JPS6271270A - 赤外線検出器およびその製造方法 - Google Patents

赤外線検出器およびその製造方法

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JPS6271270A
JPS6271270A JP60211538A JP21153885A JPS6271270A JP S6271270 A JPS6271270 A JP S6271270A JP 60211538 A JP60211538 A JP 60211538A JP 21153885 A JP21153885 A JP 21153885A JP S6271270 A JPS6271270 A JP S6271270A
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JP
Japan
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type
xcd
layer
single crystal
xte
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Pending
Application number
JP60211538A
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English (en)
Inventor
Toshio Yamagata
山形 敏男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPS6271270A publication Critical patent/JPS6271270A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/18Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H10F39/184Infrared image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

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】 (産業上の利用分野) この発明は赤外線検出素子と信号処理用の半導体素子を
合体した赤外線検出器お工びその製造方法に関するもの
である。
(従来の技術) Hg1−xCdxTe (α1s<x<α4)のpnダ
イオードは光起電力形の赤外線検出素子であシ、これを
複数個用いて1次元ないし2次元的に配列し、赤外線画
像を得る検出器として用いられる。こうした赤外線検出
器を動作させる場合、更に信号処理回路、具体的には個
々のpnダイオードの信号出力を時系列的に読み出すた
めのCOD−PMOSスイッチアレー等のマルチプレク
サや、微弱な信号出力を増幅するプリアンプや、より高
度の種々の信号処理回路等が必要である。しかし、こう
した信号処理機能を赤外線検出素子材料である)Igl
−。
Cd、Teで実現することは非常に困廟であり、このた
め、信号処理回路はSi基板上に形成し、個々のHg1
−xcaxTe p nダイオードと電気的に接続して
いる。この接続の方法として、従来は例えばプロシープ
47グズ・オプm 8PIB(Proceedings
of 8PIE)の443巻の121頁に発表されたj
@3図に示すような半導体素子21とpnダイオードか
らなる赤外線検出素子220両者をInの柱28で結合
する方法が行なわれていた。賞、この例ではHg1−x
cdlTeのpnダイオードは同一のCdTe基板上に
エピタクシャル成長させてから配列状に形成されたもの
である。
(発明が解決しようとする問題点) L、かじ、この方法では画素数、すなわちpnダイオー
ドの配列数の多いものを製造することは非常に困難であ
る。上記の構成を製造するにはSi基板上の接続点なり
し、Hgr−xcaxTe p nダイオードにInの
バンプを設は両者を熱圧着するのであるが、例えば64
x64画素の場合接続点数は4000点を超しており、
In表面の酸化や、基板のノリ等による加圧ムラ等のた
め、すべての点で接続不良を生じないようにすることは
国産となっている。一方、こうした赤外線検出器を利用
する面ではよシ画素数の多いものが必要となっており、
その実現のためにはこの相互接続方法の改善が不可欠と
なっている。
本発明の目的は上述した従来の問題点を解決し赤外線検
出素子と半導体素子との結合の際の接触不良を大幅に改
善し、より画素数の多い赤外線検出器ν工びその製造方
法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段〉 本発明の第1の発明の赤外線検出器は、Hgx −xC
dxTeのpnダイオードから成る赤外線検出素子と信
号処理回路を形成した半導体素子とを合体した赤外線検
出器において、前記pnダイオードのn形部分が前記半
導体素子上に設けられた高濃度n形領域上に直接形成さ
れることにより構成される0 また、本発明の第2の発明の赤外線検出器の製造方法は
