JPH0456476B2 - - Google Patents

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JPH0456476B2
JPH0456476B2 JP58056763A JP5676383A JPH0456476B2 JP H0456476 B2 JPH0456476 B2 JP H0456476B2 JP 58056763 A JP58056763 A JP 58056763A JP 5676383 A JP5676383 A JP 5676383A JP H0456476 B2 JPH0456476 B2 JP H0456476B2
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semiconductor layer
semiconductor
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Kei Aachi Deiuitsudo
Uorutaa Sukotsuto Emu
Rairu Sumisu Dariru
Aaru Uaisubaagu Reonaado
Ei Utsudo Ronarudo
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置、特に半導体電磁放射線検
出器およびその製造方法に関し、更に詳しくは、
少数キヤリヤの抑制と、検出器感度の向上を目的
として、電気的接続点の下に設けた大きなバンド
ギヤツプ層を備えた半導体電磁放射線検出器とそ
の製造方法に関するものである。
〔先行技術〕
感光性の半導体には、光導電形のものと、光起
電形のものとの二種類がある。適当なエネルギー
放射線が光導電形半導体上に降り注ぐと、半導体
の電導度は増加する。半導体に与えられたエネル
ギーは共有結合を切り離し、熱的に発生している
電子・正孔対の数を上廻つて電子・正孔対を発生
させ、この電流担体の増加によつて半導体の抵抗
が減少する。半導体材料におけるこの光導電効果
が光導電形検出器に利用される。
一方、半導体センサがｐ−ｎ接合を備えている
場合には、エネルギーの入射は電子・正孔対の発
生を呼び、これによつて電位差が生ずる。これは
光電効果として知られている。本発明による半導
体電磁放射線検出器は光導電形の検出器である。
光導電形検出器はその両端に電気接点を備えた
棒状半導体によつて構成することができる。その
最も簡単な使用方法では、光導電形検出器は直流
電源と負荷抵抗に直列に接続され、入射放射線に
応じて光導電検出器の抵抗変化を読取つている。
本発明は検出器の適用に応じた電磁波長に対す
る検出器の光感度または応答性を向上させること
を主題としている。この主題を達成する最善の方
策は少数キヤリヤの消滅割合を減少させ、これに
よつて吸収された入射光子が発生される少数キヤ
リヤの寿命が増大または最大にし、過剰多数キヤ
リヤが長い時間流れ続けるようにすることである
ことがわかつた。
一般に、少数キヤリヤの殆どは三つの基本領域
のうちの一つで消滅する。即ち、検出器の本体
（bulk）がその一つであり、入射放射線に露呈さ
れる表面を含む検出器の表面が他の一つであり、
更に、検出器への電気接点がその三番目に当る。
検出器本体で死滅する少数キヤリヤの消滅割合
を下げる方法はこれまでも開示されている。可視
放射線用検出器の場合には、検出器の材料に不純
物または格子欠陥を導入し、一時的に少数キヤリ
アを捕獲させ、少数キヤリヤの消滅割合を減少さ
せている。この技術はR.B.Bnbe著「固体の光導
電性」（ニユーヨーク1960年）の69頁に示されて
いる。
また、検出器の背面または放射線の入射面にお
ける少数キヤリヤの再結合を防止するために物理
的、化学的に表面を処理したり、または表面に化
学的化合物からなる薄膜を付着する方法も取られ
