JP2571760B2 - 光検出器 - Google Patents
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
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- H01L31/1032—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type the devices comprising active layers formed only by AIIBVI compounds, e.g. HgCdTe IR photodiodes
-
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-
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は半導体材料の光検出器、特に赤外線検出器に
係るがこれに限定されるものではない。
係るがこれに限定されるものではない。
半導体赤外線検出器については、例えばカドミウムテ
ルル化銀（CMT）製のものなどが周知である。これらの
検出器は通常の場合、感光性半導体のキャリア濃度の平
衡値を小さなものとするため、該半導体の平衡キャリア
濃度に対する真性キャリアの寄与（真性寄与）を十分に
減らし、半導体を平衡多数キャリア濃度が真性キャリア
濃度を大きく上回る外因性の状態にして動作される。こ
の目的で、８〜12μｍの波長間隔に感応するCMT検出
器、及び３〜５μｍの波長間隔に感応するそれとは、通
常の場合それぞれれ約80Kと200Kに冷却される。このよ
うな冷却の１つの利点は、赤外線照射の結果生じるキャ
リア濃度の部分的な変化が大きくなり、応答度が高くな
るということである。さらに、平衡キャリア濃度におけ
る揺らぎに起因するノイズが低いために、信号対ノイズ
比が高くなる。このようなノイズでの利点は、特にオー
ジェ（Auger）生成・再結合プロセスに関して有意義な
ものである。これらのプロセスの中で主要なものは、電
子衝突イオン化による電子・正孔対を作ることであり、
このイオン化のための電子の熱エネルギーは、その電子
が衝突した半導体のバンドギャップより大きいものであ
る。
ルル化銀（CMT）製のものなどが周知である。これらの
検出器は通常の場合、感光性半導体のキャリア濃度の平
衡値を小さなものとするため、該半導体の平衡キャリア
濃度に対する真性キャリアの寄与（真性寄与）を十分に
減らし、半導体を平衡多数キャリア濃度が真性キャリア
濃度を大きく上回る外因性の状態にして動作される。こ
の目的で、８〜12μｍの波長間隔に感応するCMT検出
器、及び３〜５μｍの波長間隔に感応するそれとは、通
常の場合それぞれれ約80Kと200Kに冷却される。このよ
うな冷却の１つの利点は、赤外線照射の結果生じるキャ
リア濃度の部分的な変化が大きくなり、応答度が高くな
るということである。さらに、平衡キャリア濃度におけ
る揺らぎに起因するノイズが低いために、信号対ノイズ
比が高くなる。このようなノイズでの利点は、特にオー
ジェ（Auger）生成・再結合プロセスに関して有意義な
ものである。これらのプロセスの中で主要なものは、電
子衝突イオン化による電子・正孔対を作ることであり、
このイオン化のための電子の熱エネルギーは、その電子
が衝突した半導体のバンドギャップより大きいものであ
る。
このように、従来の赤外線検出器を、感光性半導体の
キャリア濃度の平衡値を下げて動作させるためには、装
置の冷却を行い、該半導体の平衡キャリア濃度に対する
真性キャリアの寄与（真性寄与）を十分に減らす必要が
あるが、装置の冷却は冷却装置を用いることにより行わ
れていた。そのような冷却装置の大部分は、高圧ガスの
膨張による冷却に基づいており、大型な高圧ガスのボト
ルを備えている。
キャリア濃度の平衡値を下げて動作させるためには、装
置の冷却を行い、該半導体の平衡キャリア濃度に対する
真性キャリアの寄与（真性寄与）を十分に減らす必要が
あるが、装置の冷却は冷却装置を用いることにより行わ
れていた。そのような冷却装置の大部分は、高圧ガスの
膨張による冷却に基づいており、大型な高圧ガスのボト
ルを備えている。
従って、冷却の要求は、特に80Kまで冷却する必要が
ある装置に対して大きなものとなる、赤外線検出器の望
まない費用、重さ、大きさを生じ、長らくこの冷却の要
求を取り除くか、軽減することが望まれていた。重さと
大きさの問題は、特に、携帯用の装置、飛行機又は宇宙
船搭載用の装置においては深刻である。
ある装置に対して大きなものとなる、赤外線検出器の望
まない費用、重さ、大きさを生じ、長らくこの冷却の要
求を取り除くか、軽減することが望まれていた。重さと
大きさの問題は、特に、携帯用の装置、飛行機又は宇宙
船搭載用の装置においては深刻である。
本発明の目的は、冷却をすることなく、又はより高い
温度での冷却で、十分に感光性半導体のキャリア濃度の
平衡値を減らすことができ、従って先行技術に比較して
冷却の必要性を少なくした赤外線検出器を提供すること
である。
温度での冷却で、十分に感光性半導体のキャリア濃度の
平衡値を減らすことができ、従って先行技術に比較して
冷却の必要性を少なくした赤外線検出器を提供すること
である。
本発明によれば、所与の動作温度を有し、第１、第２
及び第３の半導体領域、並びに、第１及び第２のインタ
ーフェースを含んでおり、該第１及び第２のインターフ
ェースが、夫々、前記第１の半導体領域と第２の半導体
領域との間、並びに、前記第２の半導体領域と前記第３
の半導体領域との間を接続し、前記第１の半導体領域が
前記動作温度で外因性となるべく一方の導電形のための
不純物にて十分に高い濃度でドープされており、前記第
３の半導体が前記動作温度で外因性となるべく他方の導
電形のための不純物にて十分に高い濃度でドープされて
おり、前記第２の半導体領域が感光性である光検出器で
あって、 （ａ） 前記第２の半導体領域がバイアスされていない
際に前記動作温度で真性であるべく前記一方の導電形の
ための不純物にて十分に低い濃度でドープされており、 （ｂ） 前記第１のインターフェースが、バイアスされ
たとき前記第２の半導体領域への該領域の少数キャリア
と同型のキャリアの供給を禁止するように設けられた排
他接点であり、 （ｃ） 前記第２のインターフェースが、逆バイアスさ
れた際に前記第２の半導体領域から該領域の少数キャリ
アを抽出するべく設けられたpn接合であり、 （ｄ） 前記第１及び第２のインターフェースが互いに
少数キャリア拡散長より長く離れていず、 （ｅ） 前記第２の半導体領域がバイアスされた際に、
該第２の半導体領域における少数キャリア濃度が減少す
ることを特徴とする光検出器が提供される。
及び第３の半導体領域、並びに、第１及び第２のインタ
ーフェースを含んでおり、該第１及び第２のインターフ
ェースが、夫々、前記第１の半導体領域と第２の半導体
領域との間、並びに、前記第２の半導体領域と前記第３
の半導体領域との間を接続し、前記第１の半導体領域が
前記動作温度で外因性となるべく一方の導電形のための
不純物にて十分に高い濃度でドープされており、前記第
３の半導体が前記動作温度で外因性となるべく他方の導
電形のための不純物にて十分に高い濃度でドープされて
おり、前記第２の半導体領域が感光性である光検出器で
あって、 （ａ） 前記第２の半導体領域がバイアスされていない
際に前記動作温度で真性であるべく前記一方の導電形の
ための不純物にて十分に低い濃度でドープされており、 （ｂ） 前記第１のインターフェースが、バイアスされ
たとき前記第２の半導体領域への該領域の少数キャリア
と同型のキャリアの供給を禁止するように設けられた排
他接点であり、 （ｃ） 前記第２のインターフェースが、逆バイアスさ
れた際に前記第２の半導体領域から該領域の少数キャリ
アを抽出するべく設けられたpn接合であり、 （ｄ） 前記第１及び第２のインターフェースが互いに
少数キャリア拡散長より長く離れていず、 （ｅ） 前記第２の半導体領域がバイアスされた際に、
該第２の半導体領域における少数キャリア濃度が減少す
ることを特徴とする光検出器が提供される。
また、本発明によれば、所与の動作温度を有し、第
１、第２及び第３の半導体領域、並びに、第１及び第２
のインターフェースを含んでおり、該第１及び第２のイ
ンターフェースが、夫々、前記第１の半導体領域と第２
の半導体領域との間、並びに、前記第２の半導体領域と
前記第３の半導体領域との間を接続し、前記第１及び第
３の半導体領域が前記動作温度で外因性となるべく一方
の導電形のための不純物にて十分に高い濃度でドープさ
れており、前記第２の半導体領域が感光性である光検出
器であって、 （ａ） 前記第２の半導体領域がバイアスされていない
