JPH04217363A - 隣接する光検出領域間の光学的漏話の制御 - Google Patents

隣接する光検出領域間の光学的漏話の制御

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JPH04217363A
JPH04217363A JP3067890A JP6789091A JPH04217363A JP H04217363 A JPH04217363 A JP H04217363A JP 3067890 A JP3067890 A JP 3067890A JP 6789091 A JP6789091 A JP 6789091A JP H04217363 A JPH04217363 A JP H04217363A
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Chao Huang
チャオ・フアング
Paul R Norton
ポール・アール・ノートン
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放射検出器、特に光検
出器間の光学的漏話を実質上防ぐ隣接する光検出器間に
エッチングされた溝を有する勾配バンドギャップ光検出
層から構成された放射検出器のアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】放射検出器のアレイに関する特定の問題
は、１つの光検出器の活性領域域付近の光子により生じ
たキャリアが隣接する光検出器により収集されないよう
に光励起された電荷キャリア、すなわち電子またはホー
ルの横方向の収集を制御することである。光励起された
電荷キャリアは「ランダムウォーク（ｒａｎｄｏｍ　ｗ
ａｌｋ　）」することが知られており、それは活性検出
器領域によって集められるまで半導体材料の層を通って
横方向に拡散する。これによって電荷キャリアは電荷キ
ャリアの最初の発生点から十分に離れた距離に位置する
活性検出器領域によって集められる結果を生じさせる。 最終的に検出器間に光学的漏話を生じる信号雑音を生じ
させる。
【０００３】上記問題は検出器アレイに特に関係する。 検出器活性領域は検出器インピーダンスを最大にし、検
出器キャパシタパンスを最小にするために寸法を減少さ
れる。この場合において、比較的大きく開いた「不活性
」領域が存在し、そこでは活性検出器の空乏層によって
集められる前に光励起されたキャリアが拡散することが
できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】拡散プロセスは最初の
発生点と任意の最終位置の間のランダムウォーク状態の
電荷キャリアを使用することとして説明することができ
る。実質上の拡散長は半導体材料の温度と電荷キャリア
寿命と電荷キャリア移動度の関数である。隔離された活
性検出器領域は典型的にほぼ拡散長だけ離れるまで光吸
収によって生じた電荷キャリアを集める。拡散長および
他のファクターに関係する検出器材料の厚さに依存して
、拡散プロセスは２次元もしくは３次元で生じることが
考えられる。
【０００５】光学的漏話を制御する幾つかの通常の方法
は最も近い活性検出器に対する電荷キャリア拡散の可能
性を減少させることによって行われる。これらの通常の
方法では電荷キャリア自身を集める接地面または防御ダ
イオードを設ける。残念ながら、そのような技術は光学
的漏話を防ぐ過程において電荷キャリアの一部を消滅さ
せる。電荷キャリアの一部が消滅するならば、最も近い
活性検出器は信号電流としてキャリアを集めることがで
きず、したがって検出器の効率を減少させる。
【０００６】以下の参照文献は減少する光検出器活性領
域および、または減少する光検出器接合キャパシタパン
スの概念を記載している：米国特許第４，７１７，９４
６　号、（１９８８年１月５日）、第４，６５２，８９
９　号（１９８７年３月２４日）、第３，７９４，８９
１　号（１９７４年２月２６日）明細書および日本国出
願第５６−１１３７６９　号（１９８２年６月９日）。
【０００７】１９８７年１月２７日付けの米国特許第４
，６３９，７５６　号明細書には、光キャリアが隣接す
るダイオードに容易に移動することができないように、
溝が放射吸収層１６を完全に通って下に位置するバッフ
ァ層１４に延在する光ダイオードのメサ型アレイが記載
されている。１９８７年１月２４日付けの米国特許第４
，６４６，１２０　明細書には従来技術に関連して放射