、赤外線検出素子を結合する半導体素子の高濃度n形領
域上の絶縁層を除去する工程と、該絶縁層の除去された
高濃度n形領域を含む表面にn形の第1のHgx−xc
d、Te単結晶層をエピタキシャル成長する工程と、該
n形の第1の)Igl−xCd、Te単結晶層上にp形
の第2のHgx−xCdxTe単結晶層をエピタキシャ
ル成長する工程と、該p形の第2及び前記n形のglの
Hg 1−x ca x Teの単結晶層の不要部分を
除去する工程とを含むことにより構成される。
(作用) i(gt−2cdzTeのpnダイオードはn形部分が
直接に半導体素子基板の高濃度n形領域上にエピタキシ
ャル成長したものであり、またpnダイオードのn形層
を十分高濃度とすることによって両者は金属的となり、
機械的にも電気的にもよく結合される。更に、機械的な
圧着とは異なり画素数への制約はない。
製造方法として、半導体素子の高濃度n形領域上の絶縁
層を除去して半導体結晶面を露出させることにより、電
気的接続と共にエピタクシャル成長の基板として利用す
る。エピタクシャル成長させたn形のHg 1−x c
ax Te単結晶層(以下Hg1−。
Cd、Te層と記す)は半導体素子基板との界面では格
子不整合による欠陥が発生するのであるが、5〜10μ
m程度成長させた部分ではこうした欠陥は殆んどなく、
更にこの上に成長させたp形のHg1−xCdxTe層
の結晶性も十分なものとなる。
Hg1−xCdxTeのpnダイオードの暗電流等の特
性は主としてpn接合面、及びp形層の結晶性できまり
、従ってこうして製造したpnダイオードの特性の劣化
はない。更に、絶縁層におおわれた部分でにエピタキシ
ャル成長はおこりに<<、多結晶となってpnダイオー
ドの特性劣化の原因となるのでおるが、その部分を除去
することにより特性劣化が防止される。774、Hg5
−エCdxTeエピタクシャル層の成長温度は400℃
〜500℃と比較的低いため、を九Hg1−xcd、T
aのn形層の濃度を高くしておくことによシ、半導体素
子の高濃度n形領域中の不純物の拡散によるHg1−2
cdxTe層への影響は無視できる。
(実施例) 次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の2次元配列屋の赤外線検出
素子の1画素を示す断面図である。s1図に示すように
、半導体素子1はこの図には示してはいないが、配列さ
れ九Hgx−xCdxTeのpnダイオードからの信号
を時系列的にとり出すためのCOD−?MOSスイッチ
アレー等のマルチプレクサ回路、プリアンプや積分アン
プ等の増幅回路、等の信号処理回路が形成されたもので
ある。pnダイオード2からの信号の入力部として高濃
度n形領域3が設けられており、ここにn形のHg1−
xCdxTe(単結晶)層5が直接形成され、更にその
上部のp形のHg5−xCdxTe (単結晶)層6と
でpnダイオードを形成している。また、この図には示
していないが、p形のHgr−xcd、Te層6には電
極を形成し、各画素について同電位とする。こうして、
上方から入射した赤外線はp形のHg1−1cdxTe
層6で吸収され励起された鬼子がn形のHg1−xCd
xTe層5i通して半導体素子lの入力部すなわち高濃
度n形領域3に注入される。ここで波長10μm程度の
赤外線を検出する場合、Hg 1−xCdxTeの組成
比Xはα2とすればよい。またn形の)igl−xCd
、Te層5の厚さは5〜lQJm、 ドナー#&度は1
0 ” 77am”程度おれは十分である。更にp形の
Hg5−xCdzTe層6に検出しようとする波長の赤
外MA7が吸収されるのに必要十分な厚さにすれはよ<
、10〜20μmとすればよい。半導体素子の基板材料
としてはSiないしGaAs、In8b 等を使用する
ことができる。
第2図(a)〜(d)は上記の赤外線検出素子の製造方
法を説明するために工程順に示した断面図である0但し
、本発明では半導体素子上にHgx−xCdxTeのp
nダイオードを形成することが特徴であり、ここではそ
の工程のみを説明する。
まず、第2図(a)に示すように、半導体素子11の高
濃度n形領域12上の絶縁層13をエツチング除去する
次に、42図俤)に示すように、n形のHg 1− x
CdxTeM 14 k表面にエピタクシャル成長させ
る。
この成長法としては周知の液相エピタククヤル法や、M
OCVD法が可能である□n形の形r!!、はエビタク
7ヤル成長と同時にしても、また成長後に拡散させるの
であってもよ<、Hgff1による制御、ないしはi’
d、 +8 i等の不純物を導入することで所定のドナ
ーA度とすればよい。
次に、′42図(C)に示”r工うに、p形のHgt−
xCdxTa層15をエピタクシャル成長させる。この
p形の形成もやはりエビタクシャ形成長時ないし成長後
に行なえばよく、i(g ilによる制御やM。
p等の不純物によって形成でき・る。ここで、Hg1−
xCdxTeのエビタク/ヤル成長温度t’14000
〜soo”c程度であり半導体素子の高濃度n形領域1
2の不純物、例えば8i基板であれば、−等や、Hgx
