JP2503605B2 - 赤外線センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、赤外線領域の光信号を電気信号に変換する
赤外線センサに関する。

（従来の技術） 従来の技術としてショットキ障壁型赤外線センサにつ
いて説明する。

第４図はショットキ障壁型赤外線センサの一例の縦断
面図であり、金属・ｐ型半導体ショットキ接触構造を有
する裏面照射型のものである。この赤外線センサは、両
面とも鏡面に磨かれたｐ型単結晶Si基板27に形成されて
いる。該基板27の赤外光37の入射面すなわち裏面には反
射防止膜36が施されており、表面には光電変換領域とな
る白金モノシリサイド（PtSi）膜28が設けられている。
このPtSi膜28の周囲には、電界集中を緩和するためｎ型
ガードリング29が施されている。PtSi膜28の周辺の基板
表面は熱酸化膜（SiO₂）31で覆われ、さらにPtSi膜28上
及び熱酸化膜31上がCVD法等で形成されたシリコン酸化
物（SiO,SiO₂）あるいはシリコン窒化物（SiN,Si₃N₄な
ど）等から成る絶縁膜32で覆われている。また、PtSi膜
28を透過した赤外光を再利用するため、絶縁膜32上のPt
Si膜28と対向する部分にアルミニウム等の金属反射膜34
が設けられている。ここに構成されるｐ型単結晶Si基板
27/PtSi膜28/絶縁膜32/金属反射膜34の多層構造で光学
的共振状態を生み出し、センサの使用波長帯域における
中心波長の赤外光で生ずる定在波の腹がPtSi膜28の部分
に来るように、絶縁膜32の厚さが最適設計されている。
このPtSi膜28において、光電変換によって発生した光信
号電荷をセンサ外部に取り出すため、PtSi膜28の一部と
オーミック接触するn⁺型コンタクト領域30が設けられ、
ここからアルミニウム等の金属配線33が引き出されてい
る。センサの表面側最外部はパッシベーション膜35で覆
われている。

なお、金属・ｎ型半導体ショットキ接触構造の場合に
は、半導体の導電型がｐ型→ｎ型、ｎ型→ｐ型のように
入れ替わる。また、表面照射型のセンサでは基板裏面の
反射防止膜36及び表面側の金属反射膜34が無く、表面の
絶縁膜32及びパッシベーション膜35が反射防止膜の役割
も果たすようになる。

この従来例の赤外線センサは、シリコン集積回路製造
プロセスを利用でき、アレイ化が容易なので、固体の赤
外線イメージセンサの受光部に応用される。この受光部
は光信号電荷を金属配線で直接読み出す構造ではなく、
電子走査・読み出し機構によって光信号電荷が読み出さ
れる構造になっている。

なお、PtSi・ｐ型単結晶Si構造によって形成されるシ
ョットキ障壁は、0.2〜0.25eV程度と低く、室温では熱
励起によりショットキ障壁を横切ることのできるキャリ
アが多く、それに伴って暗電流が大きいので、PtSi・ｐ
型単結晶Si・ショットキ障壁型赤外線センサは液体窒素
温度付近に冷却して使用される。このショットキ障壁型
赤外線センサの金属材料や半導体材料が異なることによ
り、ショットキ障壁がさらに小さい場合には、暗電流が
増加するので、より低温で動作させる必要があり、逆に
ショットキ障壁がもっと大きい場合には、暗電流が減少
するので、さほど冷却しなくてよい。すなわち、各場合
のショットキ障壁に対応する冷却温度で使用される。

