JPH0330479A - 赤外線検知装置 - Google Patents
赤外線検知装置Info
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- JPH0330479A JPH0330479A JP1167748A JP16774889A JPH0330479A JP H0330479 A JPH0330479 A JP H0330479A JP 1167748 A JP1167748 A JP 1167748A JP 16774889 A JP16774889 A JP 16774889A JP H0330479 A JPH0330479 A JP H0330479A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
Ｐ−Ｎ接合を有するホトダイオードを設けた赤外！ｌａ
検知装置に関し、 長波長の赤外線に対して高感度を有し、かつ暗電流の低
い赤外線検知装置の構造を目的とし、半導体基板に該基
板の逆導電型不純物原子を導入して所定のパターンのｌ
−Ｎ接合領域を形成したホトダイオードを配設した装置
に於いて、前記Ｐ−Ｎ接合部より基板の深さ方向に沿っ
て該基板の少数キャリア濃度が連続的に小さく成るよう
にして構成する。
検知装置に関し、 長波長の赤外線に対して高感度を有し、かつ暗電流の低
い赤外線検知装置の構造を目的とし、半導体基板に該基
板の逆導電型不純物原子を導入して所定のパターンのｌ
−Ｎ接合領域を形成したホトダイオードを配設した装置
に於いて、前記Ｐ−Ｎ接合部より基板の深さ方向に沿っ
て該基板の少数キャリア濃度が連続的に小さく成るよう
にして構成する。
本発明は光起電力型の赤外線検知装置に関する。
赤外線検知装置は小型、多画素、長波長帯域に高感度を
有する製品が要求されている。
有する製品が要求されている。
長波長帯域に高感度を有する検知装置を形成する場合に
は、Ｐ−Ｎ接合による光電変換部をエネルギーバンドギ
ャップの狭い半導体基板に形成することが必要であるが
、このようなエネルギーバンドギャップの狭い半導体基
板にＰ−Ｎ接合を形成すると、該Ｐ−Ｎ接合部に於ける
暗電流（１）Ｎ接合部に信号光が入射しない場合のリー
ク電流）が増加する傾向がある。
は、Ｐ−Ｎ接合による光電変換部をエネルギーバンドギ
ャップの狭い半導体基板に形成することが必要であるが
、このようなエネルギーバンドギャップの狭い半導体基
板にＰ−Ｎ接合を形成すると、該Ｐ−Ｎ接合部に於ける
暗電流（１）Ｎ接合部に信号光が入射しない場合のリー
ク電流）が増加する傾向がある。
この暗電流が多いとダイオードで信号光を光電変換した
場合、信号対雑音比が小さく成るため、この暗電流の発
生を少なくする必要がある。
場合、信号対雑音比が小さく成るため、この暗電流の発
生を少なくする必要がある。
従来のホトダイオードのようなＰ−Ｎ接合による赤外線
検知装置に於いては、所望の感光波長に対応したエネル
ギーハンドギヤツブを有する化合物半導体基板上に該基
板に対して逆導電型の不純物原子を導入してＰ−Ｎ接合
を該基板に形成してホトダイオードを形成していた。
検知装置に於いては、所望の感光波長に対応したエネル
ギーハンドギヤツブを有する化合物半導体基板上に該基
板に対して逆導電型の不純物原子を導入してＰ−Ｎ接合
を該基板に形成してホトダイオードを形成していた。
そのため、例えば水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇｌ−
８ＣｄＸＴｅ）のような化合物半導体基板にホトダイオ
ードを形成する場合には、その基板を構成する原子の組
成比、即ちＸ値を変化させることで、該基板が所望のエ
ネルギーバンドギャップを有するようにしていた。
８ＣｄＸＴｅ）のような化合物半導体基板にホトダイオ
ードを形成する場合には、その基板を構成する原子の組
成比、即ちＸ値を変化させることで、該基板が所望のエ
ネルギーバンドギャップを有するようにしていた。
第４図に従来のホトダイオードより成る赤外線検知装置
のエネルギーバンドの説明図を示す。
のエネルギーバンドの説明図を示す。
図で１はＰ型のｔｌｇｌ−、Ｃｄ、 Ｔｅの基板結晶、
２は該基板結晶に形成されるホトダイオードのＰ−Ｎ接
合の空乏層、３は基板結晶にＮ型の不純物が導入された
Ｎ゛型領領域４はフェルミレベル、５は伝導帯の底のエ
ネルギーレベル、６は価電子帯の−Ｌ部のエネルギーレ
ベルである。
２は該基板結晶に形成されるホトダイオードのＰ−Ｎ接
合の空乏層、３は基板結晶にＮ型の不純物が導入された