−1cdxTeのn形1a14の不純物紅やSiの拡散
の影響は殆んどなく、また、p形層の不純物のn形層へ
の拡散についてもn形層の濃度が高いため影響は無視で
きる。
こりしたエビタクシャ形成長時には第2図(b)及び第
2図(C)に示すように絶縁層13上にもHg1−xC
d、Teが析出してくるが、この部分は多結晶になり易
く、pnダイオードの特性を劣化させるので第2図(d
)に示すように、これを除去すると共に、同時に感光面
積を規定する0同、ll形及びp形Hg*−xCdxT
e層14 、 15の不要部分の除去はp形Hg1−x
CdxTe層の形成の前後に分けて実施して4h工い。
更に図には示していないがこのp形層の側に電極を設け
ることで赤外線検出器の画素部の製造が完了する。
同、以上の例ではHgx−xcdx’I’eOn形層及
びp形層を同組成としているが、n形層のX値をp形層
工p大きくすることもできる。この場合、p形層の成長
温度はn形層の成長温度より低くでき、成長厚さの制御
はよシ容易になる。また、光電変換はあくまでもp形層
中でなされるため、組成の制御もp形層を正確に設定し
さえすればよい。
次に、第3図に示した従来の赤外線検出器と本発明のも
のを比較してみる。光電変換特性等については両者の差
はない。しかし、これを実際に製造する場合大きな差が
生じる。すなわち64X64画素の赤外線検出器の製造
では第3図に示した従来のものは4096点の接続意中
平均して6点、すなわちα15チ程度の接触不良が生じ
ているのに対し、本発明のものでは不良率は1桁以上小
さくなつている。これは従来のものではInの熱圧着の
際の加熱によるIn表面の酸化、基板のノリ等による加
圧ムラを避けるのが困−でらるのに対し、本発明のもの
ではそうした問題がないためである。
(発明の効果) 以上説明し友ように、本発明によれば、赤外線検出素子
と半導体素子との結合の際の接触不良は大幅に改善する
ことができる。これにより、より画素数の多い赤外線検
出器が実現可能となった0
【図面の簡単な説明】
施例の製造方法を説明するために工程順に示した断面図
、jg3図は従来の赤外線検出器の画素部の構成を示す
M面図である。 1.11,21・・・・・・半導体素子、2,22・・
・・・・pnダイオードから成る赤外線検出素子、3,
12゜24・・・・・・高濃度n形領域、4,13.2
3・・・・・・絶縁層、5,14.27=n形Hgx−
1cd、Te層、6.15.26−−−−−−p形Hg
t 、CdxTe層、7−−−−−−赤外線、25・・
・・・・エビタクシキル成長用基板、28・・・・−I
nの柱。 代理人 弁理士 内 原  音   竿 7M 茅 2 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Hg_1_−_xCd_xTe(0.15<x<
    0.4)のpnダイオードから成る赤外線検出素子と、
    信号処理回路を形成した半導体素子とを合体した赤外線
    検出器において、前記pnダイオードのn形部分が前記
    半導体素子上に設けられた高濃度n形領域上に直接に形
    成されていることを特徴とする赤外線検出器。
  2. (2)赤外線検出素子を結合する半導体素子の高濃度n
    形領域上の絶縁層を除去する工程と、該絶縁層の除去さ
    れた高濃度n形領域を含む表面にn形の第1のHg_1
    _−_xCd_xTe単結晶層をエピタクシャル成長す
    る工程と、該n形の第1のHg_1_−_xCd_xT
    e結晶層上にp形の第2のHg_1_−_xCd_xT
    e単結晶層をエピタキシャル成長する工程と、該p形の
    第2及び前記n形の第1のHg_1_−_xCd_xT
    eの単結晶層の不要部分を除去する工程とを含むことを
    特徴とする赤外線検出器の製造方法。
  3. (3)第1及び第2のHg_1_−_xCd_xTeの
    単結晶層の不要部分の除去をp形の第2のHg_1_−
    _xCd_xTeの単結晶層のエピタキシャル成長前に
    n形の第1及び成長後にp形の第2ないしn形の第1の
    Hg_1_−_xCd_xTeの単結晶層につき行う特
    許請求の範囲第(2)項記載の赤外線検出器の製造方法
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04192559A (ja) * 1990-11-27 1992-07-10 Nec Corp 配列型赤外線検知器及びその製造方法
JP2013084757A (ja) * 2011-10-10 2013-05-09 Denso Corp 撮像素子

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5984467A (ja) * 1982-11-06 1984-05-16 Mitsubishi Electric Corp モノリシツク赤外線電荷転送素子

Patent Citations (1)

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