JPS6143647B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6143647B2 JPS6143647B2 JP56091379A JP9137981A JPS6143647B2 JP S6143647 B2 JPS6143647 B2 JP S6143647B2 JP 56091379 A JP56091379 A JP 56091379A JP 9137981 A JP9137981 A JP 9137981A JP S6143647 B2 JPS6143647 B2 JP S6143647B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- surface layer
- substrate
- quasi
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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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
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、金属〜絶縁物〜半導体ダイオード
（以下MISダイオードと略称する）を基本構造と
する赤外線検知素子に係り、特に半導体内でのキ
ヤリアのクロストークを防ぐための結合層を、多
元半導体の組成の相意によつて生じるヘテロ接合
の構成によつて形成して、再結合層のみに特別に
不純物を添加することなく実現できる赤外線検知
素子の構造に関するものである。
（以下MISダイオードと略称する）を基本構造と
する赤外線検知素子に係り、特に半導体内でのキ
ヤリアのクロストークを防ぐための結合層を、多
元半導体の組成の相意によつて生じるヘテロ接合
の構成によつて形成して、再結合層のみに特別に
不純物を添加することなく実現できる赤外線検知
素子の構造に関するものである。
可視光用のMIS構造の光検知器においては第１
図に示されているように、絶縁膜５直下のたとえ
ばシリコンなどを材料とする半導体基板１のうち
の表層部３をたとえばｐ形にしておき、該基板の
表層部３の下側の深層部２に高濃度の不純物をド
ープしておいて、長波長の光がこの基板１の深層
部にまで透過しキヤリアを発生しても直ちに再結
合するようになされている。もしこのような再結
合層が形成されていないと、発生したキヤリアは
基板半導体中を拡散し、端子７を介して電極６に
印加されるたとえば正の電圧によつて表層部３に
形成された電位の井戸（以下単に井戸と称する）
８中に混入して井戸中電荷とまざり合いクロスト
ークを生じて分解能を損なう原因となる。
図に示されているように、絶縁膜５直下のたとえ
ばシリコンなどを材料とする半導体基板１のうち
の表層部３をたとえばｐ形にしておき、該基板の
表層部３の下側の深層部２に高濃度の不純物をド
ープしておいて、長波長の光がこの基板１の深層
部にまで透過しキヤリアを発生しても直ちに再結
合するようになされている。もしこのような再結
合層が形成されていないと、発生したキヤリアは
基板半導体中を拡散し、端子７を介して電極６に
印加されるたとえば正の電圧によつて表層部３に
形成された電位の井戸（以下単に井戸と称する）
８中に混入して井戸中電荷とまざり合いクロスト
ークを生じて分解能を損なう原因となる。
またMISダイオードを基本構造とするデバイス
の代表的な例である電荷注入デバイス（以下CID
と略称する）においては、絶縁膜直下の基板に注
入されたキヤリアが短時間のうちに再結合によつ
て消滅しないということがあれば周波数応答特性
が劣化する。
の代表的な例である電荷注入デバイス（以下CID
と略称する）においては、絶縁膜直下の基板に注
入されたキヤリアが短時間のうちに再結合によつ
て消滅しないということがあれば周波数応答特性
が劣化する。
このように可視光用のMIS構造の光検知器では
不純物の拡散によつて深層部２として示した再結
合層を形成しうるので何ら問題は生じない。しか
し、対象が赤外線検知用のMIS構成体において
は、このような構造をとることが極めて困難であ
る。その理由は赤外線検知素子の半導体材料とし
ては狭い制帯幅の多元半導体が用いられるのであ
るが、このような多元半導体においては一般に不
純物の拡散係数が非常に大きく、再結合層の高濃
度不純物が表層部３にまで直ちに拡散して来てし
まう。そのために充分な再結合が果される程度に
再結合層を構成すると共に表層部３の厚みを薄く
することが困難であつた。
不純物の拡散によつて深層部２として示した再結
合層を形成しうるので何ら問題は生じない。しか
し、対象が赤外線検知用のMIS構成体において
は、このような構造をとることが極めて困難であ
る。その理由は赤外線検知素子の半導体材料とし
