JP2671554B2 - 赤外線検知器の製造方法 - Google Patents
赤外線検知器の製造方法Info
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- JP2671554B2 JP2671554B2 JP2090620A JP9062090A JP2671554B2 JP 2671554 B2 JP2671554 B2 JP 2671554B2 JP 2090620 A JP2090620 A JP 2090620A JP 9062090 A JP9062090 A JP 9062090A JP 2671554 B2 JP2671554 B2 JP 2671554B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外線検知器に関し、特に高速応答型光起
電力型赤外線検知器の製造方法に関する。
電力型赤外線検知器の製造方法に関する。
〔従来の技術〕 従来より、半導体を使用した赤外線検知器において
は、特にHg1-XCdXTeを用いたものが高感度である事が知
られている。Hg1-XCdXTeを用いた赤外線検知器において
は、光電導型と光起電力型の二種類がある。特に、光起
電力型は高感度と高速応答性を両立した検知器として使
用されている。一般に用いられているHg1-XCdXTe光起電
力型赤外線検知器の構造断面図を第２図に示す。図にお
いて、１はCdTe基板、２はｐ型Hg0.8Cd0.2Te層、３はｎ
型Hg0.8Cd0.2Te層、４はｐ型電極、５はｎ側電極であ
る。この例においてはnp接合を用いたホトダイオードと
なっており使用したHg0.8Cd0.2Teの組成（ｘ値）に対応
して、波長が10μｍ程度の赤外線を検知できるものとな
っている。
は、特にHg1-XCdXTeを用いたものが高感度である事が知
られている。Hg1-XCdXTeを用いた赤外線検知器において
は、光電導型と光起電力型の二種類がある。特に、光起
電力型は高感度と高速応答性を両立した検知器として使
用されている。一般に用いられているHg1-XCdXTe光起電
力型赤外線検知器の構造断面図を第２図に示す。図にお
いて、１はCdTe基板、２はｐ型Hg0.8Cd0.2Te層、３はｎ
型Hg0.8Cd0.2Te層、４はｐ型電極、５はｎ側電極であ
る。この例においてはnp接合を用いたホトダイオードと
なっており使用したHg0.8Cd0.2Teの組成（ｘ値）に対応
して、波長が10μｍ程度の赤外線を検知できるものとな
っている。
しかし、以上のような構造の光起電力型赤外線検知器
には以下の様な欠点が存在する。
には以下の様な欠点が存在する。
高感度と共に高速応答性を両立させるには、np接合の
境界にできる空乏層の幅を十分に大きくしてこの部分の
電気容量を小さくしてやる必要がある。第２図の構造の
素子においては、例えばｐ型Hg0.8Cd0.2Te層２のキャリ
ア濃度が１×1016cm-3でｎ型Hg0.8Cd0.2Te層３のキャリ
ア濃度が１×1018cm-3の時、その空乏層幅は高々2000Å
程度であり、これでは高速応答性という観点からは不十
分である。空乏層幅を充分に大きく取るための構造とし
ては、例えばシリコンやIII−Ｖ族化合物半導体を用い
た可視光のホトダイオードにおいては、nip型ホトダイ
オードというものが開発されている。この構造断面図を
第３図に示す。図において、11はｐ型シリコン層、12は
真性シリコン層、13はｎ型シリコン層、14はｐ側電極、
15はｎ側電極である。この素子においては、第２図の素
子と比べて、ｎ型シリコン層11とｐ型シリコン層13の間
に真性シリコン層12を挾んだ構造となっている。このダ
イオードに逆バイアスを印加する、即ちｎ側電極15にｐ
側電極14に対して負の電圧を印加すれば真性シリコン層
12は全て空乏化するために、空乏層幅は広くなり、空乏
層容量が小さくなるために高速応答性が向上する。
境界にできる空乏層の幅を十分に大きくしてこの部分の
電気容量を小さくしてやる必要がある。第２図の構造の
素子においては、例えばｐ型Hg0.8Cd0.2Te層２のキャリ
ア濃度が１×1016cm-3でｎ型Hg0.8Cd0.2Te層３のキャリ
ア濃度が１×1018cm-3の時、その空乏層幅は高々2000Å
程度であり、これでは高速応答性という観点からは不十
分である。空乏層幅を充分に大きく取るための構造とし
ては、例えばシリコンやIII−Ｖ族化合物半導体を用い
た可視光のホトダイオードにおいては、nip型ホトダイ