Ｎ゛型領領域４はフェルミレベル、５は伝導帯の底のエ
ネルギーレベル、６は価電子帯の−Ｌ部のエネルギーレ
ベルである。
図示するように従来の装置では化合物半導体基板のＰ−
Ｎ接合部７に於ける基板のキャリア濃度と、該基板のＰ
−Ｎ接合部７より所定の寸法（１の深さの領域に於ける
基板のキャリア濃度は等しく形成していた。
Ｎ接合部７に於ける基板のキャリア濃度と、該基板のＰ
−Ｎ接合部７より所定の寸法（１の深さの領域に於ける
基板のキャリア濃度は等しく形成していた。
ここで一般的に半導体基板のエネルギーバンドギャップ
をＦ、とし、赤外線の光速をＣ３１１をブランクの定数
とするとこのダイオードの最大窓光波長λは第（１）式
に示すようになる。
をＦ、とし、赤外線の光速をＣ３１１をブランクの定数
とするとこのダイオードの最大窓光波長λは第（１）式
に示すようになる。
λ＝ｈｃ／Ｅ、・・・・・・・・・（１）第（１）式で
示すように所望の波長λに感度を有するように、前記１
１ｇ、□ＣｄＸＴｅ０Ｘ値を変化させて巳、の値を所定
の値に決定することで所望の波長λに感度を有する赤外
線検知素子を形成していた。
示すように所望の波長λに感度を有するように、前記１
１ｇ、□ＣｄＸＴｅ０Ｘ値を変化させて巳、の値を所定
の値に決定することで所望の波長λに感度を有する赤外
線検知素子を形成していた。
〔発明が解決しようとする課題」
ホトダイオードの暗電流は、ホトダイオード形成用の半
導体基板を構成する原子の組成等に基づくエネルギーバ
ンドギャップの大きさのような結晶自体の特性が支配的
であるので、この結晶自体の特性によって決定される暗
電流の値より更に暗電流を少なくしたホトダイオードを
得るのは事実上困難である。
導体基板を構成する原子の組成等に基づくエネルギーバ
ンドギャップの大きさのような結晶自体の特性が支配的
であるので、この結晶自体の特性によって決定される暗
電流の値より更に暗電流を少なくしたホトダイオードを
得るのは事実上困難である。
そのため、この結晶自体の特性で決定される値の範囲内
で暗電流の値が最も小さくなるように、例えば結晶に導
入する不純物原子の１度、或いはＰ−Ｎ接合部表面の処
理方法等のダイオードの製造プロセスに於ける諸条件を
改善することで、形成される検知装置の暗電流の値を結
晶自体の特性で自ずと決定される暗電流の内で最も小さ
い値になるように形成していた。
で暗電流の値が最も小さくなるように、例えば結晶に導
入する不純物原子の１度、或いはＰ−Ｎ接合部表面の処
理方法等のダイオードの製造プロセスに於ける諸条件を
改善することで、形成される検知装置の暗電流の値を結
晶自体の特性で自ずと決定される暗電流の内で最も小さ
い値になるように形成していた。
本発明は、長波長頭載に感度を有し、かつ暗電流の値が
小さくなるようにした赤外線検知装置の堤供を目的とす
る。
小さくなるようにした赤外線検知装置の堤供を目的とす
る。
（課題を解決するための手段）
本発明の赤外線検知装置は第１図の原理図に示すように
、半導体基板１１に該基板の逆導電型不純物原子を導入
して所定のパターンのＰ−Ｎ接合部１１Ａを形成したホ
トダイオードを配設した装置に於いて、 前記Ｐ−Ｎ接合部１１Ａより基板１１の深さ方向に沿っ
て該基板の熱平衡状態での少数キャリア濃度農度が連続
的に小さく成るようにして構成する。
、半導体基板１１に該基板の逆導電型不純物原子を導入
して所定のパターンのＰ−Ｎ接合部１１Ａを形成したホ
トダイオードを配設した装置に於いて、 前記Ｐ−Ｎ接合部１１Ａより基板１１の深さ方向に沿っ
て該基板の熱平衡状態での少数キャリア濃度農度が連続
的に小さく成るようにして構成する。
本発明の赤外線検知装置に逆方向の電圧を印加した時の
キャリア濃度の分布図を第２図に示す。
キャリア濃度の分布図を第２図に示す。
第２図で１１はＰ型のＩＩｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅの基板
、１２はＰ−Ｎ接合部の空乏層、１３はＮ型不純物が導
入されたＮ′領領域１４は模式的な熱平衡状（虚での電
子濃度曲線、１５は模式的な熱平衡状態での正孔）店度
曲線、１４Ａは従来の装置に於は模式的な熱平徨ｉ状態
での電子濃度曲線である。
、１２はＰ−Ｎ接合部の空乏層、１３はＮ型不純物が導
入されたＮ′領領域１４は模式的な熱平衡状（虚での電
子濃度曲線、１５は模式的な熱平衡状態での正孔）店度
曲線、１４Ａは従来の装置に於は模式的な熱平徨ｉ状態
での電子濃度曲線である。
図示するように本発明の装置では、矢印へに示すように
