JP2012516559A - フォトダイオードを作製するための方法、ならびに対応するフォトダイオードおよび電磁放射検出器 - Google Patents
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Abstract
本発明のフォトダイオードは、第1の型の導電性を有する半導体の第1および第2の層(1、3)の間に設けられる中間層(2)を含む、3つの層のスタック、ならびに、少なくとも中間層(2)および第2の層(3)と接触し、3つの層(1、2、3)の平面に対して横断方向に延在する領域(4)を含み、前記領域(4)は、第1の型の導電性と反対の第2の型の導電性を有する。中間層(2)は、第2の型の導電性を有する半導体材料で作製され、前記領域(4)とP-N接合を形成するために、第2の型の導電性から第1の型の導電性への、中間層(2)の導電性の型の反転が、第1および第2の層(1、3)内の第1の型の導電性のドーパントにより引き起こされる。
Description
本発明は、特に、それらがゼロまたは逆バイアスで動作する場合に、入射光子と相互作用することが可能であるフォトダイオードの分野、および、電磁放射検出器の分野に関する。
フォトダイオードは、P-N型接合を備え、特に、光スペクトルでの放射を検出し、それを電気信号に変換する能力を有する半導体部品である。逆バイアスでのフォトダイオードは、例えば、入射光子束を検出かつ測定するために使用される。
フォトダイオードを逆バイアスすることは、実際に、n型ドープ層とp型ドープ層との間に位置する空乏帯域で印加される電場の効果により、自由電荷キャリアを加速することを可能にする。自由電荷キャリアは、さらなる電子-正孔対を生成するために十分なエネルギーを獲得することができる。逆バイアスが十分であるならば、これは、アバランシェ効果、すなわち、少数の最初のフォトキャリアで始まるフォトキャリアの数の増倍を引き起こす。
いわゆるアバランシェフォトダイオードは、特に、入射光子束を比較的高感度かつ迅速に検出するために使用される場合があり、アクティブイメージングのための検出焦点面を実装すること、遠距離通信の分野での高速度の検出、分光学、非常に弱い光束を検出すること、および光子の計数さえも含む、様々な可能な応用例を提供する。
アバランシェフォトダイオードの動作パラメータを改善することにより、特に以下の結果が生じる。
- 良好な信号雑音比を確実にするための、弱い電流の増幅および低い電子的な雑音指数(noise factor)
- アバランシェフォトダイオードを通って流れ、信号雑音比の低下の一因となる、暗電流の最小化
- アバランシェ利得の増大、および、
- バイアス電圧の低減
- 良好な信号雑音比を確実にするための、弱い電流の増幅および低い電子的な雑音指数(noise factor)
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- アバランシェ利得の増大、および、
- バイアス電圧の低減
文献EP1903612は、比較的小さな暗電流と同様に、特に赤外放射を検出するときに、それを使用する検出器の信号雑音比を低下させることなく、低い逆バイアスでの高い利得を有する、特別の利点を有するフォトダイオードを提案する。このフォトダイオードは、第1の導電型を有する半導体層のスタック、および、層の平面に対して横断方向に延在し、スタックとP-N接合を形成するために、第1の導電型と反対の導電型を有する領域を備える。
しかしながら、このフォトダイオードは、あまり良好な性能を提供しない。実際には、容認可能な感度および応答時間を有するにもかかわらず、積層された層の外因性ドーピングのため、フォトダイオードに対しては、特にそれが高温で使用されるときには、冷却を行う必要がある場合がある。さらには、フォトダイオードの動作温度が上昇するにつれて、暗電流が増大し、それにより、高温で動作するときのフォトダイオードの感度を制限する。
さらには、完全に純粋な結晶を実現することが困難である限り、ドープされた半導体材料は、外因性ドーパント、すなわち、故意に組み込まれた不純物に関連するものだけでなく、真性欠陥、例えば、材料を製造するときに除去され得ない構造的欠陥または化学的不純物に関連する残留ドーパント(residual dopant)もまた含む。これらの2つのタイプの欠陥の存在は、材料内で再結合を発生させ、オージェ効果によりすでに短縮されている少数キャリアの寿命を減少させ、特に、フォトダイオードが高温で使用されるときには、暗電流の一因となる。
「Recent advances in LWIR Type - II InAs/GaSb superlattice photodetectors and focal plane arrays at the Center for Quantum Devices」、Proc. SPIE(第6940巻、1〜12頁)