ては狭い制帯幅の多元半導体が用いられるのであ
るが、このような多元半導体においては一般に不
純物の拡散係数が非常に大きく、再結合層の高濃
度不純物が表層部３にまで直ちに拡散して来てし
まう。そのために充分な再結合が果される程度に
再結合層を構成すると共に表層部３の厚みを薄く
することが困難であつた。
本発明はこうした欠点に鑑みてなされたもので
多元半導体を基板として、MISダイオードを基本
構造とする赤外線検知素子において、上記半導体
基板に組成によつて半導体〜準金属遷移が起こる
多元半導体のヘテロ接合を形成すると共に、該ヘ
テロ接合によつて分離される上記半導体基板の表
層部を狭禁制帯幅の多元半導体とし、該表層部と
接する深層部を準金属層とすることによつて、該
準金属層でキヤリアの再結合を行わしめるように
したことを特徴とする赤外線検知器を提供せんと
するものであつて第２図以下の図面を用いて詳記
する。
多元半導体を基板として、MISダイオードを基本
構造とする赤外線検知素子において、上記半導体
基板に組成によつて半導体〜準金属遷移が起こる
多元半導体のヘテロ接合を形成すると共に、該ヘ
テロ接合によつて分離される上記半導体基板の表
層部を狭禁制帯幅の多元半導体とし、該表層部と
接する深層部を準金属層とすることによつて、該
準金属層でキヤリアの再結合を行わしめるように
したことを特徴とする赤外線検知器を提供せんと
するものであつて第２図以下の図面を用いて詳記
する。
第２図は本発明に係る赤外線検知素子の１実施
例を示したものであつて第１図と同等部位には同
一符号を付して示してある。こうした赤外線検知
素子を作るには、まずカドミウムテルル
（CdTe）を材料とするエピタキシヤル成長基板
９の上に、準金属のHg0.9Cd0.1Teからなる層す
なわち深層部４を例えば５μｍの厚さにエピタキ
シヤル成長させる。そしてその上に禁制帯幅が
0.25evのHg0.7Cd0.3Teからなる層すなわち表層部
３を例えば10μｍ程度やはりエピタキシヤル成長
させる。
例を示したものであつて第１図と同等部位には同
一符号を付して示してある。こうした赤外線検知
素子を作るには、まずカドミウムテルル
（CdTe）を材料とするエピタキシヤル成長基板
９の上に、準金属のHg0.9Cd0.1Teからなる層す
なわち深層部４を例えば５μｍの厚さにエピタキ
シヤル成長させる。そしてその上に禁制帯幅が
0.25evのHg0.7Cd0.3Teからなる層すなわち表層部
３を例えば10μｍ程度やはりエピタキシヤル成長
させる。
このようにしてエピタキシヤル成長基板９の上
に準金属の深層部４ならびに狭禁制帯幅の表層部
３が成長したものを例えば水銀雰囲気中において
400℃の温度で熱処理を行う。３として示した表
層部（Hg0.7Cd0.3Te）にはメタルサイトの空格
子点が例えば２×1015cm-3の密度で生じて平衡状
態に達する。ちなみに上記メタルサイトの空格子
点はアクセプタ不純物として働くものである。
に準金属の深層部４ならびに狭禁制帯幅の表層部
３が成長したものを例えば水銀雰囲気中において
400℃の温度で熱処理を行う。３として示した表
層部（Hg0.7Cd0.3Te）にはメタルサイトの空格
子点が例えば２×1015cm-3の密度で生じて平衡状
態に達する。ちなみに上記メタルサイトの空格子
点はアクセプタ不純物として働くものである。
したがつて上記の深層部４および表層部３をエ
ピタキシヤル技術を用いて成長させて行く途上で
外来の不純物をドープしないと、表層部３の正身
の不純物濃度はＮA−ＮD＝２×1015cm-3となる。
ただしＮDはドナー濃度、ＮAはアクセプタ濃度で
ある。
ピタキシヤル技術を用いて成長させて行く途上で
外来の不純物をドープしないと、表層部３の正身
の不純物濃度はＮA−ＮD＝２×1015cm-3となる。
ただしＮDはドナー濃度、ＮAはアクセプタ濃度で
ある。
このようにして深層部４ならびに表層部３はそ
れぞれ準金属層および低不純物濃度のｐ型半導体
層となるのであるが、言うまでもなくこの準金属
層で形成された深層部４が再結合層となる。
れぞれ準金属層および低不純物濃度のｐ型半導体
層となるのであるが、言うまでもなくこの準金属
層で形成された深層部４が再結合層となる。
このようにしてCdTe基板９の上に深層部４お
よび表層部３を成長させたものの上に絶縁膜５を
配設し、更にその上に透光性の例えばニツケル
（Ni）などを200Å程度に蒸着して電極６を設け
れば光検知性のMISダイオードができ上がる。た
だしこの赤外線検知器において光検知部分でない
個所には例えばアルミニウム（Al）8000Å程度
形成すれば遮光が可能となる。
よび表層部３を成長させたものの上に絶縁膜５を
配設し、更にその上に透光性の例えばニツケル
（Ni）などを200Å程度に蒸着して電極６を設け
れば光検知性のMISダイオードができ上がる。た
だしこの赤外線検知器において光検知部分でない
個所には例えばアルミニウム（Al）8000Å程度