オードというものが開発されている。この構造断面図を
第３図に示す。図において、11はｐ型シリコン層、12は
真性シリコン層、13はｎ型シリコン層、14はｐ側電極、
15はｎ側電極である。この素子においては、第２図の素
子と比べて、ｎ型シリコン層11とｐ型シリコン層13の間
に真性シリコン層12を挾んだ構造となっている。このダ
イオードに逆バイアスを印加する、即ちｎ側電極15にｐ
側電極14に対して負の電圧を印加すれば真性シリコン層
12は全て空乏化するために、空乏層幅は広くなり、空乏
層容量が小さくなるために高速応答性が向上する。
第３図の構造の素子を製造するためには、例えば、第
４図ａ〜ｃに示す様に、エピタキシャル成長によってｐ
型シリコン11の上に真性シリコン層12を成長させる（第
４図ａ）、更にその上にｎ型シリコン層13を成長させる
（第４図ｂ）、電極14、15を形成する（第４図ｃ）の製
造工程を経る。
４図ａ〜ｃに示す様に、エピタキシャル成長によってｐ
型シリコン11の上に真性シリコン層12を成長させる（第
４図ａ）、更にその上にｎ型シリコン層13を成長させる
（第４図ｂ）、電極14、15を形成する（第４図ｃ）の製
造工程を経る。
第３図の構造の素子をHg1-XCdXTeで製造する、即ちHg
1-XCdXTeのnjp型ホトダイオードを製造する事は非常に
困難である。この理由を以下に述べる。
1-XCdXTeのnjp型ホトダイオードを製造する事は非常に
困難である。この理由を以下に述べる。
シリコンやIII−Ｖ族化合物半導体と違って、Hg1-XCd
XTeはそのキャリア濃度の制御が極めて難しい。この大
きな理由は、構成元素の一つであるHg（水銀）の蒸気圧
が大きいのでHgの空孔が発生しやすく、これがアクセプ
タとして働くためで、このために真性層を形成するのが
どんな成長方法（各種エピタキシャル成長法、バルク結
晶成長法）によっても困難である。そのために、どの成
長方法を用いても第２図の構造を形成するのが困難とな
っている。
XTeはそのキャリア濃度の制御が極めて難しい。この大
きな理由は、構成元素の一つであるHg（水銀）の蒸気圧
が大きいのでHgの空孔が発生しやすく、これがアクセプ
タとして働くためで、このために真性層を形成するのが
どんな成長方法（各種エピタキシャル成長法、バルク結
晶成長法）によっても困難である。そのために、どの成
長方法を用いても第２図の構造を形成するのが困難とな
っている。
上述の問題点を解決するため、本発明の赤外線検知器
の製造方法においては、ｎ型或はｐ型の伝導型をもった
第一の狭禁制帯幅の半導体層の上に、前記第一の半導体
層よりキャリア濃度が小さく、前記半導体層よりも薄い
ｎ型層とｐ型層を交互に複数段形成し、この上に前記第
一の半導体層と反対の伝導型を持った第二の半導体層を
形成した後に、高温中に曝す事により前記薄いｎ型層と
ｐ型層の間で相互拡散を生じさせ、前記第一の半導体層
と前記第二の半導体層の間に真性半導体層を形成すると
いう特徴を有する。
の製造方法においては、ｎ型或はｐ型の伝導型をもった
第一の狭禁制帯幅の半導体層の上に、前記第一の半導体
層よりキャリア濃度が小さく、前記半導体層よりも薄い
ｎ型層とｐ型層を交互に複数段形成し、この上に前記第
一の半導体層と反対の伝導型を持った第二の半導体層を
形成した後に、高温中に曝す事により前記薄いｎ型層と
ｐ型層の間で相互拡散を生じさせ、前記第一の半導体層
と前記第二の半導体層の間に真性半導体層を形成すると
いう特徴を有する。
本発明の赤外線検知器においては、狭禁制帯幅の半導
体の真性層を直接形成せず、その代わりに薄いｎ型層と
ｐ型層を交互に複数段積層し、これを高温でアニールす
る事によりｎ型、ｐ型が交互に積層した部分に相互拡散
を生じさせ、真性層とするものである。この方法によっ
て真性層を形成し、nip型の赤外線検知器を製造する。
体の真性層を直接形成せず、その代わりに薄いｎ型層と
ｐ型層を交互に複数段積層し、これを高温でアニールす
る事によりｎ型、ｐ型が交互に積層した部分に相互拡散
を生じさせ、真性層とするものである。この方法によっ
て真性層を形成し、nip型の赤外線検知器を製造する。
次に、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図ａ〜ｆは、本発明の赤外線検知器の製造方法の
一実施例を示す図である。図において、１はCdTe基板、
２はｐ型Hg0.8Cd0.2Te層（厚さ10μｍ、キャリア濃度１
×1016cm-3）、３はｎ型Hg0.8Cd0.2Te層（厚さ10μｍ、