てきた。これは「不活性化」と言う名で知られて
いる方法である。この処理によつて、少数キヤリ
ヤを押し戻すように作用するエネルギー障壁を造
り出す電子状態が表面に造り出される。
しかしながら、不運なことに、これら表面を不
活性化する方法は、良好な電気接続の形成を妨げ
たり、あるいは阻止するような薄膜を表面につく
つている。良好な電気接続の形成は、少数キヤリ
ヤが障害あるいは余分な抵抗に遭遇すうことなし
に効果的に接点から注入されることを意味する。
したがつて、電気接続の予定される領域では表面
処理を行わずに済せるか、あるいは形成された表
面薄膜を電気接点の形成以前に取り除いていた。
それ故、電気接点の直下では処理が行われないこ
とになつていた。
光電装置において入射放射線にさらされる面を
保護するもう一つの方法として、入射放射線にさ
らされる感応領域に大きいバンドギヤツプを持つ
材料の薄膜を設けることが提案されている。こう
した技術は1979年１月２日登録の米国特許第
4132999号に開示されている。しかし、この技術
によると、電気接点が大きいバンドギヤツプ層を
貫通して赤外線に対して有感な材料に達し、その
為電気接点下が再び無保護の状態になる。更に他
の先行技術では、表面に高い濃度で不純物添加し
た材料の層を設けている。この方法は1979年１月
30日登録の米国特許第4137544号に開示されてい
る。しかしこの方法によつても、高濃度添加層は
電気接点の作用域の下まで達することはない。
更に他の試みがM.A.Kinch等によつて行はれ
ている（Infrared Physics、Vol.17PP.137−145、
1977）。こゝでは入射放射線は電気接点と接触し
ていない領域内、即ち、電気接点から幾何学的に
離れた領域内で吸収されるようにしている。こう
することによつて、入射放射線によつて発生した
少数キヤリヤは電気接点に到達するのにより長い
時間を要し、これによつて少数キヤリヤの平均寿
命が増大することになる。
赤外線光導電形検出器の場合、その動作は、よ
くスイープアウト・モードの呼ばれている形態で
行われることが多い。この場合、電気接点は半導
体材料上の極めて近接した位置に設けられてい
る。この動作モードでは、検出器にかけられた電
界によつて少数キヤリヤは非常に短時間の間に電
気接点へと移動する。電気接点へたどり着く時間
が非常に短ければ、検出器材料中で少数キヤリヤ
が死滅する可能性は大いに減少し、更に検出器表
面における少数キヤリヤ消滅の影響もまた減少す
る。電気接点における再結合によつて生ずる急速
な少数キヤリヤ消滅速度は概して赤外検出器の応
答性を制限し、かつ光導電形検出器がスイープア
ウトモードで動作する場合には特にその応答性に
著しい制限を加える結果となる。
この現象の重要性はこれまでの技術では一般に
確認されていなかつた。しかし、本発明によつて
電気接点直下における少数キヤリヤの消滅を低減
することがこれまで確認されていた以上に、検出
器応答性の向上に深く関係していることが発見さ
れた。
この問題解決のための試行としてY.J.
Shacham−DiamandおよびI.Kiron両者によるも
のが明らかにされている（Infrared Physics
Vol.21p.105、1981）。この試行は半導体に対する
電気接点の極めて近い所における少数キヤリヤの
再結合速度を落すことによつて検出器の応答性を
改善すると云うものである。即ち、陰極接点下に
おける少数キヤリヤ収集に対抗するビルト・イン
（封入）電界を造ることによつて応答性の改善を
行つている。このビルト・イン電界はHg1-xCdx
Te半導体中にドナーが拡散することによつて生
起し、接点下約２ミクロンの領域に電子濃度勾配
を形成する。この結果、検出器基材がｎ−形であ
れば接点下の領域はn+ -形となる。この試みによ
つて、検出器の応答性に多少の向上が見られたも