次に、ショットキ障壁型赤外線センサの動作原理につ
いて、第５図（ａ），（ｂ）を用いて説明する。第５図
（ａ），（ｂ）はショットキ障壁型赤外線センサのエネ
ルギー帯構造及び光電変換機構を示しており、（ａ）は
金属・ｐ型半導体ショットキ接触の場合、（ｂ）は金属
・ｎ型半導体ショットキ接触の場合である。第５図にお
いては、赤外光54及び55の入射方向は裏面照射型の場合
に対応している。表面照射型の場合には金属側から入射
する。半導体40（または46）（ｐ型単結晶Si基板27に相
当）の禁制帯幅E_g以上のエネルギーを持つ光は、半導体
内の入射面近傍においてほとんど吸収されてしまうが、
禁制帯幅E_gより小さいエネルギーの光（このような光は
通常赤外光）では、その光エネルギーを吸収して半導体
40（または46）の価電子帯41（または47）中の電子が伝
導帯43（または49）へ帯間遷移する確率が無いので、半
導体40（または46）中をほとんど損失なく透過し、金属
39（または45）（PtSi膜28に相当）に入射する。金属39
（または45）内ではフェルミ準位E_f下が電子で満たされ
ており、ここへ赤外光が入射すると電子はその光エネル
ギーhv（h:プランク定数、v:光の振動数）を吸収し、フ
ェルミ準位下からフェルミ準位上の空準位へ遷移してホ
ット電子51（または53）とホットホール50（または52）
を形成する。これらホット電子51（または52）とホット
ホール50（または52）は再結合するまで金属39（または
45）中を運動する。この運動の発生確率は、あらゆる方
向においてほぼ等しい。

第５図（ａ）の構造では、ホットホール50が運動中金
属・ｐ型半導体界面に達し、ショットキ障壁Φ_SBを越え
てｐ型半導体40中へ注入されると、金属39中に取り残さ
れたホット電子51とｐ型半導体40中へ注入されたホット
ホールとが信号電荷となる。

一方、第５図（ｂ）の構造では、ホット電子53が運動
中金属・ｎ型半導体界面に達し、ショットキ障壁Φ_SBを
越えてｎ型半導体46中へ注入されると、金属45中に取り
残されたホットホール52とｎ型半導体46中へ注入された
ホット電子とが信号電荷となる。

表面照射型の場合や禁制帯幅E_g以上のエネルギーを持
つ光を透過する程度に半導体を薄膜化あるいは薄板化し
た裏面照射型の場合、利用可能な光エネルギーの上限は
禁制帯幅E_gより大きくなる。このとき、半導体におい
て、価電子帯から伝導帯への電子の光励起によって生成
される自由電子・ホール対も信号電荷に寄与する。

第５図（ａ）の構造におけるホットホールならびに同
図（ｂ）の構造におけるホット電子が寿命の尽きるまで
に移動する距離と比べて金属が薄くなると、半導体基板
と逆方向に運動する該ホットホールならびに該ホット電
子のうちにも金属・絶縁物界面によって反射され、半導
体基板方向へ移動して金属・半導体界面に達し、ショッ
トキ障壁Φ_SBを越えて半導体中へ注入されるものも現れ
てくる。また、金属・半導体界面に達した該ホットホー
ルならびに該ホット電子のうち、ショットキ障壁Φ_SBよ
り大きいエネルギーを持ったものでも、量子力学的効果
により、ある確率で反射されるのであるが、これらのう
ちにも、金属・半導体界面と金属・絶縁物界面とで反射
を繰り返すうちに、ショットキ障壁Φ_SBを越えて半導体
中へ注入されるものも現れてくる。

これらの現象は、第５図（ａ）の構造におけるホット
ホールならびに同図（ｂ）の構造におけるホット電子の
半導体への注入確率を向上させる効果を持ち、金属が薄
い程顕著となる。ただし、金属が薄くなると、赤外光の
吸収の確率が低下するので、金属の厚さには量子効率に
対して最適値が存在する。このため、ショットキ障壁型
赤外線センサにおいて、ショットキ接触を成す金属電極
は、通常最適値程度に薄膜化されている。