基板１１の深さ方向に沿って、熱平衡状態での電子濃度
曲”ＫＩＡ １４に示すように少数キャリアの電子濃度
が少になるようにしており、この本発明のダイオードに
逆方向に電圧を印加した時の電子濃度的ｖＡ１６は、本
発明のダイオードに電圧を印加しない時の電子？店度曲
線１４に沿って移動するため、電子濃度曲線１４に接近
した状態になる。
基板１１の深さ方向に沿って、熱平衡状態での電子濃度
曲”ＫＩＡ １４に示すように少数キャリアの電子濃度
が少になるようにしており、この本発明のダイオードに
逆方向に電圧を印加した時の電子濃度的ｖＡ１６は、本
発明のダイオードに電圧を印加しない時の電子？店度曲
線１４に沿って移動するため、電子濃度曲線１４に接近
した状態になる。
これに対して従来の基板の深さ方向に一定の熱平衡状態
での電子４度曲４ｉ１４Ａを有するダイオードに逆方向
の電圧を印加したときの従来の電子４度曲線１７は、電
圧を印加しない時の従来の電子濃度曲線１４Ａに接近し
た状態になる。そして逆バイアスを印加した時の本発明
に於ける電子濃度曲線１６と、従来装置の電子濃度曲線
１７とを比較すると、空乏層１２と基板１１との境界面
のＰ−Ｎ接合部１１Ａに於ける逆バイアスを印加した時
の電子４度の変化率は、本発明の方が変化率が低い。
での電子４度曲４ｉ１４Ａを有するダイオードに逆方向
の電圧を印加したときの従来の電子４度曲線１７は、電
圧を印加しない時の従来の電子濃度曲線１４Ａに接近し
た状態になる。そして逆バイアスを印加した時の本発明
に於ける電子濃度曲線１６と、従来装置の電子濃度曲線
１７とを比較すると、空乏層１２と基板１１との境界面
のＰ−Ｎ接合部１１Ａに於ける逆バイアスを印加した時
の電子４度の変化率は、本発明の方が変化率が低い。
ごの空乏層と基板との境界面に於いて、逆方向に電圧を
印加した時の電子濃度の変化率が少ない程、濃度勾配に
応じて流れるいわゆる拡散電流による暗電流の発生が少
なくなり、本発明のように基板の深さ方向に沿って、該
基板の熱平衡状態に於ける少数キャリア）１度を低下さ
せることで、逆バイアスを印加した時の電子濃度の変化
率が少なくなって暗電流の少ない赤外線検知素子が得ら
れる。
印加した時の電子濃度の変化率が少ない程、濃度勾配に
応じて流れるいわゆる拡散電流による暗電流の発生が少
なくなり、本発明のように基板の深さ方向に沿って、該
基板の熱平衡状態に於ける少数キャリア）１度を低下さ
せることで、逆バイアスを印加した時の電子濃度の変化
率が少なくなって暗電流の少ない赤外線検知素子が得ら
れる。
以下、図面を用いて本発明の一実施例につき詳細に説明
する。
する。
第３図は本発明に於ける赤外線検知装置のキャリア濃度
分布（Ｂ）を、該検知装置を形成するｌ１８＋−ｘＣｄ
ｘ Ｔｅ基板の深さ方向に対して該装置のエネルギーバ
ンド図（＾）と共に模式的に示した図である。
分布（Ｂ）を、該検知装置を形成するｌ１８＋−ｘＣｄ
ｘ Ｔｅ基板の深さ方向に対して該装置のエネルギーバ
ンド図（＾）と共に模式的に示した図である。
図示するように、本発明の装置に於いては該検知装置の
Ｐ−Ｎ接合部１１Ａより基板の深さ方向に沿って少数キ
ャリア濃度が１０１Ｇ個／ｃｍ３より１０８個／ｃｆｆ
ｉ３に連続的に小さくなっている。そしてこのように少
数キャリア濃度を基板の深さ方向に沿って小さくするに
はＨｇ１−ｘ ｃａＸＴｅの基板の深さ方向に沿ってキ
ャリア濃度が大に成るような基板を形成すると良い。こ
のような基板を形成するには、例えばＭ ＯＣＶ Ｄ
（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキ
シャル成長方法等の気相成長方法に於いて、ＣｄＴｅ１
板上にエピタキシャル層を形成しながらドーパントとな
る不純物原子の金（ΔＵ）、砒素（＾Ｓ）等の供給量を
成長初期の段階では多くして、成長時間の経過とともに
徐々に少なくする。そして本実施例ではＰ−Ｎ接合部１
１Ａのところで１０１ｂ／ ａｍ”とし、所定の深さ、
例えば２０μｍの所で１０１８／ ｃｎａ’ となるよ
うにしている。
Ｐ−Ｎ接合部１１Ａより基板の深さ方向に沿って少数キ
ャリア濃度が１０１Ｇ個／ｃｍ３より１０８個／ｃｆｆ
ｉ３に連続的に小さくなっている。そしてこのように少
数キャリア濃度を基板の深さ方向に沿って小さくするに
はＨｇ１−ｘ ｃａＸＴｅの基板の深さ方向に沿ってキ
ャリア濃度が大に成るような基板を形成すると良い。こ
のような基板を形成するには、例えばＭ ＯＣＶ Ｄ
（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキ
