JP2642286B2 - 少数キャリアをトラップする組成勾配および凹所を設けたコンタクトを含む光感応性装置およびその製造方法 - Google Patents
少数キャリアをトラップする組成勾配および凹所を設けたコンタクトを含む光感応性装置およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に光電子イメージ
感知技術に関し、特に光感応性層の表面において少数キ
ャリアをトラップし、過剰のキャリア寿命を増加させ、
それによって装置の光感応性を増加させるために勾配組
成光感応性層および凹所を設けたコンタクトを含む光検
出器または他の光感応性装置に関する。
感知技術に関し、特に光感応性層の表面において少数キ
ャリアをトラップし、過剰のキャリア寿命を増加させ、
それによって装置の光感応性を増加させるために勾配組
成光感応性層および凹所を設けたコンタクトを含む光検
出器または他の光感応性装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴ
ｅ）光導電体は赤外線（ＩＲ）イメージシステムに幅広
く使用され、特に８乃至１２マイクロメータの波長にお
いて使用される。ＨｇＣｄＴｅは組成式Ｈｇ1-x Ｃｄx
Ｔｅを有する３元固溶体であり、ここでｘはテルル化カ
ドミウム（ＣｄＴｅ）のモル分率である。この材料から
製造された光検出器はＣｄＴｅまたはテルル化水銀亜鉛
（ＨｇＺｎＴｅ）の基体上に形成されたＨｇＣｄＴｅの
ｎ型光感応性層を含み、横方向に間隔を隔てた電気接続
部は光感応性層の表面に取付けられている。
ｅ）光導電体は赤外線（ＩＲ）イメージシステムに幅広
く使用され、特に８乃至１２マイクロメータの波長にお
いて使用される。ＨｇＣｄＴｅは組成式Ｈｇ1-x Ｃｄx
Ｔｅを有する３元固溶体であり、ここでｘはテルル化カ
ドミウム（ＣｄＴｅ）のモル分率である。この材料から
製造された光検出器はＣｄＴｅまたはテルル化水銀亜鉛
（ＨｇＺｎＴｅ）の基体上に形成されたＨｇＣｄＴｅの
ｎ型光感応性層を含み、横方向に間隔を隔てた電気接続
部は光感応性層の表面に取付けられている。
【０００３】過剰の少数キャリア寿命はこれらの装置の
重要な特性である。少数キャリアの寿命が増加すると、
キャリア再結合速度が減少するので、装置の感応性は増
加する。米国特許4,914,495 号明細書では、液相エピタ
キシ（ＬＰＥ）によってＨｇＣｄＴｅから製造されたヘ
テロ接合境界面トラップ（ＨＩＴ）光導電装置が開示さ
れている。ＨＩＴ装置はｎ型層とＣｄＴｅ基体の間に位
置された電気的に浮遊したｐ型層の上に形成されたｎ型
ＩＲ光感応性層を含む。ｎ型層とｐ型層の間にヘテロ接
合が形成される。
重要な特性である。少数キャリアの寿命が増加すると、
キャリア再結合速度が減少するので、装置の感応性は増
加する。米国特許4,914,495 号明細書では、液相エピタ
キシ（ＬＰＥ）によってＨｇＣｄＴｅから製造されたヘ
テロ接合境界面トラップ（ＨＩＴ）光導電装置が開示さ
れている。ＨＩＴ装置はｎ型層とＣｄＴｅ基体の間に位
置された電気的に浮遊したｐ型層の上に形成されたｎ型
ＩＲ光感応性層を含む。ｎ型層とｐ型層の間にヘテロ接
合が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ｎ型層で光により発生
される少数キャリアホールはｐ型層に拡散し、ヘテロ接
合によって生成された電位障壁によってそこにトラップ
される。少数キャリアのホールの再結合はトラップ効果
によって大きく減少されるので、通常の光検出器と比較
するとＨＩＴ装置の感応性はかなり増加する。しかしな
がら、一定の量の再結合は負のコンタクトにおいてＨＩ
Ｔ装置に生じるので、構造の感応性の増加を制限する。
される少数キャリアホールはｐ型層に拡散し、ヘテロ接
合によって生成された電位障壁によってそこにトラップ
される。少数キャリアのホールの再結合はトラップ効果
によって大きく減少されるので、通常の光検出器と比較
するとＨＩＴ装置の感応性はかなり増加する。しかしな
がら、一定の量の再結合は負のコンタクトにおいてＨＩ
Ｔ装置に生じるので、構造の感応性の増加を制限する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の光感応性装置
は、基体上に形成された組成式Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅを有
するテルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）光感応性
層を含む。光感応性層はｘが表面から基体の方向に増加
する勾配組成を有する。これは光感応性層のバンドギャ
ップを表面から基体の方向に増加させるので、光感応性
層で光により発生される少数キャリアを移動して表面に
おいてトラップされるようにする。
は、基体上に形成された組成式Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅを有
するテルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）光感応性