（発明が解決しようとする課題） このようなショットキ障壁型赤外線センサには、次の
ような欠点がある。

（１）光電変換領域である金属膜は、通常多結晶である
ため、ホットホールやホット電子の散乱中心となる結晶
粒界や格子欠陥が高密度で存在している。なお、半導体
材料が単結晶シリコンの場合によく利用される金属膜と
して、PtSiのようにエピタキシャルシリサイドと呼ばれ
る配向性の強いものもあるが、このエピタキシャルシリ
サイドにも基板との間に格子不整合があり、それに起因
する応力を緩和するため、結晶粒界や格子欠陥が発生し
ているので、状況は通常の金属膜の場合と顕著な相違が
ない。ホットホールやホット電子は散乱によって持って
いるエネルギーの一部を失うので、結晶粒界や格子欠陥
が高密度で存在することは、ホットホールやホット電子
の寿命を縮める要因となる。

（２）前述のように、金属・半導体界面と金属・絶縁物
界面との間のホットホールやホット電子の多重反射の効
果は、金属膜が薄い程大きいが、金属膜厚の低下に伴っ
て、金属膜内の赤外線吸収率が減少する。すなわち、こ
れら二つの作用は、金属膜厚に対して相反する特性を示
す。従って、金属膜厚を最適値程度にしても、どちらの
作用も充分に活用し切ることができない。

（３）金属と半導体とのショットキ接触は一種のヘテロ
接合であり、その界面にホットホールやホット電子の捕
獲中心となる界面準位が高密度で存在する。これによ
り、金属・ｐ型半導体ショットキ接触においてはホット
ホールの半導体への注入効率を、また、金属・ｎ型半導
体ショットキ接触においてはホット電子の半導体への注
入効率をそれぞれ低下させる。

（４）このセンサが利用できるのは、裏面照射型の場
合、半導体の禁制帯幅をE_gとすると、 Φ_SB＜hv＜E_g …（１） の範囲のエネルギーhvを持つ光であるが、金属において
は、フェルミ準位下には電子が、また、フェルミ準位上
には空準位が各々広いエネルギー範囲に渡って存在して
いるので、このエネルギー範囲にある光を吸収しても、
金属・ｐ型半導体ショットキ接触においては、一部の光
エネルギーがショットキ障壁Φ_SB以下のエネルギーしか
持たないホットホールを励起するのに費やされ、また、
金属・ｎ型半導体ショットキ接触においては、一部の光
エネルギーがショットキ障壁Φ_SB以下のエネルギーしか
持たないホット電子を励起するのに費やされる。

この現象は、金属・ｐ型半導体ショットキ接触におい
ては、 E_f‐Φ_SB≦E_e≦E_f …（２） の範囲のエネルギー準位E_eにある電子が光エネルギー
hvを吸収して遷移した場合に生じ、また、金属・ｎ型半
導体ショットキ接触においては、 E_f‐hv＜E_e′≦E_f‐hv＋Φ_SB …（３） の範囲のエネルギー準位E_e′にある電子が光エネルギ
ーhvを吸収して遷移した場合に生じる。これらの状況は
第５図（ａ），（ｂ）にも示されている。

ショットキ障壁Φ_SB以下のエネルギーしか持たない上
記のホットホールならびにホット電子においても、トン
ネル効果により半導体中へ注入される確率が完全に零と
はならない。しかし、この注入過程による効率は極めて
悪く、注入される上記のホットホールならびにホット電
子は微々たるものであるので、（２），（３）式の条件
に該当する電子の励起によって吸収される光エネルギー
はほとんど無駄になる。

なお、（１）式から明らかなように、禁制帯幅E_gが大
きい半導体材料から成るセンサでは、検出可能な波長域
が可視領域に及ぶものもある。また、表面照射型の場合
や禁制帯幅E_g以上のエネルギーを持つ光を透過する程度
に半導体を薄膜化あるいは薄板化した裏面照射型の場
合、利用可能な光エネルギーの上限は禁制帯幅E_gより大
きくなる。