際に前記動作温度で真性であるべく他方の導電形のため
の不純物にて十分に低い濃度でドープされており、 （ｂ） 前記第２のインターフェースが、逆バイアスさ
れた際にバイアス電流源からの第２の半導体領域の少数
キャリアと同型のキャリアを抽出する抽出接点を与える
副次的pn接合であり、 （ｃ） 前記第２のインターフェースが、逆バイアスさ
れた際に前記第２の半導体領域から該領域の少数キャリ
アを抽出するべく設けられたpn接合であり、 （ｄ） 前記第１及び第２のインターフェースが互いに
少数キャリア拡散長より長く離れていず、 （ｅ） 前記第２の半導体領域がバイアスされた際に、
該第２の半導体領域における少数キャリア濃度が減少す
ることを特徴とする光検出器も提供される。
１、第２及び第３の半導体領域、並びに、第１及び第２
のインターフェースを含んでおり、該第１及び第２のイ
ンターフェースが、夫々、前記第１の半導体領域と第２
の半導体領域との間、並びに、前記第２の半導体領域と
前記第３の半導体領域との間を接続し、前記第１及び第
３の半導体領域が前記動作温度で外因性となるべく一方
の導電形のための不純物にて十分に高い濃度でドープさ
れており、前記第２の半導体領域が感光性である光検出
器であって、 （ａ） 前記第２の半導体領域がバイアスされていない
際に前記動作温度で真性であるべく他方の導電形のため
の不純物にて十分に低い濃度でドープされており、 （ｂ） 前記第２のインターフェースが、逆バイアスさ
れた際にバイアス電流源からの第２の半導体領域の少数
キャリアと同型のキャリアを抽出する抽出接点を与える
副次的pn接合であり、 （ｃ） 前記第２のインターフェースが、逆バイアスさ
れた際に前記第２の半導体領域から該領域の少数キャリ
アを抽出するべく設けられたpn接合であり、 （ｄ） 前記第１及び第２のインターフェースが互いに
少数キャリア拡散長より長く離れていず、 （ｅ） 前記第２の半導体領域がバイアスされた際に、
該第２の半導体領域における少数キャリア濃度が減少す
ることを特徴とする光検出器も提供される。
ここで、「外因性」とはドープされた不純物などの外
因性な要素により電気伝導が支配される状態をいいｎま
たはｐの単一のキャリアが生成される。それに対し「真
性」とは、電気伝導に関与するキャリアが、価電子帯か
ら伝導帯に熱励起された自由電子と、価電子帯に生じた
同数の空孔（これらの濃度が真性キャリア濃度）からな
る状態、即ち自由電子と空孔とをほぼ同数備えた状態を
いう。
因性な要素により電気伝導が支配される状態をいいｎま
たはｐの単一のキャリアが生成される。それに対し「真
性」とは、電気伝導に関与するキャリアが、価電子帯か
ら伝導帯に熱励起された自由電子と、価電子帯に生じた
同数の空孔（これらの濃度が真性キャリア濃度）からな
る状態、即ち自由電子と空孔とをほぼ同数備えた状態を
いう。
上述したように、赤外線検出器の感光性半導体を外因
性の状態にして、キャリア濃度の平衡値を下げるために
は、これまでだと複雑でかさばり、高価な冷却装置が必
要とされた。これに対し、本発明は冷却の必要性を低減
できる。
性の状態にして、キャリア濃度の平衡値を下げるために
は、これまでだと複雑でかさばり、高価な冷却装置が必
要とされた。これに対し、本発明は冷却の必要性を低減
できる。
本発明装置の感光性である第２の半導体領域には動作
温度において真性である材料が用いられている。該領域
はバイアスされると、少数キャリア濃度の減少を受け
る。これはバイアス電流が流れると、一方では隣接する
第２のインターフェースが該領域内を拡散し該第２のイ
ンターフェースに到達した少数キャリアを該第２の半導
体領域から抽出すると共に、他方では第１のインターフ
ェースが少数キャリアの第１の半導体領域から第２の半
導体領域への供給を禁止し、バイアス電流源から少数キ
ャリアを抽出し、該第２の半導体領域への少数キャリア
の補充がなされないからである。少数キャリアの減少
は、結果として、該第２の半導体領域における平衡キャ
リア濃度に対する真性キャリアの寄与（真性寄与）を減
らす。即ち、少数キャリア濃度が減少すると、該第２の
半導体領域における空間電荷の蓄積を避けるために、電
荷的中性の観点から多数キャリア濃度も同じだけ下が
り、従って、該第２の半導体領域における全体のキャリ
ア濃度（多数キャリアと少数キャリアの和）は、この濃
度が該領域を冷却したならば下がるであろうと同様に、
バイアス電流が流れることにより減少する。このキャリ
ア濃度の減少は、キャリア濃度に対する真性寄与の減少
を意味する。本発明により生み出される第２の半導体領
域の少数キャリア濃度の減少は、バイアス下で生じ、従
って冷却による静的効果とは逆に、動的効果であると言
える。バイアス下での第２の半導体領域の電流キャリア
濃度に対する真性寄与の低減はドープされた不純物によ
るよりも小さなものとなるまで成され、この第２の半導
体領域を外因性の状態とする。従って、冷却により生じ
る効果が、冷却の必要性なく、又ははるかに小さな冷却
装置で達成される。
温度において真性である材料が用いられている。該領域
はバイアスされると、少数キャリア濃度の減少を受け
る。これはバイアス電流が流れると、一方では隣接する
第２のインターフェースが該領域内を拡散し該第２のイ
ンターフェースに到達した少数キャリアを該第２の半導
体領域から抽出すると共に、他方では第１のインターフ
ェースが少数キャリアの第１の半導体領域から第２の半
導体領域への供給を禁止し、バイアス電流源から少数キ
ャリアを抽出し、該第２の半導体領域への少数キャリア
の補充がなされないからである。少数キャリアの減少
は、結果として、該第２の半導体領域における平衡キャ
リア濃度に対する真性キャリアの寄与（真性寄与）を減
らす。即ち、少数キャリア濃度が減少すると、該第２の
半導体領域における空間電荷の蓄積を避けるために、電
荷的中性の観点から多数キャリア濃度も同じだけ下が
り、従って、該第２の半導体領域における全体のキャリ
ア濃度（多数キャリアと少数キャリアの和）は、この濃
度が該領域を冷却したならば下がるであろうと同様に、
バイアス電流が流れることにより減少する。このキャリ
ア濃度の減少は、キャリア濃度に対する真性寄与の減少
を意味する。本発明により生み出される第２の半導体領
域の少数キャリア濃度の減少は、バイアス下で生じ、従
って冷却による静的効果とは逆に、動的効果であると言
える。バイアス下での第２の半導体領域の電流キャリア
濃度に対する真性寄与の低減はドープされた不純物によ
るよりも小さなものとなるまで成され、この第２の半導
体領域を外因性の状態とする。従って、冷却により生じ
る効果が、冷却の必要性なく、又ははるかに小さな冷却
装置で達成される。
本発明による装置の冷却の度合いは、従って、従来の
装置に比較して、基本的により少ないものとなり、特
に、３〜５μｍの波長間隔を検出する装置を冷却装置を
用いることなく室温で使用することを可能とし、８〜12
μｍの波長間隔を検出する装置の冷却要求を僅かに200K
とする。このことは、赤外線検出器の費用、重さ、大き
さの削減に大きく貢献する。
装置に比較して、基本的により少ないものとなり、特
に、３〜５μｍの波長間隔を検出する装置を冷却装置を
用いることなく室温で使用することを可能とし、８〜12
μｍの波長間隔を検出する装置の冷却要求を僅かに200K
とする。このことは、赤外線検出器の費用、重さ、大き
さの削減に大きく貢献する。
第１の半導体領域はバイアス接点を有し、第１のイン
ターフェースは少数キャリアが第２の半導体領域中へと
流れるのを防ぐように構成した１つまたはそれ以上のpn
接合であってもよい。この場合の第１の領域、第２の領
域及び第３の領域は同じ半導体材料として、ドーパント
の種類を変えるようにしてもよい。さらに、この実施態
様では、複数の第３の領域を組入れて、その各々をそれ
ぞれの感光性の第２の領域及び第２のインターフェース
に関連させると共に、その各々がそれぞれの近辺に対す
る阻止手段の働きをするようにしてもよい。前記の感光
性の領域は、少数キャリア拡散長よりはるかに小さな最
近接距離で最寄りのものから分離するのが望ましい。第
２の半導体領域の材料は、周囲温度（ambient temperat
ure）（カットオフ波長λｃ＝５μｍ）又は200K（λｃ
＝11μｍ）で動作する場合それぞれｘ＝0.265又はｘ＝
0.19であるCdxHg1-xTe（CMT）でよい。先行技術での関
連装置の動作温度はそれぞれ200Kと80Kであり、このこ
とからも本発明により冷却の必要性が低減できることが
分かる。
ターフェースは少数キャリアが第２の半導体領域中へと
流れるのを防ぐように構成した１つまたはそれ以上のpn
接合であってもよい。この場合の第１の領域、第２の領