この背景を克服するための、本発明の目的は、上述の制限の少なくとも1つがないフォトダイオードを提案することである。より詳細には、本発明の目的は、従来技術によるフォトダイオードの性能を向上させ、特に、高温で赤外放射を捕獲することが可能なフォトダイオードを提案することである。
この目的に対して、本発明は、入射光子と相互作用することが可能なフォトダイオードを製造するための方法であって、少なくとも、
- 第1の下部層と第2の上部層との間に配置される中間層を備える3つの半導体層のスタックを生成するステップであって、3つの層は第1の導電型を有するステップと、
- 少なくとも中間層および第2の上部層と接触し、3つの層の平面に対して横断方向に延在する半導体領域を生成するステップであって、前記領域は、中間層とP-N接合を形成するために、第1の導電型と反対の第2の導電型を有するステップと
からなる方法に関する。
- 第1の下部層と第2の上部層との間に配置される中間層を備える3つの半導体層のスタックを生成するステップであって、3つの層は第1の導電型を有するステップと、
- 少なくとも中間層および第2の上部層と接触し、3つの層の平面に対して横断方向に延在する半導体領域を生成するステップであって、前記領域は、中間層とP-N接合を形成するために、第1の導電型と反対の第2の導電型を有するステップと
からなる方法に関する。
本発明によれば、
- 中間層は、第2の導電型を有する半導体材料で作製され、
- 中間層の厚さ、ならびに、第1および第2の層のドーパント濃度と、中間層のドーパント濃度とが、第1および第2の層に存在する第1の導電型のドーパントにより引き起こされる、第2の導電型から第1の導電型への、中間層の導電型の反転を得るように選択される。
- 中間層は、第2の導電型を有する半導体材料で作製され、
- 中間層の厚さ、ならびに、第1および第2の層のドーパント濃度と、中間層のドーパント濃度とが、第1および第2の層に存在する第1の導電型のドーパントにより引き起こされる、第2の導電型から第1の導電型への、中間層の導電型の反転を得るように選択される。
例えば、第1の導電型はP型であり、第2の導電型はN型である。
言い換えれば、中間層内の第1の型の電荷キャリアの存在は、特にフォトダイオードがゼロバイアスされている、または逆バイアスされているときは、第1および第2の層内に存在する第1の導電型のドーパントのみにより引き起こされる。したがって、フォトダイオードの中間層は、変調ドーピング、すなわち、その導電型の反転を受ける。すなわち、第2の導電型の半導体で作製された中間層は、もはや第2の導電型を有さず、第1の導電型を有する。さらには、変調ドーピングは、電荷キャリアの移動度を、したがって、フォトダイオードの感度を増大させる特別の利点を有する。
本発明の一実施形態では、前記領域は、特に、前記第1の層からなる相互作用層中に部分的に延在する。
第1および第2の層は、第1の導電型の外因性半導体材料、すなわち、第1の導電型の故意に組み込まれたドーパントを含む材料で作製され得る。
中間層は、第2の導電型のドーパントを有する外因性半導体で作製され得る。
中間層はさらに、意図的にはドープされておらず、第2の導電型の残留ドーパントを含む半導体材料で作製され得る。
中間層内の第2の型のドーパントの濃度は、変調ドーピングの前は、好ましくは、第1および第2の層内のドーパントの濃度より低い。
残留ドーパントは、半導体材料を製造するときに除去され得ない真性欠陥または不純物に関連する。したがって、外因性半導体、すなわち、故意にドープされた半導体は、残留ドーパントに関連する真性欠陥、および故意に組み込まれたドーパントに関連する外因性欠陥を含む場合がある。したがって、変調ドーピングに関連する中間層に対して、意図的にはドープされない半導体を使用することは、故意のドーピングによる何らかの外因性欠陥なしに、第1の導電型の電荷キャリアで中間層をドープすることを可能にする。このように、中間層は、外因性ドーピングに関連する欠陥により影響を受けることなしに、第1の導電型を有するドーパントでドープされ得る。
有利には、中間層の厚さは、第1および第2の層のそれぞれの厚さより小さい。
中間層の小さな厚さは、その変調ドーピング、すなわち、中間層の導電型の反転を発生させるために、自由キャリア(特に、第1の導電型のドーパント)の、第1および第2の層から中間層への移動を容易にすることを可能にする。したがって、特に、ゼロの電位差が、アノードとカソードとの間に印加されるときに、P-N接合が形成され得るとともに、アノードは、例えば、第1の層および/または第2の層に接触する導電材料により形成され、カソードは、例えば、本発明の特有の領域に接触する別の導電材料により形成される。さらには、中間層の小さな厚さは、暗電流、および干渉放射との相互作用を制限することを可能にもする。