吸収層２を部分的に通過して延在する溝６、７を記載し
ている。しかし、この装置は漏話の点において十分では
ない。
【０００８】１９８３年１月６日付けの米国特許出願第
２，１００，９２７Ａ号はＰ型Ｃｄｘ　ＨＧ１−ｘ　Ｔ
ｅ基体上に構成されている光ダイオードのアレイを記載
している。アレイは基体に被覆された各光ダイオードが
形成されるＣｄＴｅ層を含む。加熱処理はｐ−ｎ接合が
ヘテロ接合に隣接する位置に勾配ヘテロ構造を生じさせ
る段階的な材料組成変化を生じさせる。
【０００９】しかし、これらの参照文献は変化する組成
およびエネルギギャップを有する放射吸収層内に形成さ
れた放射検出装置のアレイを設けることによって可能に
される利点を示すものではない。個々の装置は溝によっ
て互いに区別され、恐らく他の構造は放射吸収層に部分
的のみに延在する。
【００１０】上記問題は本発明にしたがい構成され動作
される光検出器のアレイによって克服され他の利点が実
現される。本発明は電荷キャリアが最も近い活性検出器
領域に拡散する可能性を増加させ、同時に隣接する検出
器領域に拡散する可能性を減少させる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、光検出
活性領域のアレイが開示され、そのアレイは複数の光検
出活性領域に区分された光反応材料の層を含む。本発明
の実施例において、光検出活性領域は、減少した面積お
よび対応する減少した接合キャパシタパンスおよび増加
した接合インピーダンスとを有するｐ−ｎ接合である。 層は、層の実効的なエネルギバンドギャップの大きさが
第１の表面から第２の表面へ減少するように層の厚さを
横切って層の第１の表面から層の第２の表面まで変化す
る組成を有する。生じた結晶ポテンシャルフィールドは
光励起された電荷キャリアを第２の狭いエネルギギャッ
プ表面に実質上隣接している層の領域内に拘束する。ア
レイはさらに層の厚さよりも少ない予め定められた深さ
まで層中に延在する第２の表面内に形成された複数の溝
構造を含む。各溝構造は電荷キャリアを活性領域の１つ
から隣接する活性領域へ横方向に実質上拡散することを
阻止する少なくとも２つの隣接する活性領域間に設けら
れる。
【００１２】本発明の１実施例において、溝構造は電荷
キャリアの横方向の拡散を制限するために単独で使用さ
れる。本発明の別の実施例において、溝構造は接地面構
造または防御ダイオードと結合される。接地面構造また
は防御ダイオードは線形状に形付けられ、第１の軸に沿
った電荷キャリアの横方向の拡散を制限することが好ま
しい。溝構造は接地面または防御ダイオード構造に直交
に配置され、第２の軸に沿った横方向の拡散を制限する
。
【００１３】
【実施例】本発明は、検出器材料が１乃至１００　ミク
ロン程度の厚さの薄膜として設けられる点において光検
出構造に特に適用でき、また、ＨｇＣｄＴｅのようなＩ
Ｉ−ＶＩ　族材料またはＩｎＧａＡｓＰのようなＩＩＩ
−Ｖ　族材料から構成された光検出装置も適用できる。 本発明は幅広く解釈され、以下記載される例および実施
例のみに限定されるものではない。
【００１４】最初に、図１および図２は基体１２および
その基体１２を被覆するｐ型光検出材料の層１４を含む
放射検出アレイ１０の平面図および断面図をそれぞれ示
す。矢印Ａで示された放射は装置の背面に投射される。 しかし、本発明は照射される装置に表面からもまた適用
可能である。層１４は本発明にしたがい溝１８で分離さ
れた２つの隣接する光検出活性領域１６を有する上面１
４ａ　を含む。溝１８は光検出材料の層１４を部分的に
通って延在し、１つの活性領域１６付近に生じた電荷キ
ャリアを隣接する活性領域１６への拡散から物理的に隔
離させる。本発明の概念にしたがって、溝１８の機能は
、層１４の物理的な組成は基体１２の組成から表面１４
ａ　の異なる組成へ次第に変化するように、組成が変化
勾配を持つ層のような層１４を容易に構成させる。
【００１５】この組成の変化勾配は成長中に半導体合金
組成を連続的に変化させるか、或いは例えば拡散処理に
よって成長した後組成を修正することによって、既知の
方法で達成されることができる。この組成の変化勾配は
また超格子内の間隔を変えることによって層の底面およ
び上面の実効的なバンドギャップ組成を変化させること
によって達成されることが可能である。図４に示された
ように、そのような組成が変化勾配を持つ層は基体イン
ターフェースにおけるエネルギギャップと比較すると表
面におけるエネルギギャップを減少させる。このエネル