形成すれば遮光が可能となる。
第３図ａはこのようにして作られたMISダイオ
ードの導電性電極の電位面１１を下げて絶縁膜５
の半導体側に反転層１３すなわち電位の井戸を設
け光電変換によつて生じたキヤリア（この場合は
電子）を該井戸に蓄積している状態のバンドダイ
ヤグラムを示す。
ードの導電性電極の電位面１１を下げて絶縁膜５
の半導体側に反転層１３すなわち電位の井戸を設
け光電変換によつて生じたキヤリア（この場合は
電子）を該井戸に蓄積している状態のバンドダイ
ヤグラムを示す。
これに対して第３図ｂは、今まで引き下げられ
ていた電位面１１を上げて絶縁膜の半導体側に累
積層１５を作るのであるが、この場合上記キヤリ
アは半導体表面に生じた電位の坂によつて矢印イ
で示したように右方向へ押しやられる。これがキ
ヤリアの基板への注入である。ところが表層部３
の右端は深層部４に隣接して電位の坂を形成して
いるので、矢印ロで示したように上記キヤリアは
深層部４中に流入する。ところがこの深層部４は
前記のように準金属層で形成されているので上記
キヤリア（電子）は矢印ハで示したように極性が
逆のキヤリア（正孔）と再結合して消滅する。な
お第３図中のＥCは伝導帯の底、ＥVは価電子帯の
頂部、またＥFはフエルミレベルである。
ていた電位面１１を上げて絶縁膜の半導体側に累
積層１５を作るのであるが、この場合上記キヤリ
アは半導体表面に生じた電位の坂によつて矢印イ
で示したように右方向へ押しやられる。これがキ
ヤリアの基板への注入である。ところが表層部３
の右端は深層部４に隣接して電位の坂を形成して
いるので、矢印ロで示したように上記キヤリアは
深層部４中に流入する。ところがこの深層部４は
前記のように準金属層で形成されているので上記
キヤリア（電子）は矢印ハで示したように極性が
逆のキヤリア（正孔）と再結合して消滅する。な
お第３図中のＥCは伝導帯の底、ＥVは価電子帯の
頂部、またＥFはフエルミレベルである。
以上では表層部３を形成する多元半導体がｐ型
の場合について述べた。この表層部３を形成する
多元半導体をｐ型となしたのは前記したアクセプ
タとして働くメタルサイトの空格子点の濃度を高
くした結果であつた。
の場合について述べた。この表層部３を形成する
多元半導体をｐ型となしたのは前記したアクセプ
タとして働くメタルサイトの空格子点の濃度を高
くした結果であつた。
ところが上記の多元半導体としてはｎ型の場合
も考えられ、また実際にｎ型にすることもでき
る。それにはドーピングを行う不純物として例え
ばアルミニウム（Al）またはインジウム（In）を
用いることである。かくすればAlあるいはInは
HgCdTe中でドナーとして働くために上記の多元
半導体で構成された表層部３中においてフエルミ
レベルＥFは伝導帯の底ＥCに近づいて該表層部３
をｎ型にする。ただし深層部４は最初から準金属
であるために上記のような導電型の反転を起こす
ことはなく、この場合にも準金属として働く。
も考えられ、また実際にｎ型にすることもでき
る。それにはドーピングを行う不純物として例え
ばアルミニウム（Al）またはインジウム（In）を
用いることである。かくすればAlあるいはInは
HgCdTe中でドナーとして働くために上記の多元
半導体で構成された表層部３中においてフエルミ
レベルＥFは伝導帯の底ＥCに近づいて該表層部３
をｎ型にする。ただし深層部４は最初から準金属
であるために上記のような導電型の反転を起こす
ことはなく、この場合にも準金属として働く。
第４図ａはこのようにして作られたｎ型の多元
半導体を表層部３とするMISダイオードの導電性
電極の電位面１１を引き上げて絶縁膜５の半導体
側に反転層１３すなわち電位の井戸を設け、光電
変換によつて生じたキヤリア（この場合は正孔）
を該井戸中に蓄積している状態のバンドダイヤグ
ラムを示す。
半導体を表層部３とするMISダイオードの導電性
電極の電位面１１を引き上げて絶縁膜５の半導体
側に反転層１３すなわち電位の井戸を設け、光電
変換によつて生じたキヤリア（この場合は正孔）
を該井戸中に蓄積している状態のバンドダイヤグ
ラムを示す。
これに対して第４図ｂは、今まで引き上げられ
ていた電位面１１を下げて、絶縁膜の半導体側に
累積層１５を作るのであるがこの場合上記キヤリ
アは半導体表面に生じた電位の坂によつて矢印イ
で示した方向右へ押しやられ、ここにキヤリアの
基板への注入が行われる。ところが表層部３の右
端は準金属であるために禁制帯幅が描き得ない深
層部４に隣接して電位の坂を形成しているので、
矢印ロで示したように上記キヤリアは深層部４中
に流入し、そして矢印ハで示したように極性が逆
のキヤリアすなわち電子と再結合して消滅する。
ていた電位面１１を下げて、絶縁膜の半導体側に
累積層１５を作るのであるがこの場合上記キヤリ
アは半導体表面に生じた電位の坂によつて矢印イ
で示した方向右へ押しやられ、ここにキヤリアの
基板への注入が行われる。ところが表層部３の右