層を含む。光感応性層はｘが表面から基体の方向に増加
する勾配組成を有する。これは光感応性層のバンドギャ
ップを表面から基体の方向に増加させるので、光感応性
層で光により発生される少数キャリアを移動して表面に
おいてトラップされるようにする。
【０００６】横方向に間隔を隔てた第１および第２のコ
ンタクトは表面より下方に予め定められた距離で光感応
性層に電気的に接続される。表面においてトラップされ
た光により発生された少数キャリアは増加するバンドギ
ャップによってコンタクトから離れるように駆動され
る。反対の導電型の電気的に浮遊した光感応性層はＨＩ
Ｔ構成を形成するために基体と光感応性層の間に形成さ
れることができる。
ンタクトは表面より下方に予め定められた距離で光感応
性層に電気的に接続される。表面においてトラップされ
た光により発生された少数キャリアは増加するバンドギ
ャップによってコンタクトから離れるように駆動され
る。反対の導電型の電気的に浮遊した光感応性層はＨＩ
Ｔ構成を形成するために基体と光感応性層の間に形成さ
れることができる。
【０００７】本発明は過剰の少数キャリアの改良された
トラップを提供し、コンタクトから離れた位置において
キャリアをトラップすることによって標準ＨＩＴおよび
通常の光検出器にまさる増加された感応性を与え、トラ
ップされたキャリアをさらにコンタクトから離れてトラ
ップの方向に押し戻す電位障壁を与える。
トラップを提供し、コンタクトから離れた位置において
キャリアをトラップすることによって標準ＨＩＴおよび
通常の光検出器にまさる増加された感応性を与え、トラ
ップされたキャリアをさらにコンタクトから離れてトラ
ップの方向に押し戻す電位障壁を与える。
【０００８】光感応性装置は光感応性材料が液体状であ
る予め定められた温度で基体上の光感応性材料の被覆物
を供給し、表面および、表面から基体の方向に増加する
バンドギャップを有する光感応性層に対して被覆物を固
化させるように選択された割合で温度を低下させる段階
を含むＬＰＥによって形成されることが好ましい。
る予め定められた温度で基体上の光感応性材料の被覆物
を供給し、表面および、表面から基体の方向に増加する
バンドギャップを有する光感応性層に対して被覆物を固
化させるように選択された割合で温度を低下させる段階
を含むＬＰＥによって形成されることが好ましい。
【０００９】光感応性層はこれらの段階の終了後第１の
導電型を有する場合、この方法は光感応性層の少なくと
も上方部分を第１の導電型と逆である第２の導電型に変
換する吸収性気体材料の存在下で光感応性層を焼き戻す
段階をさらに含む。
導電型を有する場合、この方法は光感応性層の少なくと
も上方部分を第１の導電型と逆である第２の導電型に変
換する吸収性気体材料の存在下で光感応性層を焼き戻す
段階をさらに含む。
【００１０】本発明の光感応性装置を製造する主な材料
はＨｇＣｄＴｅである。しかしながら、本発明はまたＨ
ｇＺｎＴｅを光感応性層に使用して有効に実現されるこ
とができる。さらに、例えば周期表のIII-IV族、II-VI
族、およびIV-VI 族から選択された材料を含むその他の
任意の適用可能な材料系を使用して本発明の光感応性装
置を製造することは本発明の技術的範囲内にある。
はＨｇＣｄＴｅである。しかしながら、本発明はまたＨ
ｇＺｎＴｅを光感応性層に使用して有効に実現されるこ
とができる。さらに、例えば周期表のIII-IV族、II-VI
族、およびIV-VI 族から選択された材料を含むその他の
任意の適用可能な材料系を使用して本発明の光感応性装
置を製造することは本発明の技術的範囲内にある。
【００１１】
【実施例】図１を参照すると、本発明の光感応性装置は
ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅから形成された基体12を含
む光検出器10として構成されている。ＨｇＣｄＴｅまた
はＨｇＺｎＴｅの光感応性層14は基体12上に形成され
る。第１および第２のオームコンタクト16,18 は互いに
横方向に間隔を隔てられ、光感応性層14に電気的に接続
されている。コンタクト16,18 は距離ｚc だけ光感応性
層14の上面14a から凹所を形成される。通常のパッシベ
ーションおよび反射防止被覆物20は表面14a の露出され
た部分の上に形成されることができる。
ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅから形成された基体12を含
む光検出器10として構成されている。ＨｇＣｄＴｅまた
はＨｇＺｎＴｅの光感応性層14は基体12上に形成され
る。第１および第２のオームコンタクト16,18 は互いに
横方向に間隔を隔てられ、光感応性層14に電気的に接続
されている。コンタクト16,18 は距離ｚc だけ光感応性
層14の上面14a から凹所を形成される。通常のパッシベ
ーションおよび反射防止被覆物20は表面14a の露出され
た部分の上に形成されることができる。
【００１２】光感応性層14は多数キャリアが電子であ