のゝ、この方法には本来的な欠陥がある。即ち、
加えたn+添加物が接点領域における少数キヤリ
ヤの寿命を減少させ、そのことが応答性に関して
系そのものを自己規制する結果となるからであ
る。更に、ビルト・イン電界はn+系添加物の溶
解度によつて制限を受け、これによつて少数キヤ
リヤの阻止能を低下させる結果を招いている。
このように、これまでの諸技術は、赤外検出器
の応答性向上のために、検出器基材内における少
数キヤリヤの消滅速度を低減したり、あるいは検
出器表面における少数キヤリヤ消滅防止を行つて
来たが、それらは検出器への電気接点形成に際し
て利用されていない。また、吸収される入射放射
線から距離を置くようにして電気接点を設けると
云う幾何学的構造によつて少数キヤリヤの寿命を
延す方法を取つた先行技術も知られている。しか
しながら、電気接点に到達する少数キヤリヤの消
滅速度を減少させて赤外検出器の応答性を改善す
る決定的手段を開示した先行技術はない。
〔発明の概要〕
本発明は半導体電磁放射線検出器の電気接点に
おいて、少数キヤリヤの消滅速度を低減すること
に関連した問題を効果的に解決するものである。
本発明は感光性半導体材料の平均キヤリヤ濃度に
大きな影響を与えることなく検出器に対する電気
接点において少数キヤリヤの消滅速度を減少させ
た検出器およびその製造方法を提供するものであ
る。本発明は電気接点直下の半導体材料に対し、
表面不活性化を施すことによつて完成されるもの
である。本発明では、赤外検出器材料の表面を処
理して表面からの少数キヤリヤを防止し、多数キ
ヤリヤの通路に対して大きな障壁を形成させない
ようにしている。この表面処理は検出器の表面上
で、少数キヤリヤを集める電気接点（必要によつ
ては両接点）下にもう一つの薄膜を形成すること
から成つている。この膜は検出器材料より大きい
エネルギーバンドギヤツプを有し、かつ検出器と
同じ導伝形を有する材料からなつている。即ち、
多数キヤリヤが電子であればｎ−形材料による膜
を、そして正孔である場合にはｐ−形材料を使用
する。次いで指定した接点領域内で表面に適切な
金属を被着させて大きいエネルギーバンドギヤツ
プ層に対してオーム接続を完全させる。
本発明の一実施例によれば、基板上に感光層と
して形成したほヾHg0.8Cd0.2Teの織成を有する
Hg1-xCdxTe光導電形赤外検出器に対し、Hg1-y
CdyTeなる領域を付加する。こゝで電気接点が設
けられる領域においては、ｙはｘよりも大きくす
る。Hgに対するCdの割合を大きくすると、材料
の価電子帯と導伝帯の間のエネルギーギヤツプが
増大する。光導電層、高エネルギーバンドギヤツ
プ層の両者はエピタキシヤル法により形成するこ
とが望ましく特に液相エピタキシヤルによつてｎ
−形に形成することが望ましい。ｘが0.2である
検出器では、ｙが0.21から0.30の範囲にある高エ
ネルギーバンドギヤツプを有する合金が良い結果
をもたらすことが解つた。
電気接点直下の高エネルギーバンドギヤツプ表
面層は少数キヤリヤを妨げるエネルギー障壁を作
り出す。しかし、これは電気接点から検出器材料
に向う多数キヤリヤの流れに対して大きな障壁を
構成するものではない。どちらの電気接点に少数
キヤリヤを集めるかによつて、陰極下の領域だけ
か、または陽極下の領域だけに高エネルギーバン
ドギヤツプ層を設ける必要がある。本発明によつ
て電気接点における少数キヤリヤの再結合速度が
減少し、少数キヤリヤの寿命を延し、更に検出器
の応答性が向上する。
以下の説明においてはHg1-xCdxTe半導体につ
いて本発明を説明するが、他の感光性半導体材
料、例えばInAsxSb1-x、InxG1-xSb、Pb1-xSnxTe
等を使用することができ、また当業者がすでに公
知の組立工程を本発明に適用できることは云うま
でもない。
以下図面を参照して本発明を詳述する。
〔実施例〕
赤外検出器の材料としては赤外放射線の範囲、