端は準金属であるために禁制帯幅が描き得ない深
層部４に隣接して電位の坂を形成しているので、
矢印ロで示したように上記キヤリアは深層部４中
に流入し、そして矢印ハで示したように極性が逆
のキヤリアすなわち電子と再結合して消滅する。
以上に述べたように本発明に係る赤外線検知素
子の構造は前記表層部の導電型によらず適用でき
るという特徴を有する他に、深層部として示した
キヤリアの再結合層を外来不純物のドーピングな
しに形成することができるので表層部は該不純物
で汚染されることがなく、そのために実用上多大
の効果が期待できる。
子の構造は前記表層部の導電型によらず適用でき
るという特徴を有する他に、深層部として示した
キヤリアの再結合層を外来不純物のドーピングな
しに形成することができるので表層部は該不純物
で汚染されることがなく、そのために実用上多大
の効果が期待できる。
第１図は従来の可視光で用いられている赤外線
検知器の構造を示す図、第２図は本発明に係る赤
外線検知素子の構造を示す図、第３図ａ，ｂは上
記赤外線検知素子の表層がｐ型である場合におけ
るキヤリアの蓄積と注入の動作を示す図、第４図
ａ，ｂは上記赤外線検知素子の表層がｎ型である
場合におけるキヤリアの蓄積と注入の動作を示す
図である。 １：半導体基板、３：基板の表層部、４：基板
の深層部、５：絶縁膜、６：電極、７：端子、
８：電位の井戸、１３：反転層、１５：累積層。
検知器の構造を示す図、第２図は本発明に係る赤
外線検知素子の構造を示す図、第３図ａ，ｂは上
記赤外線検知素子の表層がｐ型である場合におけ
るキヤリアの蓄積と注入の動作を示す図、第４図
ａ，ｂは上記赤外線検知素子の表層がｎ型である
場合におけるキヤリアの蓄積と注入の動作を示す
図である。 １：半導体基板、３：基板の表層部、４：基板
の深層部、５：絶縁膜、６：電極、７：端子、
８：電位の井戸、１３：反転層、１５：累積層。
Claims (1)
- １ 多元半導体を基板とし、MISダイオードを基
本構造とする赤外線検知素子において、上記半導
体基板に組成によつて半導体〜準金属遷移が起こ
る多元半導体のヘテロ接合を形成すると共に、該
ヘテロ接合によつて分離される上記半導体基板の
表層部を狭禁制帯幅の多元半導体とし、該表層部
と接する深層部を準金属層とすることによつて、
該準金属層でキヤリアの再結合を行わしめるよう
にしたことを特徴とする赤外線検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56091379A JPS57206838A (en) | 1981-06-12 | 1981-06-12 | Detection element for infrared rays |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56091379A JPS57206838A (en) | 1981-06-12 | 1981-06-12 | Detection element for infrared rays |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57206838A JPS57206838A (en) | 1982-12-18 |
| JPS6143647B2 true JPS6143647B2 (ja) | 1986-09-29 |
Family
ID=14024730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56091379A Granted JPS57206838A (en) | 1981-06-12 | 1981-06-12 | Detection element for infrared rays |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57206838A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8325935D0 (en) * | 1983-09-28 | 1983-11-02 | Secr Defence | Thermal detector |
| US5451786A (en) * | 1994-04-19 | 1995-09-19 | Santa Barbara Research Center | Uncooled mis capacitor for infrared detection |
-
1981
- 1981-06-12 JP JP56091379A patent/JPS57206838A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57206838A (en) | 1982-12-18 |
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