（５）センサの遮断波長を決定付けるショットキ障壁
は、金属と半導体の組合わせでほとんど決定してしまう
ので、センサの遮断波長を任意の値に設定できない。

（課題を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明の赤外線センサ
は、第１導電型半導体から成る光電変換領域と、この光
電変換領域より不純物濃度が低い第１導電型半導体から
成るキャリア注入領域と、これら光電変換領域とキャリ
ア注入領域との間に存在し、不純物濃度がこのキャリア
注入領域より低い第１導電型半導体か、真性半導体か、
あるいは少なくとも動作条件下で完全空乏化状態となる
第２導電型半導体から成るポテンシャル障壁領域とから
構成されるホモ接合構造を基本単位センサとし、光電変
換領域をA,ポテンシャル障壁領域をB,キャリア注入領域
をＣとするとき、前記光電変換領域を２層以上含み、か
つ、（…ABCBABCBABC…）の順序の多層構造から成る受
光部を有する。

（作用） 本発明の赤外線センサにおける基本単位センサによっ
て動作原理を説明する。第２図（ａ），（ｂ）に基本単
位センサのエネルギー帯構造及び光電変換機構を示す。
第２図（ａ）は第１導電型をｐ型，第２導電型をｎ型と
する場合、同図（ｂ）は第１導電型をｎ型，第２同導電
型をｐ型とする場合である。第２図において、赤外光24
及び25はキャリア注入領域側から入射しているが、これ
は光電変換領域側からの入射でもかまわない。

第２図（ａ）の構造では、光電変換領域８はｐ型半導
体から、また、キャリア注入領域10は光電変換領域８よ
りアクセプタ不純物濃度が低いｐ型半導体から成り、こ
れら領域8,10の間に存在するポテンシャル障壁領域９は
アクセプタ不純物濃度がキャリア注入領域10より低いｐ
型半導体か、真性半導体か、あるいは少なくとも動作条
件下で完全空乏化状態となるｎ型半導体から成り立って
いるので、各領域間に価電子帯11中のホールに対して障
害となるポテンシャル障壁が形成される。特に、光電変
換領域８における価電子帯11中のホール20に対するポテ
ンシャル障壁はΦ_Ｈである。

一方、第２図（ｂ）の構造では、電変換領域14はｎ型
半導体から、また、キャリア注入領域16は光電変換領域
14よりドナ不純物濃度が低いｎ型半導体から成り、これ
ら領域14,16の間に存在するポテンシャル障壁領域15は
ドナ不純物濃度がキャリア注入領域16より低いｎ型半導
体か、真性半導体か、あるいは少なくとも動作条件下で
完全空乏化状態となるｐ型半導体から成り立っているの
で、各領域間に伝導帯19中の自由電子に対して障害とな
るポテンシャル障壁が形成される。特に、光電変換領域
14における伝導帯19中の自由電子22に対するポテンシャ
ル障壁はΦ_Ｅである。

入射した光のエネルギーが半導体材料の禁制帯幅E_gよ
り小さい場合、通常このような光は赤外光であるが、こ
れは半導体中における電子のエネルギー帯間遷移を利用
して吸収させることはできない。しかしながら、自由キ
ャリア吸収を利用すれば、吸収させることが可能とな
る。この吸収は自由キャリア濃度が低い場合には、ほと
んど無視し得るものなので、キャリア注入領域10（また
は16）の不純物濃度を低濃度にし、それに比べて光電変
換領域８（または14）の不純物濃度を充分に高濃度にし
ておけば、吸収はほとんど光電変換領域８（または14）
のみで起こる。

第２図（ａ）の構造の場合には、光電変換領域８にお
いて赤外光24の吸収によって価電子帯11のホール20が励
起され、ホットホール21となる。このホットホール21が
ポテンシャル障壁Φ_Ｈを越えてポテンシャル障壁領域９
を通過し、キャリア注入領域10に注入されると光信号出
力が得られる。

第２図（ｂ）の構造の場合には、光電変換領域14にお
いて赤外光25の吸収によって伝導帯19の自由電子22か励
起され、ホット電子23となる。このホット電子23がポテ
ンシャル障壁Φ_Ｅを越えてポテンシャル障壁領域15を通
過し、キャリア注入領域16に注入されると、光信号出力
が得られる。