シャル成長方法等の気相成長方法に於いて、ＣｄＴｅ１
板上にエピタキシャル層を形成しながらドーパントとな
る不純物原子の金（ΔＵ）、砒素（＾Ｓ）等の供給量を
成長初期の段階では多くして、成長時間の経過とともに
徐々に少なくする。そして本実施例ではＰ−Ｎ接合部１
１Ａのところで１０１ｂ／ ａｍ”とし、所定の深さ、
例えば２０μｍの所で１０１８／ ｃｎａ’ となるよ
うにしている。
このようにして基板上に正孔のキャリア濃度が順次低下
したｌＩｇ＋−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅのエピタキシャル層を
形成した後、最上層のＨｇ＋−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅの結晶
よりボロン原子をイオン注入してＰ型層を形成してホト
ダイオードを形成する。
したｌＩｇ＋−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅのエピタキシャル層を
形成した後、最上層のＨｇ＋−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅの結晶
よりボロン原子をイオン注入してＰ型層を形成してホト
ダイオードを形成する。
このようにすれば基板のＰ−Ｎ接合部より深さ方向に沿
って多数キャリア濃度が高くなる基板にホトダイオード
が形成されたことになる。
って多数キャリア濃度が高くなる基板にホトダイオード
が形成されたことになる。
半導体基板に於いては、一般に真性キャリア濃度Ｎ１と
、電子濃度Ｎおよび正孔４度Ｐとの間には第（２）弐の
関係がある。
、電子濃度Ｎおよび正孔４度Ｐとの間には第（２）弐の
関係がある。
（Ｎｉｌ＝Ｎ−Ｐ・・・・・・・・・（２）従って、Ｐ
型のＨｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅの基板に於いて、基板の深
さ方向に沿って少数キャリア濃度Ｎが少になると多数キ
ャリア濃度が基板の深さ方向に沿って大になる。
型のＨｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅの基板に於いて、基板の深
さ方向に沿って少数キャリア濃度Ｎが少になると多数キ
ャリア濃度が基板の深さ方向に沿って大になる。
このようにすると、Ｐ−Ｎ接合部より基板の深さ方向に
沿って少数キャリア濃度が低下するのでＰ−Ｎ接合端に
於いて、逆バイアスを印加した時に電子濃度の変化率が
低下し、暗電流の発生の少ない検知装置が得られる。
沿って少数キャリア濃度が低下するのでＰ−Ｎ接合端に
於いて、逆バイアスを印加した時に電子濃度の変化率が
低下し、暗電流の発生の少ない検知装置が得られる。
なお、上記実施例では基板結晶にＨｇｌ□Ｃｄ、 Ｔｅ
のＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体結晶を用いたが、その他、
ｎ−ｖｒ族のＣｄＴｅのような化合物半導体、ｍ−ｖ族
のＧａＡｓのような化合物半導体、ＩＶ −Ｖｌ族のＰ
ｂ５ｎＴｅのような化合物半導体やＡ Ｉ ＧａＡｓ等
の三元化合物半導体結晶を用いても良い。
のＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体結晶を用いたが、その他、
ｎ−ｖｒ族のＣｄＴｅのような化合物半導体、ｍ−ｖ族
のＧａＡｓのような化合物半導体、ＩＶ −Ｖｌ族のＰ
ｂ５ｎＴｅのような化合物半導体やＡ Ｉ ＧａＡｓ等
の三元化合物半導体結晶を用いても良い。
また化合物半導体基板に二次元にＰ−Ｎ接合を形成し、
二次元ホトダイオードを有する赤外線検知装置を形成し
ても良い。
二次元ホトダイオードを有する赤外線検知装置を形成し
ても良い。
〔発明の効果］
以上の説明から明らかなように本発明によれば、暗電流
の低下した、Ｓ／Ｎ比の大きい高品質な赤外線検知装置
が得られる効果がある。
の低下した、Ｓ／Ｎ比の大きい高品質な赤外線検知装置
が得られる効果がある。
来装置の電子濃度曲線、
線を示す。
１８は真性キャリア濃度的
第１図は本発明の赤外線検知装置の原理図、第２図は逆
バイアス印加時の検知装置のキャリア濃度の分布図、 第３図（Ａ）と（Ｂ）は本発明の検知装置の実施例のエ
ネルギーバンド図とキャリア濃度の分布図、第４図は従
来の赤外線検知装置のエネルギーバンドの説明図である
。 図において、 １１は半導体基板（Ｐ型１１ｇ＋−＋＋ Ｃｄ、 Ｔｅ
ｌ板）、１１＾はＰ−Ｎ接合面、１２は空乏「、１３は