別の実施形態では、3つの積層された層を形成するために使用される半導体材料は、一般式がCdxHg1-xTeである、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)およびテルル(Te)の合金であってよい。ただし、xは、0から1までの値であり、合金の組成でのカドミウムのモル比率を表す。このような合金は、低い雑音指数および小さな暗電流を有し、ただし、低いバイアスでかなりの増倍利得を有するフォトダイオードを製造することを可能にする。
第1および第2の層は、それぞれ、
- 1015cm-3から1017cm-3までの第1の導電型のドーパントの濃度、
- 0.5から2マイクロメートルまでの厚さ、および、
- 0.3から0.8までのモル比率x
を有する場合がある。
- 1015cm-3から1017cm-3までの第1の導電型のドーパントの濃度、
- 0.5から2マイクロメートルまでの厚さ、および、
- 0.3から0.8までのモル比率x
を有する場合がある。
中間層は、
- 1014cm-3から1015cm-3までの第2の導電型のドーパントの濃度、
- 0.1から1マイクロメートルまでの厚さ、および、
- 0.1から0.5までのモル比率x、好ましくは0.2から0.3までのモル比率
を有する場合がある。
- 1014cm-3から1015cm-3までの第2の導電型のドーパントの濃度、
- 0.1から1マイクロメートルまでの厚さ、および、
- 0.1から0.5までのモル比率x、好ましくは0.2から0.3までのモル比率
を有する場合がある。
周期表のIII列およびIV列に見られる元素の合金、例えば、一般式がInSbである、インジウム(In)およびアンチモン(Sb)の合金からなる半導体材料もまた、3つの積層された層を形成するために使用され得る。
スタックの3つの層を形成するために使用される半導体材料は、周期表のIII列およびIV列での半導体に基づくタイプ2の超格子であってもよい。「Recent advances in LWIR Type - II InAs/GaSb superlattice photodetectors and focal plane arrays at the Center for Quantum Devices」という名称で、Proc. SPIE(第6940巻、1〜12頁)で公表された出版物で説明されるように、IIIおよびIVの半導体に基づくタイプ2の超格子は、正孔および電子に対する交互の量子井戸を有する超格子ヘテロ構造であり、約1μmのバンドギャップを有する材料から、例えば10μmをカットする材料を製造するために、結合により小さなバンドギャップを生成することを可能にする。
本発明の目的はさらに、上述の方法に従って製造されるフォトダイオードである。
本発明によるフォトダイオードのある特定の実施形態では、
- 第1の層は、フォトキャリアを生成するために、入射光子と相互作用するように設計される相互作用層であってよく、
- 中間層は、フォトキャリア捕集層であってよく、第1および第2の層のそれぞれのバンドギャップの2倍より少ない幅であるバンドギャップを有する場合があり、
- かつ、第2の層は、捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される閉じ込め層であってよい。
- 第1の層は、フォトキャリアを生成するために、入射光子と相互作用するように設計される相互作用層であってよく、
- 中間層は、フォトキャリア捕集層であってよく、第1および第2の層のそれぞれのバンドギャップの2倍より少ない幅であるバンドギャップを有する場合があり、
- かつ、第2の層は、捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される閉じ込め層であってよい。
本発明によるフォトダイオードの別の実施形態では、
- 中間層は、フォトキャリアを生成するために、入射光子と相互作用するように設計される相互作用層、およびフォトキャリア捕集層の両方であってよく、中間層は、第1および第2の層のそれぞれのバンドギャップの幅より小さいバンドギャップを有し、かつ、
- 第1および第2の層は、捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される閉じ込め層であってよい。
- 中間層は、フォトキャリアを生成するために、入射光子と相互作用するように設計される相互作用層、およびフォトキャリア捕集層の両方であってよく、中間層は、第1および第2の層のそれぞれのバンドギャップの幅より小さいバンドギャップを有し、かつ、
- 第1および第2の層は、捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される閉じ込め層であってよい。
