JPH0366820B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0366820B2 JPH0366820B2 JP57107503A JP10750382A JPH0366820B2 JP H0366820 B2 JPH0366820 B2 JP H0366820B2 JP 57107503 A JP57107503 A JP 57107503A JP 10750382 A JP10750382 A JP 10750382A JP H0366820 B2 JPH0366820 B2 JP H0366820B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cdte
- layer
- substrate
- type
- photodiode
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
- H10F39/184—Infrared image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
- H10F39/016—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of thin-film-based image sensors
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は赤外線検出フオトダイオードに関す
る。フオトダイオードは、p−形材料片に取り付
けられた一方の端子と、n−形材料片に接続され
た他方の端子とを備えると共に、これら2つの形
の材料片間にp−n接合を有する二端子半導体デ
バイスである。適当な波長の電磁放射線によつて
照らされた際に、このp−n接合を横切つて電子
流が生じる。
る。フオトダイオードは、p−形材料片に取り付
けられた一方の端子と、n−形材料片に接続され
た他方の端子とを備えると共に、これら2つの形
の材料片間にp−n接合を有する二端子半導体デ
バイスである。適当な波長の電磁放射線によつて
照らされた際に、このp−n接合を横切つて電子
流が生じる。
公知のフオトダイオードの一つは、ZnS層を成
長させたp−形のCdxHg1-xTe(C.M.T.)基板を
備えている。このことは、例えば、M.Lanir等の
App.phy.Letts.34(1),1 Jan.1979の50頁〜52頁
に記載されている。ZnS層を通してのイオン注入
法によつてCdHgTeからなる塊状液中にp−n接
合が形成される。
長させたp−形のCdxHg1-xTe(C.M.T.)基板を
備えている。このことは、例えば、M.Lanir等の
App.phy.Letts.34(1),1 Jan.1979の50頁〜52頁
に記載されている。ZnS層を通してのイオン注入
法によつてCdHgTeからなる塊状液中にp−n接
合が形成される。
そのようなデバイスは、赤外線放射線に鋭敏で
あり、従つて光景の熱映像を測定して、陰極管上
に視覚表示を形成するのに用いられる熱画像形成
システムに有用である。
あり、従つて光景の熱映像を測定して、陰極管上
に視覚表示を形成するのに用いられる熱画像形成
システムに有用である。
しかし乍ら、ナローバンドギヤツプを有する
CdHgTe層中にp−n接合(ホモ接合)を形成し
た従来のフオトダイオードは、大きな漏洩電流を
生じるため、このようなフオトダイオードは赤外
線検出性能において劣るという欠点を有する。
CdHgTe層中にp−n接合(ホモ接合)を形成し
た従来のフオトダイオードは、大きな漏洩電流を
生じるため、このようなフオトダイオードは赤外
線検出性能において劣るという欠点を有する。
本発明の目的は、赤外線の吸収を伴わず且つ漏
洩電流が少なく、従つて赤外線検出性能において
改善された赤外線検出フオトダイオードを提供す
ることにある。