域及び第３の領域は同じ半導体材料として、ドーパント
の種類を変えるようにしてもよい。さらに、この実施態
様では、複数の第３の領域を組入れて、その各々をそれ
ぞれの感光性の第２の領域及び第２のインターフェース
に関連させると共に、その各々がそれぞれの近辺に対す
る阻止手段の働きをするようにしてもよい。前記の感光
性の領域は、少数キャリア拡散長よりはるかに小さな最
近接距離で最寄りのものから分離するのが望ましい。第
２の半導体領域の材料は、周囲温度（ambient temperat
ure）（カットオフ波長λｃ＝５μｍ）又は200K（λｃ
＝11μｍ）で動作する場合それぞれｘ＝0.265又はｘ＝
0.19であるCdxHg1-xTe（CMT）でよい。先行技術での関
連装置の動作温度はそれぞれ200Kと80Kであり、このこ
とからも本発明により冷却の必要性が低減できることが
分かる。
第２の半導体領域は、該領域から少数キャリアを排除
するべく構成され得る。排他接点については公知であ
り、例えばゲルマニウムに関連してProc.Phys.Soc.LXVI
II 1−Ｂ（1954年）43〜50頁に掲載のアーサー他論文に
も記載されている通りである。この種の接点の特徴は、
バイアスされた時少数キャリアが接点に隣接する領域か
ら排除される点にある。排他接点は、第２の領域の中に
これと同じ導電率形の縮退ドープした第１の領域を形成
することにより設けられる。すなわち、第２の領域がそ
れぞれｎ形かｐ形かによって、縮退ドープした第１の領
域はそれぞれn+またはp+となり、n+nまたはp+pの構造が
形成される。排他接点はこの他にヘテロ接点構造として
もよい。ヘテロ接合構造は、多数キャリアの形が類似し
かつバンドギャップのより広い異種の半導体材料の層を
備えた第１の領域を第２の領域に設けることで作られ
る。すなわちこの構造は、第２の領域がｎ形かｐ形かに
よってそれぞれｎｎまたはｐｐとなり、ｐ及びｎの下線
はバンドギャップが広い方の材料を示している。かかる
例には、組成パラメータのｘが２つの領域で異なるCdxH
g1-xTe（CMT）が含まれる。
するべく構成され得る。排他接点については公知であ
り、例えばゲルマニウムに関連してProc.Phys.Soc.LXVI
II 1−Ｂ（1954年）43〜50頁に掲載のアーサー他論文に
も記載されている通りである。この種の接点の特徴は、
バイアスされた時少数キャリアが接点に隣接する領域か
ら排除される点にある。排他接点は、第２の領域の中に
これと同じ導電率形の縮退ドープした第１の領域を形成
することにより設けられる。すなわち、第２の領域がそ
れぞれｎ形かｐ形かによって、縮退ドープした第１の領
域はそれぞれn+またはp+となり、n+nまたはp+pの構造が
形成される。排他接点はこの他にヘテロ接点構造として
もよい。ヘテロ接合構造は、多数キャリアの形が類似し
かつバンドギャップのより広い異種の半導体材料の層を
備えた第１の領域を第２の領域に設けることで作られ
る。すなわちこの構造は、第２の領域がｎ形かｐ形かに
よってそれぞれｎｎまたはｐｐとなり、ｐ及びｎの下線
はバンドギャップが広い方の材料を示している。かかる
例には、組成パラメータのｘが２つの領域で異なるCdxH
g1-xTe（CMT）が含まれる。
本発明について充分に理解できるように、添付図面を
参照しながら、１つの実施態様に関して、例示的意味に
おいてのみ説明することにする。
参照しながら、１つの実施態様に関して、例示的意味に
おいてのみ説明することにする。
第１図を参照すると、カドミウムテルル化銀合金のヘ
テロ構造体で成る赤外線検出器ダイオード10が示されて
いる。ダイオード10は第１の半導体領域としてのｐ領域
12と、第２の半導体領域としての僅かにドープしたｐ形
またはp-形感光領域14と、第３の半導体領域としてのｎ
形またはｎ領域16とを有している。領域12,14,16は、そ
れぞれｐp-とp- ｎのヘテロ接合である中間領域18と20を
有する。下線の（−）は、異種物質間の接合であること
を示し、その中でｎまたはｐは、エネルギーギャップの
高い物質であることを示す。後述するようにｐp-ヘテロ
接合18は、少数キャリアが領域12から、活性感光領域と
なるように構成された領域14へと注入されるのを阻止す
る排他接点である。さらにp- ｎヘテロ接合20は、少数キ
ャリアの拡散長の中で、感光領域14から少数キャリアを
抽出する抽出領域である。従って領域14は、ヘテロ接合
18と20の間の範囲で、少数キャリア拡散長より小さいか
または実質的にこれと等しくなるように構成される。ダ
イオード10に具備された電極22及び24は、バイアス電圧
を印加するよう構成されている。ダイオード10は矢印26
で示されるように、領域16を介して領域14へと長手方向
に通過する赤外線光子を検出するべく構成されている。
テロ構造体で成る赤外線検出器ダイオード10が示されて
いる。ダイオード10は第１の半導体領域としてのｐ領域
12と、第２の半導体領域としての僅かにドープしたｐ形
またはp-形感光領域14と、第３の半導体領域としてのｎ
形またはｎ領域16とを有している。領域12,14,16は、そ
れぞれｐp-とp- ｎのヘテロ接合である中間領域18と20を
有する。下線の（−）は、異種物質間の接合であること
を示し、その中でｎまたはｐは、エネルギーギャップの
高い物質であることを示す。後述するようにｐp-ヘテロ
接合18は、少数キャリアが領域12から、活性感光領域と
なるように構成された領域14へと注入されるのを阻止す
る排他接点である。さらにp- ｎヘテロ接合20は、少数キ
ャリアの拡散長の中で、感光領域14から少数キャリアを
抽出する抽出領域である。従って領域14は、ヘテロ接合
18と20の間の範囲で、少数キャリア拡散長より小さいか
または実質的にこれと等しくなるように構成される。ダ
イオード10に具備された電極22及び24は、バイアス電圧
を印加するよう構成されている。ダイオード10は矢印26
で示されるように、領域16を介して領域14へと長手方向
に通過する赤外線光子を検出するべく構成されている。
ダイオード材料はCdxHg1-xTeの合金組成を有し、その
中の組成パラメータｘは、領域12,14,16の間で変化す
る。パラメータｘは、また必要なダイオード使用温度や
光学的カットオフ波長λｃによっても変わる。表１はダ
イオード使用温度を295Kと190Kとして、領域12,14,16の
各材料に適するｘの値を示したものである。対応するカ
ットオフ波長の値も示してある。
中の組成パラメータｘは、領域12,14,16の間で変化す
る。パラメータｘは、また必要なダイオード使用温度や
光学的カットオフ波長λｃによっても変わる。表１はダ
イオード使用温度を295Kと190Kとして、領域12,14,16の
各材料に適するｘの値を示したものである。対応するカ
ットオフ波長の値も示してある。
領域12におけるドーピングレベルは十分に高くして、
少数キャリアの排除が得られるようにする。すなわち電
界が少数キャリア（電子）を接点22からｐｐヘテロ接合
18へ駆逐してしまわないようにする。このことは、
［NA］−［ND］≧１×1017cm-3であれば満足され得る。
領域14内のドーピングレベルは十分に低くして、ダイオ
ード使用温度とゼロバイアス条件下で、ほぼ真性の特性
が生まれるようにする。このためには、［NA］−［ND］
≦１×1016cm-3であることが必要である。領域16におけ
るドーピングレベルは十分に高くして、ダイオード使用
温度において材料が自然に外因性となり、少数キャリア
抽出を得るようにする。すなわち、p- ｎヘテロ接合20に
おいて低い逆飽和電流を得るようにする。このことは少
なくとも［ND］−［NA］≧１×1016cm-3によって満足さ
れる。
少数キャリアの排除が得られるようにする。すなわち電
界が少数キャリア（電子）を接点22からｐｐヘテロ接合
18へ駆逐してしまわないようにする。このことは、
［NA］−［ND］≧１×1017cm-3であれば満足され得る。
領域14内のドーピングレベルは十分に低くして、ダイオ
ード使用温度とゼロバイアス条件下で、ほぼ真性の特性
が生まれるようにする。このためには、［NA］−［ND］
≦１×1016cm-3であることが必要である。領域16におけ
るドーピングレベルは十分に高くして、ダイオード使用
温度において材料が自然に外因性となり、少数キャリア
抽出を得るようにする。すなわち、p- ｎヘテロ接合20に
おいて低い逆飽和電流を得るようにする。このことは少
なくとも［ND］−［NA］≧１×1016cm-3によって満足さ
れる。
領域12は十分に長く構成して、接点22から注入された
少数キャリア（電子）がｐp-ヘテロ接合18まで達しない
ようにする。この基準が満足されるのは、領域12内の電