上述の実施形態では、量子効率(すなわち、吸収される光子と、光子検出器に入射する光子との比)と同様に、暗電流は低減される。それにもかかわらず、暗電流は、量子効率での損失を正当化するのに十分に小さいため、この構造の感度を向上させることを可能にする。
変調ドーピングは、第1および第2の層内の第1の導電型の電荷キャリアの濃度より低い、中間層内の第1の導電型の電荷キャリアの濃度を生じさせる。このため、中間層内の空乏帯域は、第1および第2の層内の空乏帯域より広範囲である。これは、アバランシェ領域での電荷キャリアの閉じ込めを強めることを可能にする。
フォトダイオードの感度を向上させるために、スタックの両側にそれぞれ位置する第1および第2の反射面により形成される光キャビティを設けることが可能である。
言い換えれば、第1および第2の反射面は、構造の前面および後面にそれぞれ配置される。
第1の反射面は、金属ミラーであってよく、第2の反射面は、分布ブラッグ反射鏡であってよい。
さらには、第1および第2の層のそれぞれの厚さ、ならびに、領域の厚さは、正味の波長範囲にわたる中間層での吸収を最大化するために調整される場合があり、それにより、フォトダイオードの感度を向上させる。
実際には、閉じ込め層は、パッシベーション層で被覆される場合がある。
有利には、読み出し接点が、それが本発明の特有の領域に接触するように作製され、フォトキャリアにより生成される電気信号を分析回路に転送するように設計される。
本発明はさらに、上述のような少なくとも1つのフォトダイオードを備える電磁放射検出器に関する。
したがって、本発明は、特に、赤外放射を捕獲すること、および、高温で、典型的には、200Kを超える温度で、5μmのカットオフ波長で動作することが可能なフォトダイオードを製造することを可能にする。
本発明の他の態様および利点が、以下で与えられ、単に例としてであって、限定的ではない、添付図面を参照する説明から、はっきりと明らかになることになる。
図1は、本発明のある特定の実施形態によるフォトダイオードを示す。それは、
- 3つの層のスタックであって、第1の導電型を有する第1の半導体層1と第2の半導体層3との間に配置される中間層2を備えるスタックと、
- 3つの層1、2、3の平面に対して横断方向に延在し、少なくとも中間層2および第2の層3と接触し、第1の導電型と反対である導電型を有する領域4と
を備える。
- 3つの層のスタックであって、第1の導電型を有する第1の半導体層1と第2の半導体層3との間に配置される中間層2を備えるスタックと、
- 3つの層1、2、3の平面に対して横断方向に延在し、少なくとも中間層2および第2の層3と接触し、第1の導電型と反対である導電型を有する領域4と
を備える。
中間層2は、第2の導電型を有する半導体で作製され、前記領域4とP-N接合を形成するために、第2の導電型と反対である導電型を有することが可能であり、中間層2の導電型の反転は、第1および第2の層1、3に存在する第1の導電型のドーパントにより引き起こされる。
層2内のドーパントの濃度は、変調効果を発生させるために、層1および3内のドーパントの濃度より低い。
3つの積層された層1、2、3を形成するために使用される半導体材料は、一般式がCdxHg1-xTeである、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)およびテルル(Te)の合金であってよい。ただし、xは、0から1までの値であり、合金の組成でのカドミウムのモル比率を表す。このような合金は、低い雑音指数および小さな暗電流を有し、ただし、低いバイアスでかなりの増倍利得を有するフォトダイオードを製造することを可能にする。層1の厚さは、検出されるべき放射の波長に応じて選択される。
第1および第2の層1、3は、それぞれ、
- 1015cm-3から1017cm-3までの第1の導電型のドーパントの濃度、
- 0.5から2マイクロメートルまでの厚さ、および、
- 0.3から0.8までのモル比率x
を有する外因性半導体材料で作製される。
- 1015cm-3から1017cm-3までの第1の導電型のドーパントの濃度、
- 0.5から2マイクロメートルまでの厚さ、および、
- 0.3から0.8までのモル比率x
を有する外因性半導体材料で作製される。
中間層2は、意図的にはドープされておらず、
- 1014cm-3から1015cm-3までの第2の導電型のドーパントの濃度、
- 0.1から1マイクロメートルまでの厚さ、および、
- 0.1から0.5までのモル比率x、好ましくは0.2から0.3までのモル比率
を有する半導体材料で作製される。
- 1014cm-3から1015cm-3までの第2の導電型のドーパントの濃度、
- 0.1から1マイクロメートルまでの厚さ、および、
