JPH0732263B2 - ヘテロ接合フォトダイオードアレイ - Google Patents

ヘテロ接合フォトダイオードアレイ

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JPH0732263B2
JPH0732263B2 JP2174629A JP17462990A JPH0732263B2 JP H0732263 B2 JPH0732263 B2 JP H0732263B2 JP 2174629 A JP2174629 A JP 2174629A JP 17462990 A JP17462990 A JP 17462990A JP H0732263 B2 JPH0732263 B2 JP H0732263B2
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ジョセフ・ピー・ロスベック
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般に放射線検出器に関し、特に、幅の広いバ
ンドギャップの、組成が傾斜変化された、即ち、傾斜し
た組成を有するエピタキシ上部層内に完全に形成された
注入または拡散されたｐ−ｎ接合を含む傾斜変化され
た、即ち、傾斜した組成を有するII-VI群材料から構成
されている赤外線検出アレイに関する。
［従来の技術］ イオン注入技術によって形成されたｐ−ｎ接合を有する
光起電（PV）HgCdTe放射線検出アレイの通常の型は、幾
つかの問題があることが知られている。
［発明の解決すべき課題］ １つの問題は、ヘテロ接合がなく、したがってRoAの値
が低いことである。別の問題は、高熱焼成の安定性が乏
しいことおよび高接合キャパシタに関する。イオン注入
でない接合から成るアレイに対しては、アレイにわたっ
て再生およびフォトダイオード均一性は、一般に最適で
はない。さらにヘテロ接合装置から成る通常のアレイ
は、材料のバンドギャップに関する電気的接合位置の正
確な制御ができないので、最適な装置を形成することは
困難である。
［課題解決のための手段］ 前記問題は、本発明により、第１の表面を有する組成的
に傾斜変化された放射線吸収ベース層を含む光起電放射
線検出器のアレイによって克服され、その他の利点が得
られる。ベース層は放射線を吸収し、それから電荷キャ
リアを発生する。アレイはさらに、放射線吸収ベース層
の第２の表面を被覆する上部層を含む。上部層は、第２
の表面からの距離の関数によって幅が増加するバンドギ
ャップを有する組成的に傾斜変化された層である。本発
明にしたがってアレイは、幅の広いバンドギャップの上
部層の上面をとおって実質的に完全に上部層内に形成さ
れた複数のイオン注入または拡散された領域を有する。
各領域は、上部層の取囲む材料および、または下にある
ベース層とｐ−ｎ接合を形成するために選択された化学
的物質によって、注入または拡散される。各領域は、ベ
ース層内に部分的に延在する溝または堀構造によって隣
接する領域から分離される。
放射線を受けるフォトダイオードアレイの製造の本発明
の１つの方法によれば、（ａ）ｐ型Hg1-xCdxTeから成る
組成的に傾斜変化された放射線吸収ベース層を設け、
（ｂ）ベース層の上面上の組成的に傾斜変化された上部
層を形成するステップが提供される。組成的に傾斜変化
された上部層はベース層の上面に隣接するｐ型Hg1-xCdx
Teを有し、上部層のバンドギャップがベース層の上面か
らの距離の関数として増加するように変化可能な組成で
形成される。さらに、この方法は領域が複数のｐ−ｎダ
イオード接合を形成するために、上部層の上面を通し
て、上部層内に実質的に完全に含まれるごとく形成され
た複数のｎ型領域をイオン注入または拡散によって形成
するステップを含む。
［実施例］ 第１図および第２図は、それぞれ放射線検出アレイ10の
上面図および断面図を示す。第１図および第２図は、実
際の尺度とは異なって描かれている。アレイ10はII-VI
族材料から成り、HgCdTeから成る放射線吸収層を有する
特定の実施例が以下において詳細に説明される。本発明
が、その他の材料から成るアレイおよびIII-V族材料の
ようなその他の族の材料に適用できることは、明確に理
解されるべきである。さらに、第１図および第２図は背
面から照射される４個の光起電検出器を具備する２次元