なお、第２図（ａ）及び（ｂ）においては、光電変換
領域は非縮退状態として描いてあるが、さらに不純物濃
度が高濃度となり、光電変換領域が縮退状態になった場
合でも本発明は有効であり、そのときには、フェルミ準
位E_fが、（ａ）の構造では価電子帯内に入り込み、
（ｂ）の構造では伝導帯内に入り込んだ状態になる。

本発明の赤外線センサの受光部は、第３図（ａ），
（ｂ）に示すように、以上述べた基本単位センサが複数
段積層した構造になっている。第３図には代表として、
第１導電型がｐ型，第２導電型がｎ型の場合が描かれて
いる。光電変換領域をA,ポテンシャル障壁領域をB,キャ
リア注入領域をＣとするとき、前記光電変換領域を２層
以上含み、かつ、（…ABCBABCBABC…）の順序の多層構
造から成る受光部である。ホットホール26（第１導電型
がｎ型，第２導電型がｐ型の場合にはホット電子）は光
電変換領域Ａから、それと接合する二つのポテンシャル
障壁領域Ｂを経て、二つのキャリア注入領域Ｃへ注入さ
れる。

以上のような構成の本発明の赤外線センサにおいて
は、次のようにショットキ障壁型赤外線センサの持つ問
題点が解決される。

（１）本赤外線センサの光電変換領域は、他の領域と同
種の半導体から成り立っているので、そのセンサの素材
として単結晶半導体を用いることによって、光電変換領
域を再結晶することができる。この場合、ショッキ障壁
型赤外線センサの光電変換領域（金属膜）に比べ、ホッ
トホールやホット電子の散乱中心が極く低密度の光電変
換領域であり、ホットホールやホット電子は長寿命とな
る。

（２）本赤外線センサの受光部は、基本単位センサが複
数段積層した構造になっているので、各光電変換領域を
ホットホールやホット電子の多重反射の効果が充分に現
れる程度に薄くしても、トータルの厚さを厚くして赤外
光の吸収率を大きくできる。例えば、不純物濃度が約10
²⁰cm^-3のSiから成る光電変換領域は、厚さを400nmから1
00nmに減じると、ホットホールやホット電子の多重反射
の効果により、吸収される赤外光が同じと仮定したと
き、感度が約10倍になるが、実際には赤外光の吸収率が
減少するので、これほどの向上はしない。５μｍの波長
の赤外光の吸収率に着目すると、厚さ400nmでは約0.4で
あるが、100nmでは約0.12となる。しかし、100nmの光電
変換領域を２段にすればトータル吸収率は約0.23にな
り、もし４段設けるならば、吸収率は厚さ400nmの場合
と同レベルになるので、多重反射の効果がダイレクトに
感度向上に反映される。従って、どちらの作用も充分に
活用し切ることができる。

（３）本赤外線センサの受光部の全ての領域は、同種の
半導体から成るホモ接合構造なので、原理的には各接合
界面はホットホールやホット電子の捕獲中心となる界面
準位を皆無にすることができる。従って、各領域界面に
は光電変換領域からキャリア注入領域へのホットホール
やホット電子の注入効率を低下させる要因が無い。

（４）本赤外線センサの光電変換領域は、自由キャリア
の分布するエネルギー範囲が極く限られているので、ポ
テンシャル障壁に相当するエネルギーより大きいエネル
ギーを持つ光を吸収したにもかかわらず、ｐ型の光電変
換領域の場合におけるポテンシャル障壁Φ_Ｈ以下のエネ
ルギーを持つホットホールの励起や、ｎ型の光電変換領
域の場合におけるポテンシャル障壁Φ_Ｅ以下のエネルギ
ーを持つホット電子の励起に、その光エネルギーが費や
される現象は、各々の構造に対応するショットキ障壁型
赤外線センサにみられた類似の現象に比べて大幅に抑制
される。