- 0.1から0.5までのモル比率x、好ましくは0.2から0.3までのモル比率
を有する半導体材料で作製される。
実際には、第1の導電型はP型であり、第2の導電型はN型である。したがって、意図的にはドープされていない半導体で作製される中間層2の導電性はN型であり、一方では、意図的にドープされた半導体で作製される第1および第2の層1、3のそれぞれの導電性はP型である。
領域4を生成するための作業工程は、従来通り実行され、その形状は、フォトキャリアを捕集するために必要なP-N接合界面の表面積に応じて決定される。さらには、領域4は、必ずしも第1の層1に貫入するわけではない。それにもかかわらず、製造技術の固有の制約のため、領域4は、前記領域4が層2を貫通することを確かなものにするために、第1の層1にわずかに貫入する場合がある。
この特定の実施形態では、第1の層1は、相互作用層の働きをし、赤外放射などの電磁放射の入射光子と相互作用するように設計される。したがって、第1の層1は、好ましくは、検出されるべき入射光子の方向に対して横断方向に、すなわち、ちょうど直角に延在する。中間層2は、フォトキャリア捕集層の働きをし、図2に示されるように、第1および第2の層1、3のそれぞれのバンドギャップの2倍より少ない幅であるバンドギャップを有する。これは、増倍の原因となる衝撃イオン化を発生させるために必要なエネルギーを獲得する電荷キャリアの閉じ込めを確実にする。
第2の層3は、閉じ込め層の働きをし、捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される。
中間層2の厚さは、好ましくは、第1および第2の層1、3のそれぞれの厚さより小さい。中間層2の小さな厚さは、前記中間層2の変調ドーピング、すなわち、図3に示されるような、中間層2の導電型の反転を発生させるために、自由キャリア(特に、第1の導電型のドーパント(この場合では正孔))の、第1および第2の層1、3から中間層2への移動を容易にすることを可能にする。したがって、特に、ゼロの電位差が、アノードとカソードとの間に印加されるときに、P-N接合が形成され得るとともに、アノードは、例えば、第1の層1および/または第2の層3に接触する導電材料により形成され、カソードは、例えば、領域4に接触する別の導電材料により形成される。さらには、中間層の小さな厚さは、暗電流、および干渉放射との相互作用を制限することを可能にもする。
中間層2内の第2の導電型(この場合ではN型)のドーパントの濃度は、「残留ドーピング」と呼ばれ、材料の製造の際に除去することが困難である真性欠陥または不純物に関連する。したがって、この残留ドーピングは、常に存在する。したがって、中間層2に付与される変調ドーピングは、中間層2の導電性を反転し、最初に導電型Nを有する中間層2に、P型の導電性を、ただし、外因性ドーピングに関連する欠陥なしに、与えることを可能にする。中間層2のドーピングは、第1および第2の層1、3に存在するドーパントにより引き起こされる。
図3に示されるように、中間層2内の第2の導電型のドーパントの濃度は、それが、第1および第2の層１、３内それぞれの第1の導電型のドーパントの濃度より低いように選択される。このため、中間層2内の空乏帯域は、第1および第2の層1、3内の空乏帯域より広範囲にされ、中間層2でのアバランシェ利得が増大され、フォトキャリアの閉じ込めが強められる。さらには、フォトダイオードが逆バイアスされるときに、少数キャリアの数が、減少し、「オージェ発生効果(Auger generation effect)」の抑圧を引き起こす。そのようにすれば、空乏帯域の外部で生成される暗電流もまた、デバイスが高い動作温度で使用されるときに、低減されることになる。量子効率もまた低減される。それにもかかわらず、暗電流は、量子効率での損失を正当化するのに十分に小さいため、この構造の感度を向上させることを可能にする。
変調ドーピングは、第1および第2の層内の第1の導電型の電荷キャリアの濃度より低い、中間層内の第1の導電型の電荷キャリアの濃度を生じさせる。このため、中間層内の空乏帯域は、第1および第2の層内の空乏帯域より広範囲である。これは、アバランシェ領域での電荷キャリアの閉じ込めを強めることを可能にする。
実際には、閉じ込め層の働きをする第2の層3は、電気的に中性であるパッシベーション層5で被覆される場合がある。このパッシベーション層は、例えばZnSなどの絶縁材料で作製される。領域4は、P-N接合で捕集されるフォトキャリアにより生成される電気信号を、検出器の分析回路(図示せず)に伝達するために、例えば読み出し接点の接点6を形成するためのものである導電材料と接触して配置される。読み出しプロット6を構成する材料は、領域4を形成する材料と電気的に接触するが、それは、パッシベーション層5により、閉じ込め層3からは絶縁される。