アレイを示すが、本発明はまた、単一の検出器および４
個より大きいまたは小さい数の検出器を具備する１次元
および２次元アレイにも適用される。本発明はまた、前
面照射アレイにも適用されることができる。
第１図および第２図を参照にすると、アレイ10は基体12
を含むことが示されている。基体12は赤外線を入射する
ために実質的に透明であり、電気的絶縁体である。例え
ば基体12は、全体で約900ミクロンの厚さを有するCdZnT
eから成る。基体12の上には放射線を吸収するベース層1
4があり、それは基体12と接触する下面14aと上面14bと
を有する。ベース層14はｐ型Hg1-xCdxTeから成り、ｘは
表面14aで約0.6乃至0.8の値であり、表面14bの方向に傾
斜的に減少し、表面14bにおけるｘの値は長波長放射線
用に約0.2、中波長放射線用に約0.3、短波長放射線用に
約0.4である。ベース層14のエネルギバンドギャップ
は、所望の最終的なエネルギバンドギャップの値がベー
ス層14の材料の数ミクロン上方をわたって漸近的に接近
されるように表面14bが接近されるにつれて、幅が非線
形的に減少する。ベース層14は、約15ミクロンの厚さを
有する。
放射線吸収層14の上には、次第に変化される組成のHg
1-xCdxTeの上部層16がある。これは、上面16aでHg1-xCd
xTe、HgCdTe、Cd1-yZnyTe、またはその化合物から成る
幅の広いバンドギャップ材料に組成的に次第に変化され
る。例えば上部層16は、表面14bでｘが約0.4以下のHg
1-xCdxTeから、上面16aにおけるｘの値約1.0のようにCd
Teの組成において変化する。そのようにして上部層16の
エネルギバンドギャップは、表面14bからの距離の関数
として、表面16aに接近するにつれて幅が増加する。層1
4の上部部分と比較して幅の広いバンドギャップの上部
層16は、高品質の表面パッシベーションの層として機能
する。上部層16は、通常約１乃至２ミクロンの厚さを有
する。格子整合は必要とされないが、Cd1-yZnyTeから成
る上部層はｙを約0.04とすることによってHgCdTeに格子
整合されることができる。格子整合された上部層16は、
CdZnTe/HgCdTe境界面で無秩序性を減少するという利点
を有する。上部層16は、第２図において示されるように
ｐ型材料から成ることができる。
本発明にしたがって、幅の広いバンドギャップの上部層
16内にｐ−ｎフォトダイオード接合が形成される。材料
のバンドギャップと比較して接合の正確な位置は、RoA
と量子効率の両方を最適にするように制御される。ゆえ
に、さらに本発明にしたがってアレイ10は、フォトダイ
オードｐ−ｎ接合18aを形成するために、イオン注入ま
たは拡散されたｎ型領域18を上部層16内に含む。領域18
との電気的接触において、接合18aのそれぞれと結合す
る金属接触部20は外部の読出し回路（図示せず）に接触
される。硼素は上部層16の表面内に注入するための適当
な化学的物質の１つであり、インジウムは適当なｎ型拡
散物質である。
注入または拡散の深さは、領域18の最大の深さが実質的
に上部層16の厚さと等しくなるように処理中に制御さ
れ、その結果、領域18は実質的に上部層16の幅の広いバ
ンドギャップ材料内に完全に含まれ、ｐ−ｎ接合は表面
14bに本質的に配置される。
本発明の放射線検出器においてチャンネル22は、個々の
フォトダイオードの間の漏話を実質的に阻止するため
に、組成的に次第に変化されるｐ型ベース層14の中へ部
分的にエッチングされる。チャンネル22は、接合18aの
近くで波長の長いHgCdTe材料において主として発生され
る光の隣接する接合に横から拡散するのを物理的に阻止
するように動作する。示されるようにチャンネル22は、
上部層16の堆積の前にエッチングされ、その結果チャン
ネル22の露出された表面もまたパッシベーションされ
る。チャンネル22の深さは通常２乃至４ミクロンであ
り、幅は通常深さに等しいかまたはいくぶん広い。
動作において、背面から照明される装置に対して、赤外
線は透明で電気絶縁基体12に入射され、それを通過し、
導電性ｐ型ベース層14内に吸収される。吸収された放射
線は電子ホール対を発生し、少数のキャリアの電子はｎ
領域18とベース層14の間に接続される外部回路（図示せ