Ｎ″領域１４は電子濃度曲線、１４Ａは従来装置に於け
る電子濃度曲線、１５は正孔濃度曲線、１６は電圧印加
時の本発明の装置の電子濃度曲線、１７は電圧印加時の
従弟 図 這ｔべ”イア７ｅ”μ加ドア史矢口１（１１めＡでｌｎ
’ｙｇ度力、づトオ’Ｆｍ第 ２ 図 不発日す神知櫨１内ズ坊台ダ・ｊハτ窄！ムキ“−バシ
Ｆ図＜Ａ）ｖ：七す了；ｔ７ｔ、ｌ粁ｇＪ （Ｂ） 第３図
バイアス印加時の検知装置のキャリア濃度の分布図、 第３図（Ａ）と（Ｂ）は本発明の検知装置の実施例のエ
ネルギーバンド図とキャリア濃度の分布図、第４図は従
来の赤外線検知装置のエネルギーバンドの説明図である
。 図において、 １１は半導体基板（Ｐ型１１ｇ＋−＋＋ Ｃｄ、 Ｔｅ
ｌ板）、１１＾はＰ−Ｎ接合面、１２は空乏「、１３は
Ｎ″領域１４は電子濃度曲線、１４Ａは従来装置に於け
る電子濃度曲線、１５は正孔濃度曲線、１６は電圧印加
時の本発明の装置の電子濃度曲線、１７は電圧印加時の
従弟 図 這ｔべ”イア７ｅ”μ加ドア史矢口１（１１めＡでｌｎ
’ｙｇ度力、づトオ’Ｆｍ第 ２ 図 不発日す神知櫨１内ズ坊台ダ・ｊハτ窄！ムキ“−バシ
Ｆ図＜Ａ）ｖ：七す了；ｔ７ｔ、ｌ粁ｇＪ （Ｂ） 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基板（１１）に該基板の逆導電型不純物原子を導
入して所定のパターンのＰ−Ｎ接合部（１１Ａ）を形成
したホトダイオードを配設した装置に於いて、 前記Ｐ−Ｎ接合部より基板の深さ方向に沿って該基板の
少数キャリア濃度が連続的に小さく成るようにしたこと
を特徴とする赤外線検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167748A JPH0330479A (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 赤外線検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167748A JPH0330479A (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 赤外線検知装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0330479A true JPH0330479A (ja) | 1991-02-08 |
Family
ID=15855376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1167748A Pending JPH0330479A (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 赤外線検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0330479A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07147425A (ja) * | 1993-11-25 | 1995-06-06 | Nec Corp | 赤外線検出器 |
| JPH0945953A (ja) * | 1995-08-01 | 1997-02-14 | Nec Corp | 配列型赤外線検出器 |
| JPH09153639A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Nec Corp | 光起電力型赤外線受光素子とその製造方法 |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP1167748A patent/JPH0330479A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07147425A (ja) * | 1993-11-25 | 1995-06-06 | Nec Corp | 赤外線検出器 |
| JPH0945953A (ja) * | 1995-08-01 | 1997-02-14 | Nec Corp | 配列型赤外線検出器 |
| JPH09153639A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Nec Corp | 光起電力型赤外線受光素子とその製造方法 |
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