（５）本赤外線センサにおいては、遮断波長を決定付け
るポテンシャル障壁Φ_ＨあるいはΦ_Ｅの大きさを、ポテ
ンシャル障壁領域の導電型，ポテンシャル障壁領域の厚
さ，光電変換領域とポテンシャル障壁領域とキャリア注
入領域との間の不純物濃度のバランス，及びバイアス条
件によって、零〜pn接合の拡散電位に相当するエネルギ
ー程度の間で任意に制御可能なので、センサの遮断波長
の設定における自由度が極めて大きい。

なお、本赤外線センサもショットキ障壁型赤外線セン
サの場合と同様に、ポテンシャル障壁が小さいことに起
因して、室温において暗電流が大きい場合には、冷却し
て使用しなければならない。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図構造図であ
り、金属配線部分も表示してある。この図は厚さ方向が
かなり誇張されている。金属配線を施していない部分に
ついては、第１図のような階段状の構造である必要はな
い。

この実施例はSiを半導体材料とし、第１導電型をｐ
型、第２導電型をｎ型としている。ｐ型Si基板１の表面
にエピタキシャルSi層が形成されており、該エピタキシ
ャルSi層は光電変換領域をA,ポテンシャル障壁領域をB,
キャリア注入領域をＣとするとき、基板側からBABCBABC
BABCの構造を有している。基板１は最終的にはキャリア
注入領域となる。基板１と接しているポテンシャル障壁
領域Ｂの周囲を取り囲むように、基板１内にn⁺型ガード
リング２が設けてあり、他のポテンシャル障壁領域Ｂに
ついては、それらの周囲を取り囲むようにキャリア注入
領域Ｃ内にn⁺型ガードリング２が設けてある。各キャリ
ア注入領域Ｃ内と基板１には、金属配線６とオーミック
コンタクトを形成するためのp⁺型コンタクト領域３が設
けてある。一方の金属配線６は光電変換領域Ａ及びn⁺型
ガードリング２とオーミックコンタクトを形成してい
る。n⁺型ガードリング２に配線するのは、エネルギー帯
間遷移で伝導帯に自由電子が発生し、ポテンシャル障壁
領域における伝導帯のポテンシャル極小部分に入り込ん
だ場合に、それを速やかに取り除くためなので、光電変
換領域Ａとn⁺型ガードリング２に別々に配線する構造で
もかまわない。他方の金属配線６はp⁺型コンタクト領域
３とオーミックコンタクトを形成している。

次に、本実施例の構造の製法例を示す。n⁺型ガードリ
ング２とp⁺型コンタクト領域３の形成が終わったｐ型Si
基板１上に、分子線エピタキシー法でBABC構造を形成す
る。n⁺型ガードリング２とp⁺型コンタクト領域３を、イ
オン注入法と、注入不純物の拡散がほとんど無く結晶性
回復と不純物の活性化が良好に成される条件の熱処理で
形成する。電気炉で熱処理する場合は900℃、10〜15分
程度行うとよい。他にランプアニール、電子ビームアニ
ール、レーザアニール等の方法を使うとよい。その後、
写真蝕刻技術によって熱酸化膜（SiO₂）４上のBABC構造
Si膜の不用部分、すなわち、受光部以外の部分に堆積さ
れたBABC構造Si膜を除去する。次に、再び分子線エピタ
キシー法でBABC構造を形成し、前述の方法でn⁺型ガード
リング２とp⁺型コンタクト領域３を設けた後、写真蝕刻
技術によって２段目のBABC構造Si膜の不用部分を除去す
る。本実施例では、同様にしてBABC構造を３段形成し、
ｐ型Si基板１上にBABCBABCBABC構造Si膜が実現される。
シリコン酸化物（SiO,SiO₂）あるいはシリコン窒化物
（SiN,Si₃N₄など）等から成る絶縁膜５をCVD法あるいは
スパッタ法で形成し、コンタクトホールを開け、金属配
線６を施す。さらにパッシベーション膜７を形成し、ス
ルーホールを開けて本実施例は完成する。