界が十分に低く、少数キャリアの輸送は拡散により行わ
れると共に、領域12が少なくとも少数キャリア拡散長の
３つ分の長さを有しているか、または１×1017cm-3以上
の［NA］−［ND］について〜150μｍを超える場合であ
る。領域14の合金組成及びドーピングレベルは、数百オ
ングストロームの距離に亘って領域16のそれらに対して
漸進的に変化させることにより、著しい電子障壁が形成
されないようにする。領域14は少なくとも光学的吸収長
の長さとするが、先にも述べたように少数キャリア拡散
長より短かいか、またはこれと実質的に等しくする。
少数キャリア（電子）がｐp-ヘテロ接合18まで達しない
ようにする。この基準が満足されるのは、領域12内の電
界が十分に低く、少数キャリアの輸送は拡散により行わ
れると共に、領域12が少なくとも少数キャリア拡散長の
３つ分の長さを有しているか、または１×1017cm-3以上
の［NA］−［ND］について〜150μｍを超える場合であ
る。領域14の合金組成及びドーピングレベルは、数百オ
ングストロームの距離に亘って領域16のそれらに対して
漸進的に変化させることにより、著しい電子障壁が形成
されないようにする。領域14は少なくとも光学的吸収長
の長さとするが、先にも述べたように少数キャリア拡散
長より短かいか、またはこれと実質的に等しくする。
第２図を参照すると、第１図のダイオード10の対応す
る領域の真下にダイオード特性を示している。グラフ30
と32は、それぞれゼロバイアスでの導電帯域端エネルギ
ーEcと、価電子帯域端エネルギーEvがダイオード10に沿
って変化する様子を概略的に示している。領域12と14に
おける少数キャリアまたは電子の密度［ｎ］は、それぞ
れ平衡（ゼロバイアス）状態及び逆バイアス状態のキャ
リア濃度に対応する実線及び点線のグラフ34,35,36,38
によって、対数目盛で概略的に示されている。点線40と
42はそれぞれ、排他ヘテロ接合18と抽出ヘテロ接合20の
位置を示す。グラフ30の点線領域44は、領域14と16の組
成及びドーピングレベルを漸進的に変化させることによ
ってこの２つを互いに融合させていない場合の抽出ヘテ
ロ接合20に形成されていた電子障壁の位置を示す。
る領域の真下にダイオード特性を示している。グラフ30
と32は、それぞれゼロバイアスでの導電帯域端エネルギ
ーEcと、価電子帯域端エネルギーEvがダイオード10に沿
って変化する様子を概略的に示している。領域12と14に
おける少数キャリアまたは電子の密度［ｎ］は、それぞ
れ平衡（ゼロバイアス）状態及び逆バイアス状態のキャ
リア濃度に対応する実線及び点線のグラフ34,35,36,38
によって、対数目盛で概略的に示されている。点線40と
42はそれぞれ、排他ヘテロ接合18と抽出ヘテロ接合20の
位置を示す。グラフ30の点線領域44は、領域14と16の組
成及びドーピングレベルを漸進的に変化させることによ
ってこの２つを互いに融合させていない場合の抽出ヘテ
ロ接合20に形成されていた電子障壁の位置を示す。
ダイオード10は、次のように動作する。表１に示した
ように、領域14のカットオフ波長λｃは、そのバンドギ
ャップが小さいために領域12及び領域16のカットオフ波
長よりずっと長くなっている。領域16と14のカットオフ
値の中間の波長の放射線が、矢印26で示されるように領
域16を通過し、領域14に吸収される（領域12も経由して
もよい）。電極22を電極24に関して負にバイアスする。
段階的（グレーデッド）p- ｎヘテロ接合20が、ダイオー
ド10の特性を提供し、逆バイアスされる。該p- ｎヘテロ
接合20は、領域16から領域14へ流れる正孔による逆漏れ
電流を防止する。ｐp-ヘテロ接合18は、先に述べたよう
に排他接点であり、すなわち正孔（多数キャリア）が領
域14から領域12へと自由に流れるが、領域12から領域14
へ流れる電子（少数キャリア）の流れはごく小さいとい
う、周知の種類の接点である。電極22を負にバイアスし
た場合、電子密度はグラフ36と38に示されるように、領
域14において低下する。これは電子が領域14から、導電
帯域端エネルギーの低い（グラフ30）領域16へと拡散す
るが、排他接点のヘテロ接合18からは補充することがで
きないためである。このことから「ダム（weir）」また
はシンク（sink）の効果が生まれて、そちらに向かって
拡散が生じるが、そこから少数キャリアが帰還すること
は阻止される。その結果、感光領域14の少数キャリア濃
度は平衡条件下での通常の真性レベルより相当低くな
る。少数キャリア濃度が減少すると、該領域での空間電
荷の蓄積を避けるために、多数キャリア濃度も同じだけ
下がり、少数キャリア濃度及び多数キャリア濃度の低下
は、伝導作用に対する真性寄与の低下となる。従ってそ
のバイアスの効果によって、不便で高価な冷却装置を用
いてしか赤外線検出器において通常得られない外因的性
質と同等の動的状況が生み出されるのである。８〜12μ
ｍの波長領域に感応する赤外線検出器は、通常80Kまで
冷却され、３〜５μｍの波長に感応するものは200Kまで
冷却される。本発明ではこの点をそれぞれ200K及び周囲
温度にまで改良したため、先行技術の冷却装置の特徴を
有するが、冷却要件は大幅に軽減された赤外線検出器が
提供される。
ように、領域14のカットオフ波長λｃは、そのバンドギ
ャップが小さいために領域12及び領域16のカットオフ波
長よりずっと長くなっている。領域16と14のカットオフ
値の中間の波長の放射線が、矢印26で示されるように領
域16を通過し、領域14に吸収される（領域12も経由して
もよい）。電極22を電極24に関して負にバイアスする。
段階的（グレーデッド）p- ｎヘテロ接合20が、ダイオー
ド10の特性を提供し、逆バイアスされる。該p- ｎヘテロ
接合20は、領域16から領域14へ流れる正孔による逆漏れ
電流を防止する。ｐp-ヘテロ接合18は、先に述べたよう
に排他接点であり、すなわち正孔（多数キャリア）が領
域14から領域12へと自由に流れるが、領域12から領域14
へ流れる電子（少数キャリア）の流れはごく小さいとい
う、周知の種類の接点である。電極22を負にバイアスし
た場合、電子密度はグラフ36と38に示されるように、領
域14において低下する。これは電子が領域14から、導電
帯域端エネルギーの低い（グラフ30）領域16へと拡散す
るが、排他接点のヘテロ接合18からは補充することがで
きないためである。このことから「ダム（weir）」また
はシンク（sink）の効果が生まれて、そちらに向かって
拡散が生じるが、そこから少数キャリアが帰還すること
は阻止される。その結果、感光領域14の少数キャリア濃
度は平衡条件下での通常の真性レベルより相当低くな
る。少数キャリア濃度が減少すると、該領域での空間電
荷の蓄積を避けるために、多数キャリア濃度も同じだけ
下がり、少数キャリア濃度及び多数キャリア濃度の低下
は、伝導作用に対する真性寄与の低下となる。従ってそ
のバイアスの効果によって、不便で高価な冷却装置を用
いてしか赤外線検出器において通常得られない外因的性
質と同等の動的状況が生み出されるのである。８〜12μ
ｍの波長領域に感応する赤外線検出器は、通常80Kまで
冷却され、３〜５μｍの波長に感応するものは200Kまで
冷却される。本発明ではこの点をそれぞれ200K及び周囲
温度にまで改良したため、先行技術の冷却装置の特徴を
有するが、冷却要件は大幅に軽減された赤外線検出器が
提供される。
この例は中でも先に述べた半導体オージェ効果の抑制
を生み出すため、オージェ抑制赤外線ダイオード検出器
と呼ぶこともできる。
を生み出すため、オージェ抑制赤外線ダイオード検出器
と呼ぶこともできる。
第１図と第２図の実施態様は、ヘテロ構造ダイオード
の意味合いから説明されたが、ｐ及びｎの領域12,16は
縮退的にドープした領域あるいはそれぞれp+及びn+領域
に代えてもよい。後者の場合、同じ半導体材料であるが
ドーピングが異なる３つの領域12,14,16の単一構造が生
まれ、同じような特性が与えられる。
の意味合いから説明されたが、ｐ及びｎの領域12,16は
縮退的にドープした領域あるいはそれぞれp+及びn+領域
に代えてもよい。後者の場合、同じ半導体材料であるが
ドーピングが異なる３つの領域12,14,16の単一構造が生
まれ、同じような特性が与えられる。
次に第３図と第４図を参照すると、少数キャリアが装
置の感光領域に注入されるのを防ぐ手段の選択的な形式
が示されている。第３（ａ）と第３（ｂ）図は、同一半
導体材料で成るｐ領域52とn+領域54とを有する光検出器
50のそれぞれ平面図の側面図である。抽出接点は、領域
52と54の中間の56に形成されたpn接合である。ｐ領域52
は、２つの副次的バイアス可能n+領域60の間に狭窄部58