キャリア濃度１×1017cm-3）、４はｐ側電極、５はｎ側
電極、６はｐ型層２よりもキャリア濃度の小さな薄いｐ
型層（厚さ5000Å、キャリア濃度１×1015cm-3）、７は
ｎ型層３よりもキャリア濃度の小さな薄いｎ型層（厚さ
5000Å、キャリア濃度１×1015cm-3）、９は真性層であ
る。薄いｐ型層６と薄いｎ型層７は交互に10段ずつ積層
されている。
一実施例を示す図である。図において、１はCdTe基板、
２はｐ型Hg0.8Cd0.2Te層（厚さ10μｍ、キャリア濃度１
×1016cm-3）、３はｎ型Hg0.8Cd0.2Te層（厚さ10μｍ、
キャリア濃度１×1017cm-3）、４はｐ側電極、５はｎ側
電極、６はｐ型層２よりもキャリア濃度の小さな薄いｐ
型層（厚さ5000Å、キャリア濃度１×1015cm-3）、７は
ｎ型層３よりもキャリア濃度の小さな薄いｎ型層（厚さ
5000Å、キャリア濃度１×1015cm-3）、９は真性層であ
る。薄いｐ型層６と薄いｎ型層７は交互に10段ずつ積層
されている。
本実施例においては、まず第１図ａに示す如く、CdTe
基板１上にエピタキシャル成長法により、厚いｐ型層２
を成長させ、次いで同図ｂに示すように、ｐ型層２の上
に薄いｎ型層７と薄いｐ型層６を交互に50段成長させ
る。この後、第１図ｃの如く、この上にｎ型層３を形成
する。さらに第１図に示すように、この構造を250℃で
アニールする事により、交互に形成された薄いｎ型層７
と薄いｐ型層６を相互拡散させ、薄いｎ型層７のドナー
と薄いｐ型層６のアクセプタを補償させて第１図ｅに示
した様に真性Hg0.8Cd0.2Te層９を形成する。最後に、第
１図ｆに示すように、ｐ側電極４とｎ側電極５を形成
し、nip型の赤外線検知器とする。この赤外線検知器に
おいては、空乏層の厚さはほぼ真性層９の厚さと等し
く、10μｍ程度となる。第２図の赤外線検知器において
は空乏層の厚さは高々2000Å程度であるので、空乏層容
量は1/50に減少しており、より高速応答可能な赤外線検
知器となる。この製造方法においては、第１図ａ〜ｃで
エピタキシャル成長法で厚いｐ型層、ｎ型層２、３、或
は薄いｐ型層、ｎ型層６、７を形成するが、この場合に
はエピタキシャル成長中に相互拡散するのを防ぐため
に、成長温度は充分低くなければならず、200℃以下で
成長可能な分子線エピタキシャル法を用いる事になる。
但し、第１図ａの工程のみは相互拡散が生じても問題な
いので、液相エピタキシャル法による事も可能である。
基板１上にエピタキシャル成長法により、厚いｐ型層２
を成長させ、次いで同図ｂに示すように、ｐ型層２の上
に薄いｎ型層７と薄いｐ型層６を交互に50段成長させ
る。この後、第１図ｃの如く、この上にｎ型層３を形成
する。さらに第１図に示すように、この構造を250℃で
アニールする事により、交互に形成された薄いｎ型層７
と薄いｐ型層６を相互拡散させ、薄いｎ型層７のドナー
と薄いｐ型層６のアクセプタを補償させて第１図ｅに示
した様に真性Hg0.8Cd0.2Te層９を形成する。最後に、第
１図ｆに示すように、ｐ側電極４とｎ側電極５を形成
し、nip型の赤外線検知器とする。この赤外線検知器に
おいては、空乏層の厚さはほぼ真性層９の厚さと等し
く、10μｍ程度となる。第２図の赤外線検知器において
は空乏層の厚さは高々2000Å程度であるので、空乏層容
量は1/50に減少しており、より高速応答可能な赤外線検
知器となる。この製造方法においては、第１図ａ〜ｃで
エピタキシャル成長法で厚いｐ型層、ｎ型層２、３、或
は薄いｐ型層、ｎ型層６、７を形成するが、この場合に
はエピタキシャル成長中に相互拡散するのを防ぐため
に、成長温度は充分低くなければならず、200℃以下で
成長可能な分子線エピタキシャル法を用いる事になる。
但し、第１図ａの工程のみは相互拡散が生じても問題な
いので、液相エピタキシャル法による事も可能である。
Hg1-XCdXTeの真性層を形成する事が困難である事は先
に述べたが、１×1015cm-3程度のキャリア濃度のHg0.8C
d0.2Te層を形成する事は、ｐ型、ｎ型共に可能である。
また、5000Åの厚さを成長する事も分子線エピタキシャ
ル法を用いれば良好な制御性を持って可能である。従っ
て、本発明の赤外線検知器の製造方法によれば、高速応
答型のHg1-XCdXTe赤外線検知器が製造可能である。
に述べたが、１×1015cm-3程度のキャリア濃度のHg0.8C
d0.2Te層を形成する事は、ｐ型、ｎ型共に可能である。
また、5000Åの厚さを成長する事も分子線エピタキシャ