即ち0.8eV以下のエネルギーバンドギヤツプを有
する材料を用いる。この種の材料の例としては、
InAsxSb1-x、InxGa1-xSb、Pb1-xSnxTeHg1-xCdx
Te等が挙げられる。こゝでｘは所望の特性にと
つて適切であるように０と１の間の値を取る。こ
の種の材料を用いたものは真性検知器と称されて
いる。第２番目の種類としては、更に大きいエネ
ルギーバンドギヤツプを持つたもので、赤外放射
線に対する感度を与えるために不純物を添加した
材料を使用したものがある。この種の材料はガリ
ウムまたは金添加のシリコンを含み、不純物検出
器と称されている。本発明の説明にあたつては公
知の検出器材料Hg1-xCdxTeを特に参照すること
にする。
第１図に示す本発明の実施例に於いて、CdTe
基板１０はHg1-xCdxTeからなる検出器材料層１
２をその上部に備えている。この場合のｘは０よ
り大きく、１より小さい値を取り、代表的な検出
器では0.1と0.4の間になつている。層１２の厚さ
は約５×10-4cmから15×10-4cmであるのが一般的
である。また層１２の領域は検出器材料より大き
いエネルギーバンドギヤツプを持つもう一つの薄
膜１４によつて覆つてある。この薄膜１４は
Hg1-yCdyTeと云う対応組成を有し、ｙは層１２
のｘよりも大きく、膜厚はほヾ10-4cmから10-3cm
の間の厚さである。以下で詳述するように、層１
２、層１４は共に検出器基板１０上で液相エピタ
キシヤル技術による成長過程を経て生長させる。
次いて層１２，１４のいづれに対してもオーム接
続となる公知で適切な金属層１６を電気接点とし
て望ましい形で附着させる。図中の矢印の下方の
光作用領域には薄い表面不活性化層２０を形成す
る。最後に金属線（図示しない）をこの金属層１
６に接続する。
次に、第１図に示すHgCdTeを用いた検出器の
製造方法を第２Ａ図から第２Ｊ図を用いて説明す
る。
第２Ａ図に示すように、ｘ0.2であるHg1-x
CdxTeの第１の薄層１２を液相エピタキシヤル技
術によつてCdTe基板１０上に成長させる。この
技術による成長方法はすでに確立されていて、
Maciolek等による米国特許第3902924号（1975年
９月２日登録）に開示されている。この層は最終
的には厚さ約10-3cmの検出器感光層を形成するこ
とになる。次いで、第２の薄層１４を同じ方法で
第１の薄層上に成長させる。第２の層は、高エネ
ルギーバンドギヤツプを有する合金に対して、そ
の組成に於いて僅かに変更を加え、感光層と同じ
濃度まで不純物添加を行う。一実施例ではHg0.80
Cd0.20Teと言う組成の感光層１２に対して、その
上層１４をHg0.78Cd0.22Teと言う組成にした。
この段階で光導電素子は厚さ約５ミクロンの広
いエネルギーバンドギヤツプを有する材料からな
る最上部層１４を含む構造になる。次いで公知の
方法で表面を溶剤によつて洗浄し、更にHMDS
（ヘキサメチルジシリザイン）によつて処理し、
次のフオトレジストSC100（Hunt Chemical社製）
を使用したフオトリトグラフ工程（第２Ｂ図）に
適するように表面粘着度を増大させる。第１のフ
オトリトグラフ工程によつて電気接点の区画とし
てウエーハ上に領域30を確保する。次いでフオト
レジストを露光・現象し、ブロツク接点として指
定した特定領域の形にフオトレジストを取除く。
電気接点予定地以外の上部層を形成する高バン
ドギヤツプ材料を１％臭化メチル溶液によつてエ
ツチングし、除去する（第２Ｃ図）。次いてウエ
ーハを窒素ガス中で乾燥し、プラズマストリツピ
ング法によつてフオトレジストを除去する。
第２Ｄ図に示すように、これまでの工程によつ
て、ブロツキング層即ち高いバンドギヤツプエネ
ルギー層１４が電気接点領域として区画された領
域だけに残され、他の部分では層１２が露出する
ようになる。