り、少数キャリアがホールであるｎ型の導電型を有する
ことが好ましいが、本発明はそれに制限されるものでは
ない。図２はｐ型の電気的に浮遊したＨｇＣｄＴｅ層24
が光感応性層14と基体12の間に形成されることを除いて
光感応性光検出器10に類似している本発明の別の実施例
の光検出器22を示す。光検出器22の層14,24 は上述のよ
うなＨＩＴ形態を構成するヘテロ接合を形成する。光検
出器10はＨＩＴ形態を有しない。ＨＩＴ光検出器22は本
発明のより好ましい実施例であるが、本発明の原理はま
たＨＩＴ形態でない光検出器10にも有効に適用可能であ
る。本発明を図２の実施例を参照して以下説明する。し
かしながら、図１の光感応性層14および凹所を設けたコ
ンタクト16,18 を含む構造は図２の構造と本質的に類似
していることを理解すべきである。
り、少数キャリアがホールであるｎ型の導電型を有する
ことが好ましいが、本発明はそれに制限されるものでは
ない。図２はｐ型の電気的に浮遊したＨｇＣｄＴｅ層24
が光感応性層14と基体12の間に形成されることを除いて
光感応性光検出器10に類似している本発明の別の実施例
の光検出器22を示す。光検出器22の層14,24 は上述のよ
うなＨＩＴ形態を構成するヘテロ接合を形成する。光検
出器10はＨＩＴ形態を有しない。ＨＩＴ光検出器22は本
発明のより好ましい実施例であるが、本発明の原理はま
たＨＩＴ形態でない光検出器10にも有効に適用可能であ
る。本発明を図２の実施例を参照して以下説明する。し
かしながら、図１の光感応性層14および凹所を設けたコ
ンタクト16,18 を含む構造は図２の構造と本質的に類似
していることを理解すべきである。
【００１３】動作において、矢印26によって示されたよ
うにコンタクト16と18の間のギャップを通って光感応性
層14に入射された光は光感応性層14の導電率を増加する
電子とホールの対を発生させる。導電率は入射光26の強
度の既知の関数として変化し、電流または電圧の形態で
コンタクト16,18 を横切って感知されることができる。
うにコンタクト16と18の間のギャップを通って光感応性
層14に入射された光は光感応性層14の導電率を増加する
電子とホールの対を発生させる。導電率は入射光26の強
度の既知の関数として変化し、電流または電圧の形態で
コンタクト16,18 を横切って感知されることができる。
【００１４】光導電の主要な機構は多数キャリア電子に
よる。もし過剰の少数キャリアのホールが電子と再結合
されることができるならば、コンタクト16または18のど
ちらが負の外部電源に接続されても、光検出器の感応性
は低い。上述のように、ある程度の少数キャリアホール
はＨＩＴ境界面構造によってｐ型層24に掃き出されてト
ラップされる。本発明によると、多数の付加的な少数キ
ャリアのホールは光感応性層14の表面14a に駆動されて
そこでトラップされるので、キャリア再結合の割合は減
少し、光検出器22の感度は増加する。
よる。もし過剰の少数キャリアのホールが電子と再結合
されることができるならば、コンタクト16または18のど
ちらが負の外部電源に接続されても、光検出器の感応性
は低い。上述のように、ある程度の少数キャリアホール
はＨＩＴ境界面構造によってｐ型層24に掃き出されてト
ラップされる。本発明によると、多数の付加的な少数キ
ャリアのホールは光感応性層14の表面14a に駆動されて
そこでトラップされるので、キャリア再結合の割合は減
少し、光検出器22の感度は増加する。
【００１５】さらに具体的に説明すると、光感応性層14
は組成式Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅを有し、その場合ｘはＣｄ
Ｔｅのモル分率である。本発明によると、ｘは層14の表
面14a から基体12の方向に増加する。この組成勾配、す
なわち光感応性層14中への深さと共にｘが増加すると層
14の電気的バンドギャップＥg を表面14a から基体12の
方向に増加させる。
は組成式Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅを有し、その場合ｘはＣｄ
Ｔｅのモル分率である。本発明によると、ｘは層14の表
面14a から基体12の方向に増加する。この組成勾配、す
なわち光感応性層14中への深さと共にｘが増加すると層
14の電気的バンドギャップＥg を表面14a から基体12の
方向に増加させる。
【００１６】図３のエネルギバンド図に示されているよ
うに、バンドギャップＥg は層14の価電子バンドＥv の
上方エッジと導電バンドＥc の下方エッジとの間の電子
エネルギの差であり、またこの技術において「エネルギ
ギャップ」または「禁止ギャップ」として知られてい
る。さらにフェルミレベルＥf が示されている。表面14
a から基体12へのバンドギャップＥg の増加は層14まで
の深さと共に正の方向に増加し、層14において発生され
る少数キャリアを駆動する（この場合ホールを表面14a
の方向に駆動する）層14の電位を生成する。
うに、バンドギャップＥg は層14の価電子バンドＥv の