を有している。領域60と領域52の間に副次的pn接合62が
形成される。狭窄部58の中央から接合56までの距離
（Ｄ）は、少数キャリアの拡散長Ｌに実質的に等しいか
これより小さく、またこれよりずっと小さいことが望ま
しい。感光領域64は、狭窄部58と抽出接点56との間に位
置する。バイアス電極66,68,70によってバイアス50が完
成される。同様の構造80が、それぞれ平面図と側面図で
ある第４（ａ）図と第４（ｂ）図に示されている。ここ
でｐ領域82とn+領域84とは、干渉抽出pn接合接点86を生
み出し、副次的バイアス可能n+領域90が関連する副次的
pn接合92と共に狭窄部88を作っている。デバイス80は狭
窄部88と接合86との間に感光領域94を有する。バイアス
電極96,98,100によってデバイス80が完成される。
置の感光領域に注入されるのを防ぐ手段の選択的な形式
が示されている。第３（ａ）と第３（ｂ）図は、同一半
導体材料で成るｐ領域52とn+領域54とを有する光検出器
50のそれぞれ平面図の側面図である。抽出接点は、領域
52と54の中間の56に形成されたpn接合である。ｐ領域52
は、２つの副次的バイアス可能n+領域60の間に狭窄部58
を有している。領域60と領域52の間に副次的pn接合62が
形成される。狭窄部58の中央から接合56までの距離
（Ｄ）は、少数キャリアの拡散長Ｌに実質的に等しいか
これより小さく、またこれよりずっと小さいことが望ま
しい。感光領域64は、狭窄部58と抽出接点56との間に位
置する。バイアス電極66,68,70によってバイアス50が完
成される。同様の構造80が、それぞれ平面図と側面図で
ある第４（ａ）図と第４（ｂ）図に示されている。ここ
でｐ領域82とn+領域84とは、干渉抽出pn接合接点86を生
み出し、副次的バイアス可能n+領域90が関連する副次的
pn接合92と共に狭窄部88を作っている。デバイス80は狭
窄部88と接合86との間に感光領域94を有する。バイアス
電極96,98,100によってデバイス80が完成される。
デバイス50の動作は下記の通りである。電極66が負に
バイアスされ、電極68と70は正にバイアスされる。この
ことによって抽出接点またはpn接合56が逆バイアスさ
れ、また副次的pn接合62も逆バイアスされる。少数キャ
リア（電子）が電極66からｐ領域52（また感光領域64）
に注入されないように、バイアスされた副次的pn接合62
が阻止する。さらに抽出接点56の働きで、感光領域64か
ら少数キャリアが抽出される。このことは感光領域64に
おける少数キャリアの密度を大幅に抑制する。同じよう
な効果が、デバイス80においても生じる。
バイアスされ、電極68と70は正にバイアスされる。この
ことによって抽出接点またはpn接合56が逆バイアスさ
れ、また副次的pn接合62も逆バイアスされる。少数キャ
リア（電子）が電極66からｐ領域52（また感光領域64）
に注入されないように、バイアスされた副次的pn接合62
が阻止する。さらに抽出接点56の働きで、感光領域64か
ら少数キャリアが抽出される。このことは感光領域64に
おける少数キャリアの密度を大幅に抑制する。同じよう
な効果が、デバイス80においても生じる。
次に第５図を参照すると、ｐ領域52に関して光検出器
50に沿う距離ｘに対してプロットした少数キャリア（電
子）密度ｎの概略グラフ110が示されている。グラフ110
は第３（ａ）,3（ｂ）図に示したバイアス下のデバイス
50に対応するものである。第５図は比較が容易なように
第３図の真下に同じ目盛りで示されている。グラフ110
では、電極66の位置するｘ＝０の地点における真性少数
キャリア濃度の値をniとしている。副次的バイアスpn接
合62の効果は、グラフ110ではｘ＝０でのniから狭窄部5
8の中央のｘ＝x1まで降下することによって推論でき
る。その後グラフ110は、感光領域64の中程のｘ＝x2に
達するまで低い値で実質的に一定となる。抽出接点56
は、ｘ＝x3の地点にあり、ｘ＝x2からｘ＝x3まで（感光
領域64の右手部分）、グラフ110は漸進的にゼロまで下
がって行く。
50に沿う距離ｘに対してプロットした少数キャリア（電
子）密度ｎの概略グラフ110が示されている。グラフ110
は第３（ａ）,3（ｂ）図に示したバイアス下のデバイス
50に対応するものである。第５図は比較が容易なように
第３図の真下に同じ目盛りで示されている。グラフ110
では、電極66の位置するｘ＝０の地点における真性少数
キャリア濃度の値をniとしている。副次的バイアスpn接
合62の効果は、グラフ110ではｘ＝０でのniから狭窄部5
8の中央のｘ＝x1まで降下することによって推論でき
る。その後グラフ110は、感光領域64の中程のｘ＝x2に
達するまで低い値で実質的に一定となる。抽出接点56
は、ｘ＝x3の地点にあり、ｘ＝x2からｘ＝x3まで（感光
領域64の右手部分）、グラフ110は漸進的にゼロまで下
がって行く。
グラフ110はＤ、すなわち前述の感光領域64の長さでx
1−x3に等しいものが、領域52の少数キャリア拡散長で
あるＬよりはるかに小さい場合の状況を反映している。
これは、接点56における少数キャリア抽出効果が最大化
されているため、好適な実施態様である。抽出接点にお
ける少数キャリア抽出は、接点から少数キャリア拡散長
に実質的に等しい距離だけ延びている領域で生じるが、
その効果は接点近辺で最大となる。感光領域の長さＤは
従って、少数キャリア拡散長Ｌより余り大きくなっては
ならず、それよりはるかに小さい方が望ましいのであ
る。もしＤ＞Ｌの場合、それは感光領域が完全に少数キ
ャリア排他の対象となっておらず、ノイズが低くなると
いう利益もないことを意味する。ＤがＬを超えて大きく
なるに従って、ノイズもそれに応じて増加する。従って
ノイズ特性においてシャープな変化がなくなる代り、次
第に悪化して行く。赤外線検出器の分野の当業者であれ
ば、ノイズの程度と感光面積との間にはかね合いがあ
り、個々の検出器の用途で解決せねばならない問題であ
ることが理解できるであろう。
1−x3に等しいものが、領域52の少数キャリア拡散長で
あるＬよりはるかに小さい場合の状況を反映している。
これは、接点56における少数キャリア抽出効果が最大化
されているため、好適な実施態様である。抽出接点にお
ける少数キャリア抽出は、接点から少数キャリア拡散長
に実質的に等しい距離だけ延びている領域で生じるが、
その効果は接点近辺で最大となる。感光領域の長さＤは
従って、少数キャリア拡散長Ｌより余り大きくなっては
ならず、それよりはるかに小さい方が望ましいのであ
る。もしＤ＞Ｌの場合、それは感光領域が完全に少数キ
ャリア排他の対象となっておらず、ノイズが低くなると
いう利益もないことを意味する。ＤがＬを超えて大きく
なるに従って、ノイズもそれに応じて増加する。従って
ノイズ特性においてシャープな変化がなくなる代り、次
第に悪化して行く。赤外線検出器の分野の当業者であれ
ば、ノイズの程度と感光面積との間にはかね合いがあ
り、個々の検出器の用途で解決せねばならない問題であ
ることが理解できるであろう。
次に第６図を参照すると、本発明のさらに別の赤外線
検出器120の平面図が示されている。検出器120は、周辺
の負のバイアス電極124を有する広面積ｐ領域122から成
る。領域122は、拡散されないn+領域126の規則的な二次
元アレーを備えている。非拡散n+領域126は、pn接合抽
出接点（図示せず）を生じ、正のバイアス電極（図示せ
ず）を備えている。図示のように、アレーは最寄のn+領
域との間隔をＤ≪Ｌとする六角形状である。この時のパ
ラメータＤは、各n+領域126からおよそD/2延びるそれぞ
れの感光領域の直径にほぼ相当する。
検出器120の平面図が示されている。検出器120は、周辺
の負のバイアス電極124を有する広面積ｐ領域122から成
る。領域122は、拡散されないn+領域126の規則的な二次
元アレーを備えている。非拡散n+領域126は、pn接合抽
出接点（図示せず）を生じ、正のバイアス電極（図示せ
ず）を備えている。図示のように、アレーは最寄のn+領
域との間隔をＤ≪Ｌとする六角形状である。この時のパ
ラメータＤは、各n+領域126からおよそD/2延びるそれぞ
れの感光領域の直径にほぼ相当する。
第６図の配置により、拡散長の制限なしに少数キャリ
アの抽出効果を拡張することが可能となる。従って、少
数キャリアがそこから排除される感光領域は、無限に拡
張することができる。この場合、n+領域は全て一緒に連
結されて、共通のあるいは加算された光電流を提供す
る。あるいはまた、各領域126からの光電流を別個に検
出して、２次元アレーに対し個々の画素を与えるように
してもよい。このような方法を組合せて、各画素が数個
の個別領域126からの出力の合計となるようにすること