第２Ｅ図に示す第２のフオトリトグラフ工程に
よつて、検出器自身の光導電領域を所定の形に区
画する。HMDSによる処理を行つた後、ウエー
ハの部位３２をフオトレジストSC450（Hunt
Chemical社製）によつてコートし、次いで露
光・現像する。現像済みフオトレジストをエツチ
し、次いで１％臭化メチルに浸漬して洗浄する。
次いでプラズマストリツプ法によつてフオトレジ
ストを除去する。これまでの工程によつて第２Ｆ
図に示す構造が得られ、感光層１２は電気接点間
の領域だけ残るようになる。
残された工程は検出器に電気接点を実際に設け
る工程と、検出器の感光領域に対する表面不活性
化工程である。第２Ｇ図に示すように、第３のフ
オトリトグラフ工程では、フオトレジスト
AZ1375をかけた後乾燥箱中で乾燥し、次いで露
光、現像、洗浄の諸処理を行い、更にフオトレジ
ストAZ1375の層を追加して、焼付、露光、現像
を行う。
こゝまでの処理によつて、光導電形検出器全体
は、オーム接点形成用金属の付着用に開けた場所
以外で、参照番号34（第２Ｇ図）によつて示すフ
オトレジスト層によつて覆れる。表面に対して約
3300〓厚にインジユームを蒸着させ、次いでアセ
トンに浸漬する。これによつて第２Ｈ図に示すよ
うに、オーム接点予定地にインジユーム層１６が
形成される。
次いで最後のフオトレジスト工程（第２Ｉ図）
をAZ1375を用いて実行し、感光作用領域に対す
る表面不活性化処理としてZnSを付着させるため
に感光作用領域を開けるようにしてフオトレジス
トを現像する。第２Ｊ図の部位２０に対して、公
知のRFスパツタ技術によつて最初150Wで約750
〓を、次いで250Wで約750〓、計約1500〓のZnS
を付着させる。次に、普通の仕方で金属リードを
取り付け、検出器が完成する（第２Ｊ図）。
これまで述べた工程では両オーム接点とも、そ
の下に高いエネルギーバンドギヤツプを有する層
１４を備える形を取つて来た。しかし、第１図に
関連して説明したように、不活性化は少数キヤリ
ヤ（この例では正孔・電子対の正孔）を引きつけ
る電極に対してのみ施せばよく、したがつて両接
点の下には必要ではないことを理解しなければな
らない。しかしながら、層１４は多数キヤリヤの
流入を阻止妨害するものではないから、検出器の
組立、利用を促進する点から見れば両接点下に高
いエネルギーバンドギヤツプの層を設けることの
方が望ましい。勿論当業者の知るところに従つ
て、他の方法で試行されることは可能である。
本発明による半導体電磁放射線検出器が他の公
知の工程によつて作り得るものであることは否定
しない。例えば、先に述べた液相エピタキシヤル
成長過程に加えて、気相エピタキシヤル技術によ
つて半導体層、半導体領域を形成することも可能
であろう。更に真空蒸着、イオン注入等を含む工
程を利用することも可能であることは言うまでも
ない。
前述の実施例で用いた半導体材料Hg1-xCdxTe
に加えて、他の公知材料としてはInAsxSb1-x、
InxGa1-xSbおよびPb1-xSnxTe等が使用可能であ
る。これら他の材料に対する処理および化合物の
使用方法は当業者にとつては公知のものである。
上述の諸工程によつて作られた第１図に示す構
造を持つ検出器の応答特性Rλを第３図に示す。
曲線Ａは、従来の検出器と同様、少数キヤリヤが
抑制されないように、高バンドギヤツプ層を正に
バイアスした場合の特性である。曲線Ｂ本発明に
よる場合の特性で、少数キヤリヤを抑止するよう
にリードを逆にした場合のものである。この特性
を取つた時の条件は以下の通りである。
T黒体 1000ケルビン 周波数 2KHz 検出器抵抗 70オーム 検出器温度 90K HRMS 1.5×10-4ワツト／cm2 検出面積 3.18×10-5cm2 光導電層 ｘ＝0.20 ブロツク層 ｙ＝0.22 〔発明の効果〕 このグラフから解るように、負バイアスした接