ギギャップの減少はまた存在させるべき符号ＣＣで示さ
れた電荷キャリアを層１４の上面１４ａ　領域内に発生
させる利点がある。例えば、ｐ型半導体合金組成は表面
におけるバンドギャップが基体インターフェースにおけ
るバンドギャップよりも狭くなるように、検出器材料膜
の厚さ方向に規則的に変化される。その結果、光励起さ
れた電荷キャリア、この場合、電子は表面１４ａ　に実
質上隣接する領域内に存在するように拘束する結晶ポテ
ンシャルフィールドにさらされる。表面１４ａ　付近の
電荷キャリアの拘束は比較的浅い溝１８による光励起さ
れた少数キャリアの拡散の防止を有効にする。溝１８は
アレイ１０を横切って電気的に層１４の連続性を保持す
るために層１４を貫通して基体１２まで完全にエッチン
グされないことに注意すべきである。その結果、層１４
に供給された電圧ポテンシャルは、隣接する光ダイオー
ド間の隔離する溝構造の有利な効果を与えているながら
全てのアレイの光ダイオードに共通に与えられることが
わかる。
【００１６】図４に示されたようなバンドギャップエネ
ルギ分布を有する組成が変化勾配を持つ層のような層１
４の製造において、溝１８は層１４の厚さＴより少ない
深さｄに形成される。放射により発生された少数電荷キ
ャリアは層１４の上部領域内に位置され且つ溝１８のほ
ぼ最低部分より上に位置された拡散路内で移動されるよ
うに拘束される。したがって１つの領域内に形成された
電荷キャリアの隣接する活性領域への拡散が有効に隔離
される。これは完全に層１４を貫通して物理的にエッチ
ングすることなく達成されるので、電気的に１つのポテ
ンシャルで層１４に供給することができる。深さｄは層
１４の実効的バンドギャップ勾配の程度および検出器温
度のような他のパラメータの関数である値を有する。一
般的に、深さｄは層１４の厚さＴのほぼ半分に等しい。 幅Ｗはｄと等しいか或いは深さｄよりかなり小さい。
【００１７】一般的に、少数キャリアが溝１８の下を通
過し隣接する検出器領域中に通過するように拡散しなけ
ればならない。結晶ポテンシャルフィールドがｋＴ程度
以上であるような深さｄが選定される。この場合、ｋは
ボルツマン定数であり、Ｔは検出器温度である。
【００１８】再度図１および図２を参照にすると、関連
する電気的端子２２を有するｎ型領域２０をそれぞれ含
む各活性領域が示されている。各ｎ型領域２０は層１４
の隣接するｐ型材料とｐ−ｎ接合を形成する。もちろん
、他の実施例において層１４はｎ型であり、各領域はｐ
型であるようにすることもできる。
【００１９】本発明の実施例において、ｐ−ｎ接合は交
差する溝により定められた領域に関係する領域を減少さ
せ、実質上全領域を占めない。接合は接合キャパシタパ
ンスを最小にし、接合インピーダンスを最大にするため
に面積を減少させる。そのような減少された面積のｐ−
ｎ接合は比較的大きい「不活性」面積によって包囲され
る。電荷キャリアは不活性領域に拡散し、関連する空乏
領域によって集められ且つｐ−ｎ接合を包囲する前にか
なりの時間にわたってそこに存在することができる。
【００２０】領域２０は例えば注入されるか或いは拡散
された領域である。代りに、領域２０は表面１４ａ　上
または中で成長され、選択的な成長またはエッチングに
よって定められることができる。パッシベート層２４は
典型的に上面１４ａ　に設けられ、また光キャリアの表
面再結合損失を減少させるために溝１８の表面に設けら
れる。溝１８は適切にパターン化されたマスクによって
行われる化学的エッチングまたはイオンビームエッチン
グのような処理ステップによって形成される。層１４は
ＭＯＣＶＤまたはＶＰＥのような処理によって形成され
ることが可能である。 ソース素子の組成は層１４の所望の組成的に変化する勾
配を達成するために成長中に変化される。
【００２１】例えば、層１４はＨｇｘ　Ｃｄ（１−ｘ）
　Ｔｅから構成される。ここでｘは基体１２付近におけ
る約０．９　から表面１４ａ　における約０．２　乃至
０．３　まで変化する。層１４の厚さは約１０ミクロン
であり、溝１８の幅Ｗおよび深さｄはそれぞれ約５ミク
ロンである。もちろん、他の材料組成および寸法は本発
明の技術的範囲内である。溝１８は各活性検出器領域１
６を部分的或いは全体的に包囲されることができる。溝
１８は活性検出器領域を部分的のみ包囲する場合におい
て、溝１８は特定の方向において光学的漏話を制御する
ために接地面または防御ダイオードのような他の構造と
組合して使用される。