もできる。
アの抽出効果を拡張することが可能となる。従って、少
数キャリアがそこから排除される感光領域は、無限に拡
張することができる。この場合、n+領域は全て一緒に連
結されて、共通のあるいは加算された光電流を提供す
る。あるいはまた、各領域126からの光電流を別個に検
出して、２次元アレーに対し個々の画素を与えるように
してもよい。このような方法を組合せて、各画素が数個
の個別領域126からの出力の合計となるようにすること
もできる。
第3,4,6図のデバイスのCMTの例に関するパラメータは
次のようになる。デバイスはCdxHg1-xTeで作られ、ｘは
それぞれ周囲温度で５μｍのカットオフについて0.26
5、または200Kで11μｍのカットオフについて0.19とな
る。全てのｎ領域でのドーピングレベルは、十分に高く
して（1017〜1018cm-3、標準的には３×1017cm-3）、使
用温度で外因性導電作用が維持されるようにする。どの
場合でもｐまたは感光領域はわずかにドープして（1015
〜1016cm-3、標準的に５×1015cm-3）、使用温度でどち
らも真性の導電作用が達成できるように、またショクレ
ー・リード（Schockley.Read）発生／再結合により少数
キャリアの寿命が制限されるのを防止する。第６図にお
いて、各n+領域126の直径は約10μｍで、最寄りの領域
との分離は約20μｍである。
次のようになる。デバイスはCdxHg1-xTeで作られ、ｘは
それぞれ周囲温度で５μｍのカットオフについて0.26
5、または200Kで11μｍのカットオフについて0.19とな
る。全てのｎ領域でのドーピングレベルは、十分に高く
して（1017〜1018cm-3、標準的には３×1017cm-3）、使
用温度で外因性導電作用が維持されるようにする。どの
場合でもｐまたは感光領域はわずかにドープして（1015
〜1016cm-3、標準的に５×1015cm-3）、使用温度でどち
らも真性の導電作用が達成できるように、またショクレ
ー・リード（Schockley.Read）発生／再結合により少数
キャリアの寿命が制限されるのを防止する。第６図にお
いて、各n+領域126の直径は約10μｍで、最寄りの領域
との分離は約20μｍである。
次に第７図を参照すると、第６図の実施態様を基礎
に、製造が簡単なように構成した光検出器140の断面図
（一定比例ではない）が示される。光検出器140は、感
光ｐ領域142を有し、それと共に頂部バイアス電極構造1
44と抽出接点を提供する非拡散n+領域146を有してい
る。電極構造144は、細線導電体の光透過ネットワーク
としても、導電性の透明層としてもよい。底部バイアス
電極構造148は、各n+領域146に対して個々のまたは共通
の接続を与えている。この構造はリトグラフィー技術に
よる製造が比較的容易である。ｐ領域142の厚さは、n+
領域126の間の間隔と同じく、また拡散長よりずっと小
さくするのが望ましい。矢印150で示されるように、光
検出器140は上からの照光を意図したものである。
に、製造が簡単なように構成した光検出器140の断面図
（一定比例ではない）が示される。光検出器140は、感
光ｐ領域142を有し、それと共に頂部バイアス電極構造1
44と抽出接点を提供する非拡散n+領域146を有してい
る。電極構造144は、細線導電体の光透過ネットワーク
としても、導電性の透明層としてもよい。底部バイアス
電極構造148は、各n+領域146に対して個々のまたは共通
の接続を与えている。この構造はリトグラフィー技術に
よる製造が比較的容易である。ｐ領域142の厚さは、n+
領域126の間の間隔と同じく、また拡散長よりずっと小
さくするのが望ましい。矢印150で示されるように、光
検出器140は上からの照光を意図したものである。
本発明に関して上に挙げた例の何れについても、感光
領域のいかなる表面でも少数キャリアの発生率を最小化
することが望まれる。表面不活性によりこれを達成する
手段は、CMT検出器の分野で周知である。
領域のいかなる表面でも少数キャリアの発生率を最小化
することが望まれる。表面不活性によりこれを達成する
手段は、CMT検出器の分野で周知である。
第１図は本発明の赤外線検出器の概略図である。 第２図は、本発明のデバイスに沿っての導電帯域端エネ
ルギー、価電子帯域端エネルギー、少数キャリア濃度の
変化を示す。 第３図（ａ）図、第３（ｂ）図、第４（ａ）図及び第４
（ｂ）図は、本発明の光検出器の平面図と側面図であ
る。 第５図は、第３図のデバイスに沿う少数キャリア濃度の
略グラフを示す。 第６図と第７図は、本発明の別の光検出器であり、多重
抽出接点を有するものを示す。 10,50,80,120,140……光検出器、14,64,94……感光領
域、18……排他接点、20……少数キャリア抽出領域、6
2,92……pn接合、66,96……バイアス電極。
ルギー、価電子帯域端エネルギー、少数キャリア濃度の
変化を示す。 第３図（ａ）図、第３（ｂ）図、第４（ａ）図及び第４
（ｂ）図は、本発明の光検出器の平面図と側面図であ
る。 第５図は、第３図のデバイスに沿う少数キャリア濃度の
略グラフを示す。 第６図と第７図は、本発明の別の光検出器であり、多重
抽出接点を有するものを示す。 10,50,80,120,140……光検出器、14,64,94……感光領
域、18……排他接点、20……少数キャリア抽出領域、6
2,92……pn接合、66,96……バイアス電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テイマスイ・アシユリ イギリス国、ウスターシヤー、マルヴア ーン・リンク、ベルモント・ロウド・36 (56)参考文献 特開 昭59−80978（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−2078（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−12998（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (8)
- 【請求項１】所与の動作温度を有し、第１、第２及び第
３の半導体領域、並びに、第１及び第２のインターフェ
ースを含んでおり、該第１及び第２のインターフェース
が、夫々、前記第１の半導体領域と第２の半導体領域と
の間、並びに、前記第２の半導体領域と前記第３の半導
体領域との間を接続し、前記第１の半導体領域が前記動
作温度で外因性となるべく一方の導電形のための不純物
にて十分に高い濃度でドープされており、前記第３の半
導体が前記動作温度で外因性となるべく他方の導電形の
ための不純物にて十分に高い濃度でドープされており、
前記第２の半導体領域が感光性である光検出器であっ
て、 前記第２の半導体領域がバイアスされていない際に前記
動作温度で真性であるべく前記一方の導電形のための不
純物にて十分に低い濃度でドープされており、 前記第１のインターフェースが、バイアスされたとき前
記第２の半導体領域への該領域の少数キャリアと同型の
キャリアの供給を禁止するように設けられた排他接点で
あり、 前記第２のインターフェースが、逆バイアスされた際に
前記第２の半導体領域から該領域の少数キャリアを抽出
するべく設けられたpn接合であり、 前記第１及び第２のインターフェースが互いに少数キャ
リア拡散長より長く離れていず、 前記第２の半導体領域がバイアスされた際に、該第２の
半導体領域における少数キャリア濃度が減少することを
特徴とする光検出器。 - 【請求項２】前記第１の半導体領域が、前記第２の半導
体領域のバンドギャップより広いバンドキャップを有す
る半導体物質から成る特許請求の範囲第１項に記載の光
検出器。 - 【請求項３】前記第３の半導体領域が、前記第２の半導
体領域のバンドギャップより広いバンドギャップを有す
る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の光検出器。 - 【請求項４】前記検出器がCdxHg1-xTe系の材料から成
り、ｘが組成パラメータである特許請求の範囲第１項か
ら第３項のいずれか一項に記載の光検出器。 - 【請求項５】前記第１及び第３の半導体領域が、十分に
ドープされており、かつ前記第２の半導体領域と同一の
半導体材料から成る特許請求の範囲第１項に記載の光検
出器。 - 【請求項６】所与の動作温度を有し、第１、第２及び第
３の半導体領域、並びに、第１及び第２のインターフェ
ースを含んでおり、該第１及び第２のインターフェース
が、夫々、前記第１の半導体領域と第２の半導体領域と
の間、並びに、前記第２の半導体領域と前記第３の半導
体領域との間を接続し、前記第１及び第３の半導体領域
が前記動作温度で外因性となるべく一方の導電形のため