上方エッジと導電バンドＥc の下方エッジとの間の電子
エネルギの差であり、またこの技術において「エネルギ
ギャップ」または「禁止ギャップ」として知られてい
る。さらにフェルミレベルＥf が示されている。表面14
a から基体12へのバンドギャップＥg の増加は層14まで
の深さと共に正の方向に増加し、層14において発生され
る少数キャリアを駆動する（この場合ホールを表面14a
の方向に駆動する）層14の電位を生成する。
【００１７】図４は層14の表面14a からの距離の関数と
して少数キャリア濃度を対数log(10) で示す。図３およ
び図４は１０マイクロメータの層14の厚さ、０．００９
／マイクロメータの組成勾配、８０°Ｋの温度、および
約５×１０14ドナー／ｃｍ3 のｎ型ドーピング濃度に基
づいたコンピュータシミュレーションである。
して少数キャリア濃度を対数log(10) で示す。図３およ
び図４は１０マイクロメータの層14の厚さ、０．００９
／マイクロメータの組成勾配、８０°Ｋの温度、および
約５×１０14ドナー／ｃｍ3 のｎ型ドーピング濃度に基
づいたコンピュータシミュレーションである。
【００１８】この実施例において、バンドギャップは表
面14a からそれより下方の約９．５マイクロメータの距
離まで約２２０ｍｅＶを増加する。一方、少数キャリア
濃度は表面から約１．５マイクロメータを中心とする領
域において１０12ホール／ｃｍ3 程度の最大値を有する
が、濃度が増加するバンドギャップおよび組成勾配によ
って与えられた関連する電界により９．５マイクロメー
タの深さの約１０6 ホール／ｃｍ3 の値に急速に減少す
る。
面14a からそれより下方の約９．５マイクロメータの距
離まで約２２０ｍｅＶを増加する。一方、少数キャリア
濃度は表面から約１．５マイクロメータを中心とする領
域において１０12ホール／ｃｍ3 程度の最大値を有する
が、濃度が増加するバンドギャップおよび組成勾配によ
って与えられた関連する電界により９．５マイクロメー
タの深さの約１０6 ホール／ｃｍ3 の値に急速に減少す
る。
【００１９】コンタクト16,18 は表面14a とコンタクト
16,18 の間の領域内の少数キャリアのホールがコンタク
ト16,18 から離れて表面14a の方向に駆動されるように
凹所を形成される。コンタクト16,18 が凹所を設けられ
ることによって深さが大きくにつれて、コンタクトの上
方にトラップされて負のコンタクト16または18の電子と
再結合することを阻止されるホールの濃度は大きくな
る。
16,18 の間の領域内の少数キャリアのホールがコンタク
ト16,18 から離れて表面14a の方向に駆動されるように
凹所を形成される。コンタクト16,18 が凹所を設けられ
ることによって深さが大きくにつれて、コンタクトの上
方にトラップされて負のコンタクト16または18の電子と
再結合することを阻止されるホールの濃度は大きくな
る。
【００２０】しかしながら、凹所の深さが大きくなるに
つれて、段部を横切るパッシベーション20および金属16
の一体状態を維持するような連続的な処理はさらに困難
になる。さらに、ＨＩＴ光検出器22において、凹所の深
さは浮遊するｐ型層24よりも少なければならない。本発
明の好ましい実施例において、ｘの組成勾配は少なくと
も約０．００３／マイクロメータであり、コンタクト1
6,18 はバンドギャップが表面14a から層14に対して約
５ｋＴだけ増加された距離だけ凹所を形成される。ここ
で、ｋはボルツマン定数（８．６２×１０-5 ｅＶ／
Ｋ）であり、Ｔは光感応性層14の絶対温度である。しか
しながら、本発明の技術的範囲はこれらの特定の値に限
定されるものではない。
つれて、段部を横切るパッシベーション20および金属16
の一体状態を維持するような連続的な処理はさらに困難
になる。さらに、ＨＩＴ光検出器22において、凹所の深
さは浮遊するｐ型層24よりも少なければならない。本発
明の好ましい実施例において、ｘの組成勾配は少なくと
も約０．００３／マイクロメータであり、コンタクト1
6,18 はバンドギャップが表面14a から層14に対して約
５ｋＴだけ増加された距離だけ凹所を形成される。ここ
で、ｋはボルツマン定数（８．６２×１０-5 ｅＶ／
Ｋ）であり、Ｔは光感応性層14の絶対温度である。しか
しながら、本発明の技術的範囲はこれらの特定の値に限
定されるものではない。
【００２１】表面組成ｘs および平均組成勾配ｓc が特
定化されるＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ光感応性層を含む本発明
の装置に対する５ｋＴのバンドギャップの増加に基づく
最適なコンタクトの深さは以下のように計算されること
ができる。
定化されるＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ光感応性層を含む本発明
の装置に対する５ｋＴのバンドギャップの増加に基づく
最適なコンタクトの深さは以下のように計算されること
ができる。
【００２２】組成式Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅの関数としての