【００２２】例えば、図３を参照にすると、組成が変化
勾配を持つ光検出層および第１のｙ軸に沿って配置され
活性領域３２間に挿入された複数の検出器コラム接地面
３４を有する放射検出アレイ３０の部分の平面図が示さ
れている（実寸ではない）。アレイ３０はまた上述のよ
うに第２のｘ軸に沿って配置された複数の溝３６を含む
。本発明の実施例において、漏話は接地面３４によって
ｘ軸方向に制御され、また複数の溝３６によってｙ軸方
向に制御される。所望ならば、接地面３４は同じ機能を
行うように防御ダイオードと置換されることもできる。
【００２３】本発明は特に好ましい実施例に関連して記
載されたが、当業者は形態および詳細の変更が本発明の
技術的範囲から逸脱することなく行われることを理解す
るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射検出アレイ１０の１部分の平面図（実寸で
はない）。
【図２】図１の線ｂ−ｂに沿った放射検出アレイ１０の
部分の断面図（拡大図）で、光検出材料の層１４を通っ
て部分的に延在する溝１８で分離された２つの隣接する
光検出活性領域を示す。
【図３】第１の軸に沿って配置され活性領域間に挿入さ
れた複数の接地面または防御ダイオード３４と第１の軸
と垂直な第２の軸に沿って配置された複数の溝３６とを
有する放射検出アレイの１部分の平面図（実寸ではない
）。
【図４】層１４内の勾配エネルギバンドギャップを示す
エネルギバンド図。
【符号の説明】
１０，３０　…アレイ、１２…基体、１４…層、１４ａ
　…表面、１６，３２　…活性領域、１８，３６　…溝
、２４…パッシベート層、３４…接地面。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　複数の光検出活性領域に区分された光
    反応材料の層を具備する光検出活性領域アレイにおいて
    、前記層は、前記層の実効的なエネルギギャップの大き
    さが電荷キャリアを前記第２の表面に実質上隣接する前
    記層の領域内に拘束するために第１の表面から第２の表
    面へ減少するように前記層の第１の表面から前記層の第
    ２の表面に向かって変化する組成を有し、前記アレイは
    前記層の第２の表面内に形成され、前記層の厚さよりも
    小さい予め定められた深さまで層中に延在する複数の溝
    構造を含み、それらの各溝構造は少数キャリアが活性領
    域の１つから隣接する活性領域へ横方向に拡散すること
    を実質的に阻止するために少なくとも２つの隣接する活
    性領域間に配置されていることを特徴とする光検出活性
    領域のアレイ。
  2. 【請求項２】　　厚さは約１ミクロン乃至１００　ミク
    ロンの範囲内にあり、溝の前記予め定められた深さは前
    記層の厚さのほぼ半分以上である請求項１記載のアレイ
    。
  3. 【請求項３】　　ｋはボルツマン定数でＴは温度である
    場合において、予め定められた深さは、少数キャリアが
    溝構造の下を通過するために拡散しなければならない結
    晶ポテンシャルフィールドがｋＴ程度以上にされている
    請求項１記載のアレイ。
  4. 【請求項４】　　前記層は第１の型の導電性を有するＩ
    Ｉ−ＶＩ　族材料からなり、前記各活性領域はｐ−ｎ光
    ダイオード接合を限定する反対導電型の領域を含む請求
    項１記載のアレイ。
  5. 【請求項５】　　前記層はｐ型Ｈｇｘ　Ｃｄ（１−ｘ）
    　Ｔｅから構成され、ｘの値は前記層の底面における約
    ０．９　から前記層の上面における約０．２　乃至０．
    ３　まで変化している請求項１記載のアレイ。
  6. 【請求項６】　　前記層は超格子からなり、前記超格子
    の間隔は実効的のバンドギャップ組成を変えるために層
    の底面と上面の間で変化されている請求項１記載のアレ
    イ。
  7. 【請求項７】　　前記層は第１の導電型性のＩＩＩ−Ｖ
    　族材料からなり、前記各活性領域はｐ−ｎ光ダイオー
    ド接合を限定する反対導電型の領域を含んでいる請求項
    １記載のアレイ。
  8. 【請求項８】　　さらに、第２の表面上に配置された複
    数の細長い接地面構造を具備し、前記各接地面構造は隣
    接する活性領域間に挿入され、隣接する前記接地面構造
    は実質上互いに平行に位置されその間に垂直に配置され
    た少なくとも１つの前記溝構造を有している請求項１記