洩電流が少なく、従つて赤外線検出性能において
改善された赤外線検出フオトダイオードを提供す
ることにある。
本発明によれば、前述の目的は、第1の伝導形
のCdxHg1-xTeからなる基板と、当該基板上に設
けられていると共にドープされた第2の伝導形の
CdTeの層と、前述の基板と前述の層とに夫々接
続されている電気端子とを備えており、基板と前
述の層とが、p−nヘテロ接合を形成している赤
外線検出フオトダイオードにより達成される。
のCdxHg1-xTeからなる基板と、当該基板上に設
けられていると共にドープされた第2の伝導形の
CdTeの層と、前述の基板と前述の層とに夫々接
続されている電気端子とを備えており、基板と前
述の層とが、p−nヘテロ接合を形成している赤
外線検出フオトダイオードにより達成される。
本発明の赤外線検出フオトダイオードは、第1
の伝導形のCdxHg1-xTeからなる基板と、当該基
板上に設けられていると共にドープされた第2の
伝導形のCdTeの層とを備えており、基板と
CdTeの層とが、p−nヘテロ接合を形成してい
る。ドープされた第2の伝導形のCdTeの層は、
ワイドバンドギヤツプを有しているため赤外放射
線に対する窓として作用し、赤外放射線を殆んど
吸収することなしに、CdTeの層中に形成された
p−n接合(ヘテロ接合)に赤外放射線を到達さ
せ、更に、ワイドバンドギヤツプを有するドープ
された第2の伝導形のCdTeの層内では少数キヤ
リヤの発生も無視し得る程度であるため、漏洩電
流を少なくし得る。即ち、本発明の赤外線検出フ
オトダイオードは優れた赤外線検出性能を示し得
る。
の伝導形のCdxHg1-xTeからなる基板と、当該基
板上に設けられていると共にドープされた第2の
伝導形のCdTeの層とを備えており、基板と
CdTeの層とが、p−nヘテロ接合を形成してい
る。ドープされた第2の伝導形のCdTeの層は、
ワイドバンドギヤツプを有しているため赤外放射
線に対する窓として作用し、赤外放射線を殆んど
吸収することなしに、CdTeの層中に形成された
p−n接合(ヘテロ接合)に赤外放射線を到達さ
せ、更に、ワイドバンドギヤツプを有するドープ
された第2の伝導形のCdTeの層内では少数キヤ
リヤの発生も無視し得る程度であるため、漏洩電
流を少なくし得る。即ち、本発明の赤外線検出フ
オトダイオードは優れた赤外線検出性能を示し得
る。
このCdxHg1-xTeはp−形であつてもよく、そ
の場合にはCdTeはn−形であり、また、この逆
であつてもよい。
の場合にはCdTeはn−形であり、また、この逆
であつてもよい。
CdTeの層の上面に堆積されており、n−形の
CdTeの層を形成させるべくCdTeの層中に拡散
される第a族又は第族のドナードーパントの
層を用いて、n−形のCdTeの層を半絶縁性層と
して形成してもよい。ドーパントはInであつても
よい。p−形のCdTe層は、ドーパントとして
P、As、Ag又はAuを用いて同様の方法で形成
されうる。
CdTeの層を形成させるべくCdTeの層中に拡散
される第a族又は第族のドナードーパントの
層を用いて、n−形のCdTeの層を半絶縁性層と
して形成してもよい。ドーパントはInであつても
よい。p−形のCdTe層は、ドーパントとして
P、As、Ag又はAuを用いて同様の方法で形成
されうる。
代替法として、Inドーパントを用いる分子ビー
ムエピタキシヤル(M.B.E)技術によつてCdTe
をn−形に成長させてもよい。
ムエピタキシヤル(M.B.E)技術によつてCdTe
をn−形に成長させてもよい。
フオトダイオードのアレイとして組立てられる
場合には、ダイオード接合を形成しないCdx
Hg1-xTeの領域を半絶縁性のCdTeの層によつて
不活性化してもよい。
場合には、ダイオード接合を形成しないCdx
Hg1-xTeの領域を半絶縁性のCdTeの層によつて
不活性化してもよい。
適当なエピタキシヤル成長技術、例えばM.B.