本実施例はBABC構造が３段であるが、該構造の製造法
を繰り返すことによって、さらに多層のものも形成可能
である。また、BABCBABCBABC構造Si膜部分のパッシベー
ション膜上に金属反射膜を設け、裏面に反射防止膜を施
した裏面照射型センサを製造することもできる。また、
上述の実施例では基板１をキャリア注入領域として用い
ているが、用いなくてもよい。本発明の赤外線センサ
は、上述の実施例の第１導電型と第２導電型のｐとｎと
が入れ替わったものも成り立つことはもちろんであり、
原理的にSi以外の半導体材料を用いることも可能であ
る。また基板は半導体基板に限らずサファイア基板等で
もよい。さらに、本発明の赤外線センサのアレイと電子
走査回路とを組み合せたモノリシックあるいはハイブリ
ッドのイメージセンサも実現出来る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ショットキ障
壁型赤外線センサに見られるような問題点を持たず、高
感度で、しかも半導体材料の禁制帯幅に相当する波長よ
り長い任意の遮断波長を具備した赤外線センサを提供で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の金属配線部分を含んだ縦断
面構造図である。第２図（ａ），（ｂ）は本発明の赤外
線センサにおける基本単位センサのエネルキー帯構造及
び光電変換領域機構の説明図で、（ａ）は第１導電型を
ｐ型，第２導電型をｎ型とする場合、（ｂ）は第１導電
型をｎ型，第２導電型をｐ型とする場合である。第３図
（ａ），（ｂ）は第１導電型をｐ型，第２導電型をｎ型
とする場合を例とする本発明の赤外線センサの受光部構
造を示す図で、（ａ）は層構成、（ｂ）はエネルキー帯
構造である。第４図は従来のショットキ障壁型赤外線セ
ンサの一例の縦断面図である。第５図（ａ），（ｂ）は
ショットキ障壁型赤外線センサのエネルギー帯構造及び
光電変換機構の説明図で、（ａ）は金属・ｐ型半導体シ
ョットキ接触の場合、（ｂ）は金属・ｎ型半導体ショッ
トキ接触の場合である。 A,8,14……光電変換領域、B,9,15……ポテンシャル障壁
領域、C,10,16……キャリア注入領域、1,27……ｐ型単
結晶Si基板、２……n⁺型ガードリング、３……p⁺型コン
タクト領域、4,31……熱酸化膜（SiO₂）、5,32……絶縁
膜、6,33……金属配線、7,35……パッシベーション膜、
11,17,41,47……価電子帯、12,18,42,48……禁制帯、1
3,19,43,49……伝導帯、20……ホール、21,26,50,52…
…ホットホール、22……自由電子、23,51,53……ホット
電子、24,25,37,54,55……赤外光、28……PtSi膜、29…
…ｎ型ガードリング、30……n⁺型コンタクト領域、34…
…金属反射膜、36……反射防止膜、38,44……絶縁物、3
9,45……金属、40……ｐ型半導体、46……ｎ型半導体。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電型半導体から成る光電変換領域
   と、この光電変換領域より不純物濃度が低い第１導電型
   半導体から成るキャリア注入領域と、これら光電変換領
   域とキャリア注入領域との間に存在し、不純物濃度がこ
   のキャリア注入領域より低い第１導電型半導体か、真性
   半導体か、あるいは少なくとも動作条件下で完全空乏化
   状態となる第２導電型半導体から成るポテンシャル障壁
   領域とから構成されるホモ接合構造を基本単位センサと
   し、光電変換領域をA,ポテンシャル障壁領域をB,キャリ
   ア注入領域をＣとするとき、前記光電変換領域を２層以
   上含み、かつ、（…ABCBABCBABC…）の順序の多層構造
   から成る受光部を有することを特徴とする赤外線セン
   サ。