の不純物にて十分に高い濃度でドープされており、前記
第２の半導体領域が感光性である光検出器であって、 前記第２の半導体領域がバイアスされていない際に前記
動作温度で真性であるべく他方の導電形のための不純物
にて十分に低い濃度でドープされており、 前記第１のインターフェースが、逆バイアスされた際に
バイアス電流源からの第２の半導体領域の少数キャリア
と同型のキャリアを抽出する抽出接点を与える副次的pn
接合であり、 前記第２のインターフェースが、逆バイアスされた際に
前記第２の半導体領域から該領域の少数キャリアを抽出
するべく設けられたpn接合であり、 前記第１及び第２のインターフェースが互いに少数キャ
リア拡散長より長く離れていず、 前記第２の半導体領域がバイアスされた際に、該第２の
半導体領域における少数キャリア濃度が減少することを
特徴とする光検出器。 - 【請求項７】複数の第１の半導体領域を有しており、複
数の第１のインターフェースが前記第２の半導体領域へ
の少数キャリアの供給を禁止するべく設けられている特
許請求の範囲第６項に記載の光検出器。 - 【請求項８】前記第１及び第３の半導体領域は等価でか
つ前記第２の半導体領域に亘って分布されており、かか
る各半導体領域は両方とも前記第２の半導体領域への少
数キャリアの供給を禁止し、前記第２の半導体領域から
少数キャリアを抽出し、かつ前記第２の半導体領域を介
してバイアス電流を受けるように設けられている特許請
求の範囲第７項に記載の光検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8417303 | 1984-07-06 | ||
| GB848417303A GB8417303D0 (en) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | Infra-red detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6126269A JPS6126269A (ja) | 1986-02-05 |
| JP2571760B2 true JP2571760B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=10563528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60146442A Expired - Lifetime JP2571760B2 (ja) | 1984-07-06 | 1985-07-03 | 光検出器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5016073A (ja) |
| EP (1) | EP0167305B1 (ja) |
| JP (1) | JP2571760B2 (ja) |
| DE (1) | DE3587973T2 (ja) |
| GB (1) | GB8417303D0 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8828348D0 (en) * | 1988-12-05 | 1989-01-05 | Secr Defence | Photodetector |
| GB9100351D0 (en) * | 1991-01-08 | 1991-02-20 | Secr Defence | Semiconductor heterostructure device |
| USRE38582E1 (en) | 1995-10-05 | 2004-09-14 | Qinetiq Limited | Semiconductor diode with suppression of auger generation processes |
| GB9520324D0 (en) * | 1995-10-05 | 1995-12-06 | Secr Defence | Improved auger suppressed device |
| GB9623704D0 (en) | 1996-11-14 | 1997-01-08 | Secr Defence | Infra-red detector |
| GB9814462D0 (en) * | 1998-07-04 | 1998-09-02 | Secr Defence | Infrared light emitting diodes |
| GB2362506A (en) * | 2000-05-19 | 2001-11-21 | Secr Defence | Field effect transistor with an InSb quantum well and minority carrier extraction |
| US6603184B2 (en) | 2000-09-06 | 2003-08-05 | Applied Optoelectronics, Inc. | Double heterostructure photodiode with graded minority-carrier blocking structures |
| AUPR174800A0 (en) | 2000-11-29 | 2000-12-21 | Australian National University, The | Semiconductor processing |
| EP1461834A4 (en) * | 2001-11-29 | 2010-06-09 | Origin Energy Solar Pty Ltd | SEMICONDUCTOR texturing |
| CN100474634C (zh) * | 2002-02-01 | 2009-04-01 | 派克米瑞斯公司 | 改进的光电探测器 |
| JP2003240861A (ja) * | 2002-02-20 | 2003-08-27 | Canon Inc | 放射線検出素子、放射線撮像装置及び放射線検出方法 |
| US20040109692A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-10 | James Plante | FSO communication systems having high performance detectors |
| US6906358B2 (en) * | 2003-01-30 | 2005-06-14 | Epir Technologies, Inc. | Nonequilibrium photodetector with superlattice exclusion layer |
| IL156744A (en) * | 2003-07-02 | 2011-02-28 | Semi Conductor Devices An Elbit Systems Rafael Partnership | Depletion-less photodiode with suppressed dark current |
| EP1667239A4 (en) * | 2003-09-09 | 2008-08-06 | Asahi Kasei Emd Corp | INFRARED SENSOR IC, INFRARED SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| US20050056829A1 (en) * | 2003-09-17 | 2005-03-17 | Green Michael C. | Reducing dark current of photoconductor using heterojunction that maintains high x-ray sensitivity |
| EP1624284B1 (en) | 2004-07-29 | 2017-07-19 | STMicroelectronics Srl | Mems-type high-sensitivity inertial sensor and manufacturing process thereof |
| US7368762B2 (en) * | 2005-01-06 | 2008-05-06 | Teledyne Licensing, Llc | Heterojunction photodiode |
| US7459730B1 (en) * | 2005-09-20 | 2008-12-02 | Drs Sensors & Targeting Systems, Inc. | Separate absorption and detection diode for VLWIR |