E.、気相成長等によつてCdTeの層を成長させて
もよい。
E.、気相成長等によつてCdTeの層を成長させて
もよい。
M.B.E.技術を用いる層成長は、1977年アムス
テルダムのNorth Holland Publishing Co.によ
つて出版されたE.Kaldis及びH.J.Scheelの編集に
よるCrystal Growth&Materialsの第1.7章に記
載されている。
テルダムのNorth Holland Publishing Co.によ
つて出版されたE.Kaldis及びH.J.Scheelの編集に
よるCrystal Growth&Materialsの第1.7章に記
載されている。
添付図面を参照しながら、実施例によつて本発
明を以下に説明する。
明を以下に説明する。
第1図のフオトダイオードは、厚みの10〜30μ
mの第1伝導形としてのp−形のCdxHg1-xTe
(C.M.T.)基板1を有する。典型的には、Xは
0.2〜0.3であり、アクセプター濃度NAは1×1016
〜5×1016cm-3である。基板1は切断され、清浄
にされ、磨かれて、分子ビームエピタキシヤル
(M.B.E.)成長室中に配置される。この成長室に
於いて、基板の表面全体にCdTeの保護不活性化
層2,3を成長させる。基板1の上面上のCdTe
の層2の代表的な厚みは0.5μmであるが、通常約
0.2〜1μmの範囲内の値である。次いで、例えば
蒸着によつてCdTeの層2の上部表面上にInの丘
状部4を堆積させる。次にこの構成体を典型的に
は70〜120℃で4〜40時間加熱し、InをCdTeの層
2中に拡散させ丘状部4の下に第2の伝導形とし
てのn−形に(例えば、電子数n>5×1016cm-3
のレベルで)ドープされた領域8を形成する。更
に、この加熱が、CdxHg1-xTeとCdTeとの界面
(p−n接合7)において相互拡散を生起させる。
その際、HgはCdTeの層2の中に拡散し、Cdは
CdxHg1-xTeの基板1の中に拡散する。このこと
がゆるやかな物質組成変化を生じさせ、傾斜ヘテ
ロ接合を作り出す。その場合p−nヘテロ接合と
してのp−n形部7はヘテロ接合に類似してい
る。電気端子としての裏面電極5、例えばAuか
らなる裏面電極は、底部のCdTeの層3中の開口
を貫通して基板1上に直接形成される。
mの第1伝導形としてのp−形のCdxHg1-xTe
(C.M.T.)基板1を有する。典型的には、Xは
0.2〜0.3であり、アクセプター濃度NAは1×1016
〜5×1016cm-3である。基板1は切断され、清浄
にされ、磨かれて、分子ビームエピタキシヤル
(M.B.E.)成長室中に配置される。この成長室に
於いて、基板の表面全体にCdTeの保護不活性化
層2,3を成長させる。基板1の上面上のCdTe
の層2の代表的な厚みは0.5μmであるが、通常約
0.2〜1μmの範囲内の値である。次いで、例えば
蒸着によつてCdTeの層2の上部表面上にInの丘
状部4を堆積させる。次にこの構成体を典型的に
は70〜120℃で4〜40時間加熱し、InをCdTeの層
2中に拡散させ丘状部4の下に第2の伝導形とし
てのn−形に(例えば、電子数n>5×1016cm-3
のレベルで)ドープされた領域8を形成する。更
に、この加熱が、CdxHg1-xTeとCdTeとの界面
(p−n接合7)において相互拡散を生起させる。
その際、HgはCdTeの層2の中に拡散し、Cdは
CdxHg1-xTeの基板1の中に拡散する。このこと
がゆるやかな物質組成変化を生じさせ、傾斜ヘテ
ロ接合を作り出す。その場合p−nヘテロ接合と
してのp−n形部7はヘテロ接合に類似してい
る。電気端子としての裏面電極5、例えばAuか
らなる裏面電極は、底部のCdTeの層3中の開口
を貫通して基板1上に直接形成される。
Inの丘状部4のそれぞれに対して別々に電気端
子としての端子6が形成される。
子としての端子6が形成される。
基板が厚い場合には、CdxHg1-xTeの基板11
の底部表面はCdxHg1-xTeの基板11の上面に近