ル法を用いれば良好な制御性を持って可能である。従っ
て、本発明の赤外線検知器の製造方法によれば、高速応
答型のHg1-XCdXTe赤外線検知器が製造可能である。
以上説明した様に、本発明の赤外線検知器の製造方法
においては、高速応答性にすぐれた赤外線検知器を得る
事ができる。
においては、高速応答性にすぐれた赤外線検知器を得る
事ができる。
第１図ａ〜ｆは、本発明の赤外線検知器の製造方法の一
実施例を示す製造工程概略図であり、第２図は従来の赤
外線検知器の代表例の断面図である。第３図は可視光用
の高速応答型ホトダイオードの断面図であり、第４図ａ
〜ｃは第３図の素子の製造工程の一例を示す概略図であ
る。 図において、１……CdTe基板、２……ｐ型Hg0.8Cd0.2Te
層、３……ｎ型Hg0.8Cd0.2Te層、４……ｐ型Hg0.8Cd0.2
Te用電極、５……ｎ型Hg0.8Cd0.2Te用電極、６……薄い
ｎ型Hg0.8Cd0.2Te層、７……薄いｐ型Hg0.8Cd0.2Te層、
９……真性Hg0.8Cd0.2Te層、11……ｐ型シリコン層、12
……真性シリコン層、13……ｎ型シリコン層、14……ｐ
型シリコン用電極、15……ｎ型シリコン用電極、をそれ
ぞれ示す。
実施例を示す製造工程概略図であり、第２図は従来の赤
外線検知器の代表例の断面図である。第３図は可視光用
の高速応答型ホトダイオードの断面図であり、第４図ａ
〜ｃは第３図の素子の製造工程の一例を示す概略図であ
る。 図において、１……CdTe基板、２……ｐ型Hg0.8Cd0.2Te
層、３……ｎ型Hg0.8Cd0.2Te層、４……ｐ型Hg0.8Cd0.2
Te用電極、５……ｎ型Hg0.8Cd0.2Te用電極、６……薄い
ｎ型Hg0.8Cd0.2Te層、７……薄いｐ型Hg0.8Cd0.2Te層、
９……真性Hg0.8Cd0.2Te層、11……ｐ型シリコン層、12
……真性シリコン層、13……ｎ型シリコン層、14……ｐ
型シリコン用電極、15……ｎ型シリコン用電極、をそれ
ぞれ示す。
Claims (1)
- 【請求項１】ｎ型或はｐ型の伝導型をもった第一の狭禁
制帯幅の半導体層の上に、前記半導体層よりキャリア濃
度が小さく、前記半導体層よりも薄いｎ型層とｐ型層を
交互に複数段形成し、この上に前記第一の半導体層と反
対の伝導型を持った第二の半導体層を形成した後に、高
温中に曝す事により前記薄いｎ型層とｐ型層の間で相互
拡散を生じさせ、前記第一の半導体層と前記第二の半導
体層の間に真性半導体層を形成する事を特徴とする赤外
線検知器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090620A JP2671554B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 赤外線検知器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090620A JP2671554B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 赤外線検知器の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03289177A JPH03289177A (ja) | 1991-12-19 |
| JP2671554B2 true JP2671554B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=14003534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2090620A Expired - Lifetime JP2671554B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 赤外線検知器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2671554B2 (ja) |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP2090620A patent/JP2671554B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03289177A (ja) | 1991-12-19 |
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