このように、入射光線と相互作用層(この場合では第1の層1)との間の相互作用により解放されるフォトキャリアは、捕集層(この場合では中間層2)のバンドギャップの狭さのため、アバランシェ効果により増倍される。実際には、同じ逆バイアス電圧で、領域4と、第1および第2の層1、3のそれぞれとの間に位置するP-N接合の空乏帯域内のフォトキャリアの増倍は、これらの層のバンドギャップの幅がより大きいために、無視できる。その結果、フォトキャリアの大部分は、領域4と捕集層(この場合では中間層2)との間に位置するP-N接合により増倍される。さらには、中間層の空乏帯域は、より広範囲であるので、中間層2でのキャリアの閉じ込めが、強められ、キャリアが中間層から脱出する確率を低減することになり、したがって、構造の利得を向上させる。
フォトダイオードの感度を向上させるために、スタックの両側に、すなわち、図5に示されるように、フォトダイオードの前面および後面に、それぞれ位置する第1および第2の反射面7、8により形成される光キャビティを設けることが可能である。第1の反射面7は、金属ミラーであってよく、第2の反射面8は、分布ブラッグ反射鏡であってよく、両方のミラーの反射面は、互いに対向して配置される。
周期表のIII列およびIV列に見られる元素の合金、例えば、一般式がInSbである、インジウム(In)およびアンチモン(Sb)の合金からなる半導体材料もまた、3つの積層された層を形成するために使用され得る。
スタックの3つの層を形成するために使用される半導体材料は、周期表のIII列およびIV列での半導体に基づくタイプ2の超格子であってもよい。IIIおよびIVの半導体に基づくタイプ2の超格子は、正孔および電子に対する交互の量子井戸を有する超格子ヘテロ構造であり、各井戸に閉じ込められる正孔および電子の状態を結合することにより、小さなバンドギャップを生成することを可能にする。これは、「Recent advances in LWIR Type - II InAs/GaSb superlattice photodetectors and focal plane arrays at the Center for Quantum Devices」という名称で、Proc. SPIE(第6940巻、1〜12頁)で公表された出版物で説明されるように、約1μmのバンドギャップを有する材料から、例えば10μmをカットする材料を製造することを可能にする。
本発明の別の実施形態では、
- 中間層は、フォトキャリアを生成するために、入射光子と相互作用するように設計される相互作用層、およびフォトキャリア捕集層の両方であってよく、中間層は、第1および第2の層のそれぞれのバンドギャップの幅より小さいバンドギャップを有し、かつ、
- 第1および第2の層は、捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される閉じ込め層であってよい。
- 中間層は、フォトキャリアを生成するために、入射光子と相互作用するように設計される相互作用層、およびフォトキャリア捕集層の両方であってよく、中間層は、第1および第2の層のそれぞれのバンドギャップの幅より小さいバンドギャップを有し、かつ、
- 第1および第2の層は、捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される閉じ込め層であってよい。
この実施形態では、放射が中間層で検出される。このような構造で、量子効率(すなわち、吸収される光子と、光子検出器に入射する光子との比)と同様に、暗電流は低減される。それにもかかわらず、特にオージェ効果が抑圧されるために、暗電流の低減は、量子効率の低減より大きく、それにより、この構造の感度を向上させる。
上記のフォトダイオードは、赤外放射を捕獲するために使用され得るとともに、高温で動作することができる。このフォトダイオードは、単一のセンサとして動作することができ、または、検出アレイ内の基本センサ(elementary sensor)を形成することができる。
1 第1の半導体層、第1の層、層
2 中間層、層
3 第2の半導体層、第2の層、閉じ込め層、層
4 領域
5 パッシベーション層
6 接点、読み出しプロット
7 第1の反射面
8 第2の反射面
2 中間層、層
3 第2の半導体層、第2の層、閉じ込め層、層
4 領域
5 パッシベーション層
6 接点、読み出しプロット
7 第1の反射面
8 第2の反射面
Claims (13)
- 少なくとも、
− 第１の下部層（１）と第２の上部層（３）との間に配置される中間層（２）を備える３つの半導体層のスタックを生成するステップであって、前記３つの層（１、２、３）は第１の導電型を有するステップと、