いp−n接合部7から遠く離れているため、Cdx
Hg1-xTeの基板11の底部表面に不活性化を施
さない場合に前述の底部表面に、仮りに変化が生
じたとしても、この変化はフオトダイオードの性
能には影響を与えない。従つて基板が厚い場合に
は、CdxHg1-xTeの基板11の底部表面の不活性
化は不必要であるけれども、CdxHg1-xTeの基板
11の底部表面の不活性化を前述のように行うこ
とも可能である。
の底部表面はCdxHg1-xTeの基板11の上面に近
いp−n接合部7から遠く離れているため、Cdx
Hg1-xTeの基板11の底部表面に不活性化を施
さない場合に前述の底部表面に、仮りに変化が生
じたとしても、この変化はフオトダイオードの性
能には影響を与えない。従つて基板が厚い場合に
は、CdxHg1-xTeの基板11の底部表面の不活性
化は不必要であるけれども、CdxHg1-xTeの基板
11の底部表面の不活性化を前述のように行うこ
とも可能である。
赤外放射線がp−n接合部7上に入射すると
“測定しうる電圧、又は電流の流れ”(外部電気回
路機構に依存する)を裏面電極5及び端子6に発
生させる。
“測定しうる電圧、又は電流の流れ”(外部電気回
路機構に依存する)を裏面電極5及び端子6に発
生させる。
第2図は別の型のアレイ、すなわちn−形にド
ープされたCdTeからなる丘状部12を伴なうp
−形のCdxHg1-xTeの基板11を備えるフオトダ
イオードアレイを示す図である。丘状部12間に
半絶縁性のCdTeの層13が存在する。CdTeか
らなる不活性化層14が残りの基板表面を覆つて
いる。Cdソース及びTeソースに加えてInドーパ
ントソースを用いながら分子ビームエピタキシヤ
ル室中でn−形のCdTeの層12を成長させる。
あるいは、CdTeの層の化学量(stoichiometry)
を調節して、半絶縁性層又は半導体層を形成させ
てもよい。上部層の異なる部分を形成するため
に、露光技術が用いられる。例えば、基板11の
上部表面上にホトレジストの丘状部を形成する。
ホトレジストの丘状部が設けられている領域以外
の基板表面上にCdTeからなる半絶縁性層を成長
させる。次にホトレジストを取り去り、ホトレジ
ストの丘状部が設けられていた基板表面上の領域
にn−形のCdTeを成長させる。
ープされたCdTeからなる丘状部12を伴なうp
−形のCdxHg1-xTeの基板11を備えるフオトダ
イオードアレイを示す図である。丘状部12間に
半絶縁性のCdTeの層13が存在する。CdTeか
らなる不活性化層14が残りの基板表面を覆つて
いる。Cdソース及びTeソースに加えてInドーパ
ントソースを用いながら分子ビームエピタキシヤ
ル室中でn−形のCdTeの層12を成長させる。
あるいは、CdTeの層の化学量(stoichiometry)
を調節して、半絶縁性層又は半導体層を形成させ
てもよい。上部層の異なる部分を形成するため
に、露光技術が用いられる。例えば、基板11の
上部表面上にホトレジストの丘状部を形成する。
ホトレジストの丘状部が設けられている領域以外
の基板表面上にCdTeからなる半絶縁性層を成長
させる。次にホトレジストを取り去り、ホトレジ
ストの丘状部が設けられていた基板表面上の領域
にn−形のCdTeを成長させる。
前述のように各丘状部に端子15を設けると共
に基板11の底部に端子としての裏面電極16を
設ける。
に基板11の底部に端子としての裏面電極16を
設ける。
この構成体を例えば70〜120℃で4〜40時間加
熱して、前述の如くp−n接合部17において拡
散を起させる。
熱して、前述の如くp−n接合部17において拡
散を起させる。
あるいは、分子ビームエピタキシヤル成長の間
にn−形のCdTeの組成を変化させてもよい。例
えば、初めにCdxHg1-xTe合金を成長させ、そし
て、ドープされたCdTeのみが成長するようにな
るまでHgソースの量を徐々に減少させてもよい。
第1図のデバイスに於いても、そのような傾斜組
成のものを用いてもよい。
にn−形のCdTeの組成を変化させてもよい。例