    載のアレイ。
  9. 【請求項９】　　さらに、第２の表面上に配置された複
    数の細長い防御ダイオードを具備し、前記各防御ダイオ
    ード構造は隣接する前記活性領域間にそれぞれ挿入され
    、隣接する前記防御ダイオード構造は実質上互いに平行
    に位置されその間に垂直に配置された少なくとも１つの
    前記溝構造を有している請求項１記載のアレイ。
  10. 【請求項１０】　　前記各光検出活性領域は、キャパシ
    タパンスを減少し接合に関係するインピーダンスを増加
    させるために選択された接合領域を有するｐ−ｎ接合を
    具備している請求項１記載のアレイ。
  11. 【請求項１１】　　基体と、前記基体の表面上に配置さ
    れた第１の導電性を有する放射吸収半導体材料の層とを
    具備し、前記層は吸収された放射から少数電荷キャリア
    を発生し、組成が、前記基体の表面に隣接する第１の表
    面における第１のエネルギギャップと前記第１の表面と
    反対側の第２の表面における第２の狭いエネルギギャッ
    プとを有するように変化勾配を有する材料から構成され
    、前記第２の表面の狭いエネルギギャップは電荷キャリ
    アの横方向の拡散を前記第２の表面に実質上隣接する領
    域内に生じさせ、前記層はさらに前記少数電荷キャリア
    を集める複数のｐ−ｎ接合を形成する反対導電型の複数
    の領域を含み、前記層はその第２の表面内に形成され前
    記層の厚さよりも少ない深さまで層中に延在する複数の
    溝構造を具備し、前記各溝構造は電荷キャリアが前記ｐ
    −ｎ接合の１つを包囲する領域から別の前記ｐ−ｎ接合
    を包囲する領域に横方向へ拡散することを阻止するため
    に少なくとも２つの隣接する前記ｐ−ｎ接合間に設けら
    れていることを特徴とする放射反応光ダイオードのアレ
    イ。
  12. 【請求項１２】　　前記層の厚さは約１ミクロン乃至１
    ００　ミクロンの範囲内にあり、前記溝構造の深さは前
    記層の厚さの約半分以上である請求項１１記載のアレイ
    。
  13. 【請求項１３】　　ｋはボルツマン定数でＴは温度であ
    る場合において、前記溝構造の深さは、少数キャリアが
    溝構造の下を通過するために拡散しなければならない結
    晶ポテンシャルフィールドがｋＴ程度以上にされている
    請求項１１記載のアレイ。
  14. 【請求項１４】　　前記層はＩＩ−ＶＩ　族材料から構
    成されている請求項１１記載のアレイ。
  15. 【請求項１５】　　前記層はＨｇｘ　Ｃｄ（１−ｘ）　
    Ｔｅから構成され、ｘの値は前記層の底面における約０
    ．９　から前記層の上面における約０．２　乃至０．３
    　に変化されている請求項１４記載のアレイ。
  16. 【請求項１６】　　前記層は超格子から構成され、前記
    超格子の間隔は実効的なバンドギャップ組成を変えるた
    めに層の底面と上面の間で変化されている請求項１１記
    載のアレイ。
  17. 【請求項１７】　　さらに、第２の表面上に配置された
    複数の細長い接地面構造を具備し、前記各接地面構造は
    隣接する前記ｐ−ｎ接合間に挿入され、隣接する前記接
    地面構造は実質上互いに平行に位置されその間に垂直に
    配置された少なくとも１つの前記溝構造を有している請
    求項１１記載のアレイ。
  18. 【請求項１８】　　さらに、前記層の第２の表面および
    前記溝構造の露出されている表面を被覆しているパッシ
    ベート層を具備している請求項１１記載のアレイ。
  19. 【請求項１９】　　前記層は前記アレイを横切って電気
    的に連続している請求項１１記載のアレイ。
  20. 【請求項２０】　　前記各ｐ−ｎ接合はキャパシタパン
    スを減少させ接合に関係するインピーダンスを増加させ
    るように選択された接合領域を有している請求項１１記
    載のアレイ。
  21. 【請求項２１】　　さらに、第２の表面上に配置された
    複数の細長い防御ダイオード構造を具備し、前記各防御
    ダイオード構造は隣接する前記活性領域間に挿入されそ
    の間に垂直に配置された少なくとも１つの前記溝構造を
    有している請求項１１記載のアレイ。
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