ず）において電流を生成するためにｐ−ｎ接合18aに向
かって拡散する。
第１図および第２図において示されているアレイ構成
は、前述の通常の装置にまさる重要な利点を示し、接合
18aは完全なパッシベーションのような機能もする前記
の実質的に幅の広いバンドギャップの上部層16内に配置
される。イオン注入または拡散の深さは、量子効率を著
しく減少せずに接合の暗漏洩電流を最小限にするよう
に、電気的接合エッジを位置させるように制御される。
この装置は、一定のバンドギャップベース層に注入また
は拡散された通常の接合以上の幾つかの利点を有する。
特に、幅の広いバンドギャップ材料内に接合の一方の側
を形成することによって漏洩電流は減少され、ダイオー
ドインピーダンスは増加される。また、上部層のバンド
ギャップが装置の外面で事実上幅が広いので（例えばCd
Teのとき1.6eV）、上部層はダイオードの漏洩電流を減
少し上昇した熱蓄積中の安定性を改良している普通のパ
ッシベーションを形成する。
本発明にしたがって、接合18aを形成するためのイオン
注入または拡散の使用は、接合の均一性を改良する。電
気的接合が対応する光学的接合より小さいので、本発明
はまた接合の容量を減少させる。
内部拡散された上部層16は、多数の処理方法によって生
成され得る。１つの適当な処理方法は、ベース層14に焼
きなまされたCdTeの内部拡散を含む。その他の適当な処
理方法は、上部層のLPE,MBE,またはMOCVD成長を含む。
さらにその他の適当な処理方法は、ベース層14内へのCd
および／またはZnの拡散を含む。ベース層14もまた、LP
E,MBE,またはMOCVDによって形成されることができる。
しかしながら、ベースおよび上部層の組成的変化が、VP
E,MOCVD成長技術によって最もよく実行されることは注
意すべきである。適当にパターン化されたマスクを介す
るウェット化学的エッチングは、チャンネル22を生成す
るのに使用されることが好ましい。注入または拡散され
た接合はまた、適当な窓を設けたマスクを介して形成さ
れる。その後の金属化段階は、個々のダイオードが適当
な読出し回路に結合されることができるように実行され
る。
本発明にしたがって構成された装置のアレイは、通常の
注入されたアレイと比較して以下のような特性レベルを
示す。4.5ミクロンのカットオフ装置用195KにおけるRoA
jは５ボルトの降伏電圧で60オーム−cm2であり、一方通
常の装置は１ボルトの降伏電圧で10オーム−cm2を示
す。100mVの逆バイアスおよび1Hzでの1/fノイズは、通
常の装置の場合10-4V/Hzに対して10-5V/Hzである。120K
におけるRoAjは、通常の装置の２×104オーム−cm2に対
して約２×106オーム−cm2である。さらに、焼成の安定
性は通常の装置より改良される。
本発明は好ましい実施例に関して特に説明されている
が、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、形成およ
び詳細における変化は当業者によって理解されるであろ
う。例えば、ベース層がｎ型材料であることができ、上
部層内の領域がｐ型材料であることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明にしたがって構成された放射線検出器
のアレイの上面図である。 第２図は、第１図の線２−２に沿った断面図である。 10……放射線検出アレイ、12……基体、14……ベース
層、16……上部層、18……ｎ型領域、20……金属接触
部、22……チャンネル。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の表面と第１の導電型を有し、放射線
    を吸収して電荷キャリアを発生すると共に、エネルギバ
    ンドギャップ幅が前記第１の表面からの距離の関数とし
    て減少する傾斜した組成を有する放射線吸収ベース層
    と、 前記ベース層の第２の表面上に形成され、傾斜した組成
    を有する層からなると共に、エネルギバンドギャップ幅
    が前記第２の表面からの距離の関数として増加する上部
    層と、 前記上部層の上面を通して実質的に完全に前記上部層内
    に形成され、前記上部層の取り囲む材料および／または
    下にある前記ベース層とｐ−ｎ接合を形成し、前記電荷