えば、初めにCdxHg1-xTe合金を成長させ、そし
て、ドープされたCdTeのみが成長するようにな
るまでHgソースの量を徐々に減少させてもよい。
第1図のデバイスに於いても、そのような傾斜組
成のものを用いてもよい。
第3図はフオトダイオードアレイのもう一つの
形態を示す。このフオトダイオードアレイは
CdTeからなるp−形の半導体基板20を有して
おり、このp−形の半導体基板20上にCdx
Hg1-xTeのp−形の層21を10〜30μmの厚さ
(典型的な厚さ)に成長(又は研磨、ラツプ仕上
げ)させる。
形態を示す。このフオトダイオードアレイは
CdTeからなるp−形の半導体基板20を有して
おり、このp−形の半導体基板20上にCdx
Hg1-xTeのp−形の層21を10〜30μmの厚さ
(典型的な厚さ)に成長(又は研磨、ラツプ仕上
げ)させる。
p−形の層21上にCdTeからなる半絶縁性層
を成長させ、第1図に於けるようにCdTeの半絶
縁性層22上にInの丘状部23を堆積する。前述
のように、デバイスを加熱してInをCdTeの層2
7中に拡散させ、且つp−n接合部24でも拡散
を起させる。前述の如く、Inの丘状部23に端子
25を設けると共に、p−形の半導体基板20の
底面に端子としての裏面電極26を設ける。
を成長させ、第1図に於けるようにCdTeの半絶
縁性層22上にInの丘状部23を堆積する。前述
のように、デバイスを加熱してInをCdTeの層2
7中に拡散させ、且つp−n接合部24でも拡散
を起させる。前述の如く、Inの丘状部23に端子
25を設けると共に、p−形の半導体基板20の
底面に端子としての裏面電極26を設ける。
代替の方法としては、CdTeは大量に成長させ
ることができるため、任意の適切な支持体上に
M.B.EによつてCdTeの層20を厚い層として成
長させ、CdxHg1-xTeの層21をCdTeの層20
の支持体と対向する面上に成長させ、次に、この
成長させたCdxHg1-xTeの層21上にCdTeの半
絶縁性層を形成する。この形成された半絶縁性層
の表面にIn丘状部23を形成する。この場合、第
3図に示されるよる電極26は、一つの丘状部の
この丘状部に隣接する他の丘状部との間に位置す
るCdTeの半絶縁性層22に孔を設けて、Cdx
Hg1-xTeの層21の面に直接取り付けるように
する。
ることができるため、任意の適切な支持体上に
M.B.EによつてCdTeの層20を厚い層として成
長させ、CdxHg1-xTeの層21をCdTeの層20
の支持体と対向する面上に成長させ、次に、この
成長させたCdxHg1-xTeの層21上にCdTeの半
絶縁性層を形成する。この形成された半絶縁性層
の表面にIn丘状部23を形成する。この場合、第
3図に示されるよる電極26は、一つの丘状部の
この丘状部に隣接する他の丘状部との間に位置す
るCdTeの半絶縁性層22に孔を設けて、Cdx
Hg1-xTeの層21の面に直接取り付けるように
する。
液相エピタキシヤル技術、気相エピタキシヤル
技術又は分子ビームエピタキシヤル技術により、
もしくはHg雰囲気中でCdTe基板20上を流動す
る、アルキルカドミウムとアルキルテルルを用い
ることにより、CdxHg1-xTeの層21を成長させ
てもよい。このような技術は英国特許出願公開第
2078695A号、米国特許出願第226046号に記載さ
れている。
技術又は分子ビームエピタキシヤル技術により、
もしくはHg雰囲気中でCdTe基板20上を流動す
る、アルキルカドミウムとアルキルテルルを用い
ることにより、CdxHg1-xTeの層21を成長させ
てもよい。このような技術は英国特許出願公開第
2078695A号、米国特許出願第226046号に記載さ
れている。
あるいは、Inを添加した分子ビームエピタキシ
ヤル技術を用いて第2図の場合と同様な操作を行
い、第3図のn−形のCdTeを形成してもよい。
あるいは、Inイオンの注入によりCdTeの層を選
択的にn−形にドープしてもよい。
ヤル技術を用いて第2図の場合と同様な操作を行