− 少なくとも前記中間層（２）および前記第２の上部層（３）と接触し、前記３つの層（１、２、３）の平面に対して横断方向に延在する半導体領域（４）を生成するステップであって、前記領域（４）は、中間層（２）とＰ−Ｎ接合を形成するために、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有するステップと
からなる、入射光子と相互作用することが可能なフォトダイオードを製造するための方法において、
− 前記中間層（２）は、前記第２の導電型を有する半導体材料で作製され、
− かつ、前記中間層（２）の厚さ、ならびに、前記第１および第２の層（１、２、３）のドーパント濃度と、前記中間層（２）のドーパント濃度とが、前記第１および第２の層（１、３）に存在する前記第１の導電型の前記ドーパントにより引き起こされる、前記第２の導電型から前記第１の導電型への、中間層（２）の導電型の反転を得るように選択される
ことを特徴とする、フォトダイオードを製造するための方法。 - 中間層（２）は、前記第１および第２の層（１、３）のそれぞれの厚さより小さい厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載のフォトダイオードを製造するための方法。
- 中間層（２）は、意図的にはドープされておらず、前記第２の導電型の残留ドーパントを含む半導体材料で作製され、中間層（２）内の前記第２の導電型の残留ドーパントの濃度は、前記第１および第２の層（１、３）内それぞれの前記第１の導電型のドーパントの濃度より低いことを特徴とする、請求項１または２に記載のフォトダイオードを製造するための方法。
- 前記スタックの前記３つの層（１、２、３）を形成するために使用される前記半導体材料は、一般式がＣｄｘＨｇ１−ｘＴｅである、カドミウム、水銀およびテルルの合金であり、ただし、ｘは、０から１までの値であり、前記合金の組成でのカドミウムのモル比率を表すことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のフォトダイオードを製造するための方法。
- 前記第１および第２の層（１、３）は、それぞれ、
− １０１５ｃｍ−３から１０１７ｃｍ−３までの前記第１の導電型のドーパントの濃度、
− ０．５μｍから２μｍまでの厚さ、および、
− ０．３から０．８までのモル比率ｘ
を有し、前記中間層（２）は、
− １０１４ｃｍ−３から１０１５ｃｍ−３までの前記第２の導電型のドーパントの濃度、
− ０．１μｍから１μｍまでの厚さ、および、
− ０．１から０．５までのモル比率ｘ、好ましくは０．２から０．３までのモル比率
を有することを特徴とする、請求項４に記載のフォトダイオードを製造するための方法。 - 入射光子と相互作用することが可能であり、請求項１から５のいずれかに記載の方法により製造されるフォトダイオード。
- − 前記第１の層（１）は、フォトキャリアを生成するために、入射光子と相互作用するように設計される相互作用層であり、
− 前記中間層（２）は、フォトキャリア捕集層であり、前記第１および第２の層（１、３）のそれぞれのバンドギャップの２倍より少ない幅であるバンドギャップを有し、
− かつ、前記第２の層（３）は、前記捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される閉じ込め層である
ことを特徴とする、請求項６に記載のフォトダイオード。 - − 中間層（２）は、フォトキャリアを生成するために、入射光子と相互作用するように設計される相互作用層、およびフォトキャリア捕集層の両方であり、前記中間層（２）は、前記第１および第２の層（１、３）のそれぞれのバンドギャップの幅より小さいバンドギャップを有し、
− かつ、前記第１および第２の層（１、３）は、前記捕集層にフォトキャリアを閉じ込めるように設計される閉じ込め層である
ことを特徴とする、請求項６または７に記載のフォトダイオード。 - 前記スタックの両側にそれぞれ配置される第１の反射面（７）および第２の反射面（８）により形成される光キャビティをさらに備えることを特徴とする、請求項６から８のいずれかに記載のフォトダイオード。
- 前記第１の反射面（７）は、金属ミラーであり、前記第２の反射面（８）は、分布ブラッグ反射鏡であることを特徴とする、請求項９に記載のフォトダイオード。
- 前記領域（４）は、第１の相互作用層（１）中に部分的に延在することを特徴とする、請求項６から９のいずれかに記載のフォトダイオード。
- 前記第２の層（３）は、パッシベーション層（５）により被覆されることを特徴とする、請求項６から１０のいずれかに記載のフォトダイオード。
- 請求項６から１２のいずれかに記載の、少なくとも１つのフォトダイオードを備える、電磁放射検出器。
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