エネルギギャップおよび温度は文献（G.Hansen氏他、Jo
urnal of Applied Physics、vol.53 、7099頁、1982
年）に記載されているように次の式で表される。 Ｅg (x,t) ＝-0.301+1.93x+5.35 ×10-4T(1-2x)- 0.81x2 + 0.832x3 （１）
エネルギギャップおよび温度は文献（G.Hansen氏他、Jo
urnal of Applied Physics、vol.53 、7099頁、1982
年）に記載されているように次の式で表される。 Ｅg (x,t) ＝-0.301+1.93x+5.35 ×10-4T(1-2x)- 0.81x2 + 0.832x3 （１）
【００２３】式（１）はｘs およびＴが特定化されるの
で、表面におけるエネルギギャップＥg （ｘs ，Ｔ）を
計算することができる。コンタクトのエネルギギャップ
は次ように計算されることができる。 Ｅg （ｘc ，Ｔ）＝Ｅg （ｘs ，Ｔ）＋５ｋＴ （２）
で、表面におけるエネルギギャップＥg （ｘs ，Ｔ）を
計算することができる。コンタクトのエネルギギャップ
は次ように計算されることができる。 Ｅg （ｘc ，Ｔ）＝Ｅg （ｘs ，Ｔ）＋５ｋＴ （２）
【００２４】式（１）を用いると、式（２）はｘc 、す
なわちコンタクトの位置におけるＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ層
の組成式に対して数値によって解答されることができ
る。組成勾配が勾配ｓc と線形にあると仮定すると、コ
ンタクトの深さｚc は次の通りである。 ｚc ＝（ｘc −ｘs ）／ｓc （３）
なわちコンタクトの位置におけるＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ層
の組成式に対して数値によって解答されることができ
る。組成勾配が勾配ｓc と線形にあると仮定すると、コ
ンタクトの深さｚc は次の通りである。 ｚc ＝（ｘc −ｘs ）／ｓc （３）
【００２５】１例として、Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ光感応性
層は表面組成ｘs ＝０．２１、組成勾配ｓc ＝０．００
３／マイクロメータ、およびＴ＝８０°Ｋの装置動作温
度を有することが仮定されると、式（１）は次の式を与
える。 Ｅg ＝（ｘs ，Ｔ）＝Ｅg （０．２１，８０）＝０．１００ｅＶ
層は表面組成ｘs ＝０．２１、組成勾配ｓc ＝０．００
３／マイクロメータ、およびＴ＝８０°Ｋの装置動作温
度を有することが仮定されると、式（１）は次の式を与
える。 Ｅg ＝（ｘs ，Ｔ）＝Ｅg （０．２１，８０）＝０．１００ｅＶ
【００２６】したがって、コンタクトにおけるエネルギ
ギャップは次の通りである。 Ｅg ＝(xc ,T) ＝Ｅg (xs ,T) +5kT＝0.100+5(8.62×10-5)80 ＝0.135eV 式（１）を用いると、Ｅg ＝0.135eV に対して、ｘc ＝
0.232 が生じる。コンタクトの深さは次のように式
（３）から得られる。 ｚc ＝（０．２３２−０．２１）／０．００３＝７．３
３マイクロメータ 図５および図６は８０Ｋ°の温度で凹所を設けたコンタ
クトおよび凹所を設けないコンタクト16,18 のＨＩＴ形
態でない光検出器10およびＨＩＴ光検出器22の単位を光
子／ｃｍ2 ／秒とする入射光束ＱB の関数として１０5
Ｖ／Ｗにおけるコンピュータシミュレートされた黒体感
度を示す。図５において、組成勾配は０．００３／マイ
クロメータであり、一方図６において、組成勾配は０．
００９／マイクロメータであった。感度は勾配および凹
所を設けたコンタクト16,18 の大きい値に対して高い。
しかしながら、約１０16光子／ｃｍ2 ／秒より大きいＱ
Bの値において、ＨＩＴ形態でない光検出器10とＨＩＴ
光検出器22との間にわずかな差がある。
ギャップは次の通りである。 Ｅg ＝(xc ,T) ＝Ｅg (xs ,T) +5kT＝0.100+5(8.62×10-5)80 ＝0.135eV 式（１）を用いると、Ｅg ＝0.135eV に対して、ｘc ＝
0.232 が生じる。コンタクトの深さは次のように式
（３）から得られる。 ｚc ＝（０．２３２−０．２１）／０．００３＝７．３
３マイクロメータ 図５および図６は８０Ｋ°の温度で凹所を設けたコンタ
クトおよび凹所を設けないコンタクト16,18 のＨＩＴ形
態でない光検出器10およびＨＩＴ光検出器22の単位を光
子／ｃｍ2 ／秒とする入射光束ＱB の関数として１０5
Ｖ／Ｗにおけるコンピュータシミュレートされた黒体感
度を示す。図５において、組成勾配は０．００３／マイ
クロメータであり、一方図６において、組成勾配は０．
００９／マイクロメータであった。感度は勾配および凹
所を設けたコンタクト16,18 の大きい値に対して高い。
しかしながら、約１０16光子／ｃｍ2 ／秒より大きいＱ
Bの値において、ＨＩＴ形態でない光検出器10とＨＩＴ