い、第3図のn−形のCdTeを形成してもよい。
あるいは、Inイオンの注入によりCdTeの層を選
択的にn−形にドープしてもよい。
又、CdxHg1-xTeを成長させることで出発し、
徐々にHgソースを減少させる傾斜組成方式によ
つてCdTeの層を形成してもよい。
徐々にHgソースを減少させる傾斜組成方式によ
つてCdTeの層を形成してもよい。
第1図はCdxHg1-xTeの基板上に形成されたフ
オトダイオードアレイの断面図、第2図は別の実
施例を示す図、及び第3図はCdTeの基板上に成
長したフオトダイオードを示す図である。 1,11……CdxHg1-xTeの基板、2,13,
22……半絶縁性CdTeの不活性化層、5,1
6,26……裏面電極、6,15,25……端
子、7,17,24……傾斜ヘテロ接合(p−n
接合)、8,12,27……ドープされたCdTe
の領域、20……p形の半導体基板。
オトダイオードアレイの断面図、第2図は別の実
施例を示す図、及び第3図はCdTeの基板上に成
長したフオトダイオードを示す図である。 1,11……CdxHg1-xTeの基板、2,13,
22……半絶縁性CdTeの不活性化層、5,1
6,26……裏面電極、6,15,25……端
子、7,17,24……傾斜ヘテロ接合(p−n
接合)、8,12,27……ドープされたCdTe
の領域、20……p形の半導体基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 第1の伝導形のCdxHg1-xTeからなる基板
と、当該基板上に設けられていると共にドープさ
れた第2の伝導形のCdTeの層と、前記基板と前
記層とに夫々接続されている電気端子とを備えて
おり、前記基板と前記層とが、p−nヘテロ接合
を形成している赤外線検出フオトダイオード。 2 前記基板と前記層との間に傾斜ヘテロ接合が
存在する特許請求の範囲第1項に記載のフオトダ
イオード。 3 p−n接合から離れているCdxHg1-xTeの領
域が半絶縁性のCdTeの層によつて不活性化され
ている特許請求の範囲第1項に記載のフオトダイ
オード。 4 CdxHg1-xTeからなる同一の基板上におい
て、半絶縁性のCdTeの不活性化層によつて分離
されているドープされたCdTeの領域を有するフ
オトダイオードアレイの形に形成されている特許
請求の範囲第3項に記載のフオトダイオード。 5 CdxHg1-xTeがp−形であり、CdTeがn−
形である特許請求の範囲第1項に記載のフオトダ
イオード。 6 前記CdTeの層が、当該CdTeの層の中にn
−形のCdTeの丘状部を作るべく、第a族又は
第族のドナードーパントが拡散されている
CdTeの半絶縁層である特許請求の範囲第5項に
記載のフオトダイオード。 7 ドーパントがInである特許請求の範囲第6項
に記載のフオトダイオード。 8 xが0.2〜0.3の範囲であり、CdxHg1-xTe材
料中のアクセプター濃度が1×1016〜5×1016cm
-3範囲である特許請求の範囲第5項に記載のフオ
トダイオード。 9 CdTeからなるn−形の領域が、5×1016cm
-3より大きな電子数を示すようにドープされてい
る特許請求の範囲第5項に記載のフオトダイオー
ド。 10 CdxHg1-xTeがn−形であり、CdTeがp
−形である特許請求の範囲第1項に記載のフオト
ダイオード。 11 CdTeが0.2〜1μmの範囲の厚みを有する層
である特許請求の範囲第3項に記載のフオトダイ
オード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8119440 | 1981-06-23 | ||
| GB8119440 | 1981-06-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS582078A JPS582078A (ja) | 1983-01-07 |
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