点が第２の高バンドギヤツプ層を含まない場合
（即ち、オーミツクである場合）に較べて、それ
を含んでる場合（即ちブロツク状態にある場合）
の応答特性Rλははるかに高められる。下の曲線
Ａでは、低いバイアス電界に於いて、7kV／Ｗの
辺でRλに飽和現象が見られる。一方曲線Ｂから
解るように、本発明による検出器の場合、
70kV／Ｗを越えても、Rλは依然として増加して
いる。
これ等の結果は、本発明による多層光導電形検
出器によつてRλの向上がもたらされることを示
している点で最も重要である。約20V／cmのバイ
アス電界を用いることによつて、応答特性は10倍
に増加することが解る。
以上説明したように、本発明によれば電気接点
における少数キヤリヤの再結合割合を低減し、多
数キヤリヤの流れに障害を与えたり、少数キヤリ
ヤに対する障壁が多数キヤリヤ濃度の増加を求め
るものでないから半導体材料の平均キヤリヤ濃度
を大きく増加させたりすることなく、良好な応答
特性を持つ赤外検出器が得られる。
当業者が本発明を種々変形した形で実施し得る
ことは明らかである。したがつてこれまで説明し
た実施例が本発明を限定するものではないことを
明記すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による検出器の断面図、第２Ａ
図乃至第２Ｊ図は本発明による検出器の一実施例
を製造するための工程例を示す図、第３図は本発
明によつて作られた第１図に示す検出器と同様な
Hg1-xCdxTe検出器の改善された応答特性を示す
グラフである。 １０……基板、１２……第１薄層、１４……第
２薄層、１６……金属層、２０……不活性化膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 基板と；この基板上に形成され、所与の導電
    形で第１のエネルギーバンドギヤツプを有して電
    磁放射線を感知できる半導体材料の第１の半導体
    層と；この第１の半導体層との電気的交信を可能
    にする一対のオーム接続接点手段と；前記第１の
    半導体層と同じ導電形であるが、前記第１のエネ
    ルギーバンドギヤツプより大きい第２のエネルギ
    ーバンドギヤツプを有する半導体材料の第２の半
    導体層であつて、前記一対のオーム接続接点手段
    のうち、少くとも、少数キヤリアを前記第１の半
    導体層から引きつける一方のオーム接続接点手段
    の下において、前記第１の半導体層上に形成され
    ている第２の半導体層とを備えた半導体装置。 ２ 一対のオーム接続接点手段を有する半導体装
    置の製造方法であつて、所与の導電形で第１のエ
    ネルギーバンドギヤツプを有して電磁放射線を感
    知できる半導体材料の第１の半導体層を適当な基
    板上に形成する工程と；この第１の半導体層と同
    じ導電形であるが、前記第１のエネルギーバンド
    ギヤツプより大きい第２のエネルギーバンドギヤ
    ツプを有する半導体材料の第２の半導体層を、前
    記第１の半導体層の領域中、前記一対のオーム接
    続接点手段の少くとも一方が形成されるべき領域
    部分に加える工程と；前記第１の半導体層との電
    気的交信を可能にする一対のオーム接続接点手段
    であつて、このオーム接続接点手段の前記少なく
    とも一方は前記第２の半導体層を介して前記第１
    の半導体層から少数キヤリアを引きつけるもので
    ある一対のオーム接続接点手段を形成する工程と
    を備えた、半導体装置の製造方法。
JP58056763A 1982-03-31 1983-03-31 半導体装置およびその製造方法 Granted JPS58202579A (ja)

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