| AT503818B1 (de) * | 2006-07-27 | 2008-01-15 | Univ Linz | Vorrichtung zum umwandeln infraroter strahlung in elektrischen strom |
| US7821807B2 (en) * | 2008-04-17 | 2010-10-26 | Epir Technologies, Inc. | Nonequilibrium photodetectors with single carrier species barriers |
| JP5522932B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2014-06-18 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置及び光電変換装置の駆動方法 |
| WO2015171572A1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-11-12 | Trustees Of Boston University | Dark current mitigation with diffusion control |
| WO2017019158A1 (en) * | 2015-07-28 | 2017-02-02 | University Of Rochester | Low dark current, resonant cavity-enhanced infrared photodetectors |
| FR3041815B1 (fr) | 2015-09-25 | 2020-02-21 | Thales | Photodetecteur comprenant un empilement de couches superposees |
| US10490687B2 (en) * | 2018-01-29 | 2019-11-26 | Waymo Llc | Controlling detection time in photodetectors |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1023833A (en) * | 1974-03-01 | 1978-01-03 | Henry Kressel | Optical radiation detector and method of making the same |
| JPS5112998A (ja) * | 1974-07-18 | 1976-01-31 | Nobuki Nagasawa | |
| US4000508A (en) * | 1975-07-17 | 1976-12-28 | Honeywell Inc. | Ohmic contacts to p-type mercury cadmium telluride |
| FR2363197A1 (fr) * | 1976-08-23 | 1978-03-24 | Ibm | Structure de photo-diode amelioree donnant une reponse en couleur bleue renforcee |
| US4144540A (en) * | 1978-02-06 | 1979-03-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Tunable infrared detector with narrow bandwidth |
| US4273596A (en) * | 1978-10-03 | 1981-06-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of preparing a monolithic intrinsic infrared focal plane charge coupled device imager |
| JPS55151225A (en) * | 1979-04-25 | 1980-11-25 | Gen Electric | Radiation ray detector |
| JPS55144512A (en) * | 1979-04-25 | 1980-11-11 | Gen Electric | Radiation detector |
| DE2927126A1 (de) * | 1979-07-05 | 1981-01-08 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Photodiode |
| US4250516A (en) * | 1979-08-06 | 1981-02-10 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Multistage avalanche photodetector |
| US4415370A (en) * | 1979-09-28 | 1983-11-15 | Fujitsu Limited | Method of beryllium implantation in germanium substrate |
| US4357620A (en) * | 1980-11-18 | 1982-11-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Liquid-phase epitaxial growth of cdTe on HgCdTe |
| US4341918A (en) * | 1980-12-24 | 1982-07-27 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | High voltage planar multijunction solar cell |
| US4376659A (en) * | 1981-06-01 | 1983-03-15 | Texas Instruments Incorporated | Process for forming semiconductor alloys having a desired bandgap |
| SE8103798L (sv) * | 1981-06-17 | 1982-12-18 | Asea Ab | Fotodiod for spektralanalys |
| EP0068652B1 (en) * | 1981-06-24 | 1988-05-25 | The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and | Photo diodes |
| DE3379441D1 (en) * | 1982-09-23 | 1989-04-20 | Secr Defence Brit | Infrared detectors |
-
1984
- 1984-07-06 GB GB848417303A patent/GB8417303D0/en active Pending
-
1985
- 1985-06-07 EP EP85304054A patent/EP0167305B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-06-07 DE DE3587973T patent/DE3587973T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1985-07-03 JP JP60146442A patent/JP2571760B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-10-22 US US07/600,126 patent/US5016073A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5016073A (en) | 1991-05-14 |
| EP0167305A3 (en) | 1987-09-16 |
| GB8417303D0 (en) | 1984-08-08 |
| EP0167305A2 (en) | 1986-01-08 |
| EP0167305B1 (en) | 1995-01-11 |
| JPS6126269A (ja) | 1986-02-05 |
| DE3587973T2 (de) | 1995-06-08 |
| DE3587973D1 (de) | 1995-02-23 |
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