    キャリアを収集する前記ベース層と反対導電型の複数の
    領域とからなる光起電力放射線検出器のアレイ。
  2. 【請求項２】前記ベース層はｐ型Hg1-xCdxTeからなり、
    前記上部層はHg1-xCdxTeからCdTe,Hg1-xCdxTe,HgCdZnT
    e,またはその組み合わせに組成的に変化し、前記複数の
    領域はｎ型である請求項１記載のアレイ。
  3. 【請求項３】前記ベース層は、ｘが前記第１の表面で約
    0.6乃至0.8に等しく、前記第２の表面で約0.4以下であ
    るような傾斜した組成を有する請求項２記載のアレイ。
  4. 【請求項４】前記上部層のｘの値は前記ベース層の前記
    第２の表面に隣接したところで約0.4より小さい請求項
    ３記載のアレイ。
  5. 【請求項５】予め定められた深さで前記ｐ−ｎ接合の個
    々の間に前記ベース層の前記第２の表面内に形成された
    複数のチャンネル領域を含む請求項１記載のアレイ。
  6. 【請求項６】前記予め定められた深さは、１つの前記ｐ
    −ｎ接合に隣接する前記ベース層の部分から他の前記ｐ
    −ｎ接合に隣接する前記ベース層の他の部分へ前記電荷
    キャリアが横方向に拡散するのを実質的に阻止するのに
    充分である請求項５記載のアレイ。
  7. 【請求項７】前記上部層は前記チャンネル領域の露出さ
    れた表面上に形成されている請求項６記載のアレイ。
  8. 【請求項８】前記ベース層の前記第１の表面の下にある
    上面と赤外線を入射させるための底面とを有する実質的
    に透明で電気的に絶縁性の基体を含む請求項１記載のア
    レイ。
  9. 【請求項９】前記基体はCdZnTeからなる請求項８記載の
    アレイ。
  10. 【請求項１０】所定の波長の放射線に対して実質的に透
    明な基体と、 放射線を入射させるための前記基体の表面上に形成され
    た第１の表面を有し、前記放射線を吸収し電荷キャリア
    を発生すると共に、ｘが前記第１の表面で約0.6乃至0.8
    に等しく、第２の表面で約0.4以下の傾斜した組成を有
    するHg1-xCdxTeからなる放射線吸収ベース層と、 前記ベース層の前記第２の表面上に形成され、ｘがその
    底面における約0.4以下のHg1-xCdxTeから上面におけるC
    dTe,Hg1-xCdxTe,HgCdZnTe,またはその組み合わせに組成
    的に変化し、エネルギバンドギャップ幅が前記ベース層
    の前記第２の表面からの距離の関数として増加し、傾斜
    した組成を有する上部層と、 前記上部層の上面を通して実質的に完全に前記上部層内
    に形成され、前記上部層の取り囲む材料および／または
    下にある前記ベース層とｐ−ｎ接合を形成し、前記電荷
    キャリアを収集する複数のイオン注入されたｎ型領域
    と、 前記ベース層の前記第２の表面内で予め定められた深さ
    を有し、前記ｐ−ｎ接合の個々の間に配置された複数の
    チャンネル領域とからなる光起電力放射線検出器のアレ
    イ。
JP2174629A 1989-07-03 1990-07-03 ヘテロ接合フォトダイオードアレイ Expired - Lifetime JPH0732263B2 (ja)

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US07/375,229 US4961098A (en) 1989-07-03 1989-07-03 Heterojunction photodiode array
US375,229 1989-07-03

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JPH0346279A JPH0346279A (ja) 1991-02-27
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EP (1) EP0406696B1 (ja)
JP (1) JPH0732263B2 (ja)
DE (1) DE69005048T2 (ja)
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