光検出器22との間にわずかな差がある。
【００２７】図７および図８はノートン（Norton）氏の
上記特許明細書に開示された一般的なＬＰＥによってＨ
ＩＴ光検出器を製造する方法を示す。図７において、予
め定められた量のＴｅおよびＣｄを含有するＨｇ溶融体
の形態の溶融液28はＴｅおよびＣｄをＨｇに溶解された
まま維持されるように選択された５００℃程度の温度で
基体12と接触して保持される。
上記特許明細書に開示された一般的なＬＰＥによってＨ
ＩＴ光検出器を製造する方法を示す。図７において、予
め定められた量のＴｅおよびＣｄを含有するＨｇ溶融体
の形態の溶融液28はＴｅおよびＣｄをＨｇに溶解された
まま維持されるように選択された５００℃程度の温度で
基体12と接触して保持される。
【００２８】さらに図７において矢印30によって示され
ているように、温度は溶融液28中のＨｇＣｄＴｅが０．
００３／マイクロメータを超える選択された組成勾配を
有するエピタキシアル層29として被覆物を形成するよう
に付着するように選択された割合で減少される。溶融液
28の組成および温度条件はエピタキシアル層29がその結
晶構造中の相当な数のＨｇ空位を含むように制御される
ので、ｐ型の導電型を有する。成長されるｐ型濃度は典
型的に１０15乃至１０18アクセプタ／ｃｍ3 の範囲にあ
る。
ているように、温度は溶融液28中のＨｇＣｄＴｅが０．
００３／マイクロメータを超える選択された組成勾配を
有するエピタキシアル層29として被覆物を形成するよう
に付着するように選択された割合で減少される。溶融液
28の組成および温度条件はエピタキシアル層29がその結
晶構造中の相当な数のＨｇ空位を含むように制御される
ので、ｐ型の導電型を有する。成長されるｐ型濃度は典
型的に１０15乃至１０18アクセプタ／ｃｍ3 の範囲にあ
る。
【００２９】所望の勾配を達成するために必要な初期温
度および減少比率は多数の変数の複雑な関数であり、実
験により決定されるのが一番有効である。しかしなが
ら、組成勾配制御それ自体は文献（T.Tung氏他、Materi
als for Infrared Dectors andSources,Mater.Res.Soc.
Symp.Proc.,Vol.90, 321 頁以降）に記載されているよ
うに従来技術において知られている。
度および減少比率は多数の変数の複雑な関数であり、実
験により決定されるのが一番有効である。しかしなが
ら、組成勾配制御それ自体は文献（T.Tung氏他、Materi
als for Infrared Dectors andSources,Mater.Res.Soc.
Symp.Proc.,Vol.90, 321 頁以降）に記載されているよ
うに従来技術において知られている。
【００３０】図８において矢印32で示されているよう
に、構造は溶融液28から固化されたエピタキシアル層29
の上方部分によって吸収される気体Ｈｇの存在下におい
て焼き戻される。焼戻し段階は焼戻して層を所望の深さ
に変換するように選択された時間に対して２００乃至３
００℃程度の温度で実行される。気体中のＨｇ原子はエ
ピタキシアル層の結晶構造のＨｇ空位を満たす。図８の
焼戻し段階の結果として、エピタキシアル層29の下方或
いは変換されない部分はｐ型トラップ層24を構成し、一
方上方或いは変換された部分はｎ型光感応性層14を構成
する。層14のｎ型濃度は約１０15ドナー／ｃｍ3 であ
る。
に、構造は溶融液28から固化されたエピタキシアル層29
の上方部分によって吸収される気体Ｈｇの存在下におい
て焼き戻される。焼戻し段階は焼戻して層を所望の深さ
に変換するように選択された時間に対して２００乃至３
００℃程度の温度で実行される。気体中のＨｇ原子はエ
ピタキシアル層の結晶構造のＨｇ空位を満たす。図８の
焼戻し段階の結果として、エピタキシアル層29の下方或
いは変換されない部分はｐ型トラップ層24を構成し、一
方上方或いは変換された部分はｎ型光感応性層14を構成
する。層14のｎ型濃度は約１０15ドナー／ｃｍ3 であ
る。
【００３１】図８に示された構造の完成後、層14は化学
エッチング、プラズマエッチング、イオンビームエッチ
ングまたはその類似の方法を用いて処理され、基体12に
関して光検出器22を限定し、コンタクト16に対する凹所
を形成し、図２に示された完全な光検出器22を生成する
ためにパッシベーションおよび反射防止被覆物20および
コンタクト16,18 を付着する。これらの段階を実行する
方法はそれ自体従来技術において知られており、その詳
細は本発明の技術的範囲に属するものではない。
エッチング、プラズマエッチング、イオンビームエッチ
ングまたはその類似の方法を用いて処理され、基体12に
関して光検出器22を限定し、コンタクト16に対する凹所
を形成し、図２に示された完全な光検出器22を生成する
ためにパッシベーションおよび反射防止被覆物20および
コンタクト16,18 を付着する。これらの段階を実行する
方法はそれ自体従来技術において知られており、その詳
細は本発明の技術的範囲に属するものではない。
【００３２】図９はＨＩＴ形態でない構造10の構成を示
