるか、又はそのバンドギャップが前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）のそれぞれのバンドギャップの３倍より大きい第１導電型の半導体材料で作られ、
   前記開口部の底部で前記第２導電型の半導体区域が前記下部層（１４）に形成されるように、第２導電型のドーピングが前記全ての開口部（２２）に適用されることを特徴とする、請求項６に記載のバイスペクトル検知器の製造方法。
8. 前記第２導電型の半導体区域が前記上部層に形成されるように、前記開口部の側面上の第２導電型のドーピングが前記上部層（１８）の露出面（４２）の上まで広がることを特徴とする、請求項７に記載のバイスペクトル検知器の製造方法。
9. 前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）が、水銀の空孔によってＰドープされた、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られ、
   前記中間層（１６）が、カドミウムとテルリウムとの合金、又はカドミウム、亜鉛及びテルリウムの合金で作られることを特徴とする、請求項６から８の何れか一項に記載のバイスペクトル検知器の製造方法。
10. 前記上部層（１８）及び前記下部層（１４）が、水銀の空孔によってＰドープされた、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られ、
    前記中間層（１６）が、前記上部及び下部層のそれぞれの水銀組成の半分よりも少ない水銀組成を有する、カドミウム、水銀及びテルリウムの合金で作られることを特徴とする、請求項６から８の何れか一項に記載のバイスペクトル検知器の製造方法。