す。図７の段階はまずＨＩＴ構造22に関して上述された
ように実行される。そして、溶融液28から固化されたエ
ピタキシアル層29は矢印34によって示されるように焼戻
される。この場合、焼戻しはエピタキシアル層29の実質
上の全体の厚さが層をｎ型に変換するように焼き戻され
て層14を生成するような条件下で実行される。それか
ら、層14は基体12に関して光検出器10を限定し、コンタ
クト16のための凹所を形成し、図１に示された完全な光
検出器10を生成するためにパッシベーションおよび反射
防止被覆物20およびコンタクト16,18 を付着する。 例
す。図７の段階はまずＨＩＴ構造22に関して上述された
ように実行される。そして、溶融液28から固化されたエ
ピタキシアル層29は矢印34によって示されるように焼戻
される。この場合、焼戻しはエピタキシアル層29の実質
上の全体の厚さが層をｎ型に変換するように焼き戻され
て層14を生成するような条件下で実行される。それか
ら、層14は基体12に関して光検出器10を限定し、コンタ
クト16のための凹所を形成し、図１に示された完全な光
検出器10を生成するためにパッシベーションおよび反射
防止被覆物20およびコンタクト16,18 を付着する。 例
【００３３】長波赤外線（ＬＷＩＲ）光検出器装置アレ
イは０．００３／マイクロメータの勾配を有する１つの
低勾配ＬＰＥ光感応性層および０．００９／マイクロメ
ータの勾配を有する１つの高勾配ＬＰＥ光感応性層上に
構成された。高勾配ウエハはさらに表面コンタクトを有
する装置および凹所を設けたコンタクトを有する装置を
含むように処理された。アレイは装置性能に関する組成
勾配の影響およびコンタクトの深度を決定するために放
射測定試験にさらされた。
イは０．００３／マイクロメータの勾配を有する１つの
低勾配ＬＰＥ光感応性層および０．００９／マイクロメ
ータの勾配を有する１つの高勾配ＬＰＥ光感応性層上に
構成された。高勾配ウエハはさらに表面コンタクトを有
する装置および凹所を設けたコンタクトを有する装置を
含むように処理された。アレイは装置性能に関する組成
勾配の影響およびコンタクトの深度を決定するために放
射測定試験にさらされた。
【００３４】図１０に示されているように、高勾配アレ
イは低勾配アレイよりも約１．７倍高い感度を達成し
た。水平軸は素子番号または試験下の特別な光検出器装
置のアレイの位置を示す。図１０に示された両アレイは
凹所を設けたコンタクトを有する。データは８０°Ｋの
温度で１．７×１０16光子／ｃｍ2 ／秒の背景光子束で
得られた。
イは低勾配アレイよりも約１．７倍高い感度を達成し
た。水平軸は素子番号または試験下の特別な光検出器装
置のアレイの位置を示す。図１０に示された両アレイは
凹所を設けたコンタクトを有する。データは８０°Ｋの
温度で１．７×１０16光子／ｃｍ2 ／秒の背景光子束で
得られた。
【００３５】図１１に示されているように、高勾配
（０．００９／マイクロメータ）ウエハはウエハの半分
の表面コンタクトおよび別の半分に凹所を設けたコンタ
クトを有するように処理された。データは図１０と同じ
条件下で得られた。凹所を設けたコンタクトを有する装
置の黒体感度は表面コンタクトを有する装置の黒体感度
よりも約１．５倍高かった。
（０．００９／マイクロメータ）ウエハはウエハの半分
の表面コンタクトおよび別の半分に凹所を設けたコンタ
クトを有するように処理された。データは図１０と同じ
条件下で得られた。凹所を設けたコンタクトを有する装
置の黒体感度は表面コンタクトを有する装置の黒体感度
よりも約１．５倍高かった。
【００３６】本発明の幾つかの実施例が示され説明され
たが、多くの変化および別の実施例は本発明の技術的範
囲から逸脱することなく当業者によって為される。した
がって、本発明は特別に記載された実施例に単に制限さ
れるものではない。種々の変更は予測され、添付特許請
求の範囲によって限定されたような本発明の技術的範囲
から逸脱することなく行われることができる。
たが、多くの変化および別の実施例は本発明の技術的範
囲から逸脱することなく当業者によって為される。した
がって、本発明は特別に記載された実施例に単に制限さ
れるものではない。種々の変更は予測され、添付特許請
求の範囲によって限定されたような本発明の技術的範囲
から逸脱することなく行われることができる。
【図１】通常の形態の（ＨＩＴ形態でない）本発明の光
感応性装置の概略的断面図。
感応性装置の概略的断面図。
【図２】ＨＩＴ形態の本発明の光感応性装置の概略的断
面図。
面図。
【図３】図２の装置の光感応性層の上面からの距離の関
数として電気的バンドギャップを示すコンピュータシミ
ュレートされたエネルギ図。
数として電気的バンドギャップを示すコンピュータシミ
ュレートされたエネルギ図。
【図４】図２の装置の光感応性層の表面からの距離の関
数として一定の少数キャリア濃度の等高線を示すコンピ
ュータシミュレートされたグラフ。
数として一定の少数キャリア濃度の等高線を示すコンピ
ュータシミュレートされたグラフ。
【図５】０．００３／マイクロメータの光感応性層の組
成勾配を有する図２の装置に対する入射光束の関数とし
て計算された黒体感度を示すグラフ。
成勾配を有する図２の装置に対する入射光束の関数とし
て計算された黒体感度を示すグラフ。
【図６】０．００９／マイクロメータの光感応性層の組
成勾配を有する図２の装置に対する入射光束の関数とし
て計算された黒体感度を示すグラフ。
成勾配を有する図２の装置に対する入射光束の関数とし
て計算された黒体感度を示すグラフ。
【図７】図２の光感応性装置を製造する方法を示す概略
的断面図。
的断面図。
【図８】図２の光感応性装置を製造する方法を示す概略
的断面図。
的断面図。
【図９】図１の光感応性装置を製造する方法を示す概略
的断面図。
的断面図。
【図１０】本発明の装置の黒体感度の組成勾配の測定さ
れた効果を示すグラフ。
れた効果を示すグラフ。
【図１１】本発明の装置の黒体感度のコンタクト凹所の
測定された効果を示すグラフ。
測定された効果を示すグラフ。
10,22 …光検出器、12…基体、14,24 …光感応性層、1
6,18 …コンタクト、20…被覆物。
6,18 …コンタクト、20…被覆物。
フロントページの続き (72)発明者 ケネス・コーサイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93117、ゴレタ、オールド・ランチ・ロ ード 234 (72)発明者 ジョアン・ケー・チア アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93103、サンタ・バーバラ、ラス・アル タラス・ロード 752 (56)参考文献 特開 昭63−164478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−130568（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−244671（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−240081（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−204923（ＪＰ，Ａ) 米国特許4914495（ＵＳ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】 基体と、 基体上に形成され、表面と、表面から基体に向って増加
するバンドギャップを有し、光感応性層の中に光によっ
て発生された少数キャリアを表面方向に駆動する光感応
性層と、 互いに横方向に間隔を隔てられ、前記表面と第１および
第２のコンタクトとの間の前記光により発生された少数
キャリアが、前記増加するバンドギャップによって第１
および第２のコンタクトから前記表面の方向に駆動され
るように、前記表面より下方の予め定められた距離にお
いて光感応性層に電気的に接触する第１および第２のコ
ンタクトを具備している光感応性装置。 - 【請求項２】 前記光感応性層は第１の導電型を有し、 第１の導電型と反対の導電型を有する基体と前記光感応
性層の間に形成された第２の光感応性層をさらに具備し
ている請求項１記載の光感応性装置。 - 【請求項３】 前記光感応性層は組成式Ａ1-X ＢX Ｃを
有し、ここでＡ、ＢおよびＣはそれぞれ第１、第２、お
よび第３の材料であり、 ｘは前記表面から基体に向かって増加し、前記増加する
バンドギャップを生成している請求項１記載の光感応性
装置。 - 【請求項４】 第１の材料Ａは水銀であり、第２の材料
Ｂはカドミウムであり、第３の材料Ｃはテルルである請
求項３記載の光感応性装置。 - 【請求項５】 ｘは少なくとも約０．００３／マイクロ
メ−タの割合で増加する請求項４記載の光感応性装置。 - 【請求項６】 基体はテルル化カドミウム亜鉛から構成
されている請求項４記載の光感応性装置。 - 【請求項７】 第１の材料Ａは水銀であり、第２の材料
Ｂは亜鉛であり、第３の材料Ｃはテルルである請求項３
記載の光感応性装置。 - 【請求項８】 前記予め定められた距離は前記バンドギ
ャップが前記予め定められた距離にわたって約５ｋＴず
つ増加するように選択され、ここでｋはボルツマン定数
であり、Ｔは前記光感応性層の絶対温度である請求項１
記載の光感応性装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US777874 | 1991-10-15 | ||
| US07/777,874 US5241196A (en) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | Photoresponsive device including composition grading and recessed contacts for trapping minority carriers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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