JP3257687B2 - 電気光学検出器アレーとその製造方法 - Google Patents
電気光学検出器アレーとその製造方法Info
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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
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に電気光学検出器ア
レーに関し、さらに詳しくは、半導体素子の正面を光エ
ネルギで照射される電気光学検出器アレーとその製造方
法に関する。
レーに関し、さらに詳しくは、半導体素子の正面を光エ
ネルギで照射される電気光学検出器アレーとその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体電気光学検出器は、光起電力形ま
たは光伝導形のどちらかである。赤外線から紫外線まで
様々な波長領域に対し、様々な種類の電気光学検出器が
使用される。例えば約８〜１２ミクロンおよび１〜５．
６ミクロンの赤外線波長範囲用の起電力形電気光学検出
器はしばしば、それぞれテルル化水銀カドミウム（Ｈｇ
ＣｄＴｅ）およびアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）
で作成される。アンチモン化インジウムの電気光学検出
器の具体的な構成は例えば、同一人に譲渡された米国特
許第３，４８３，０９６号、第３，５５４，８１８号、
および３，５７７，１７５号に記載されている。以下で
はＩｎＳｂの電気光学検出器について記述するが、幅広
い側面を持つ本発明はこの材料に限定されない。
たは光伝導形のどちらかである。赤外線から紫外線まで
様々な波長領域に対し、様々な種類の電気光学検出器が
使用される。例えば約８〜１２ミクロンおよび１〜５．
６ミクロンの赤外線波長範囲用の起電力形電気光学検出
器はしばしば、それぞれテルル化水銀カドミウム（Ｈｇ
ＣｄＴｅ）およびアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）
で作成される。アンチモン化インジウムの電気光学検出
器の具体的な構成は例えば、同一人に譲渡された米国特
許第３，４８３，０９６号、第３，５５４，８１８号、
および３，５７７，１７５号に記載されている。以下で
はＩｎＳｂの電気光学検出器について記述するが、幅広
い側面を持つ本発明はこの材料に限定されない。
【０００３】上記の先行特許に開示された単素子デバイ
スは一般に、検出しようとする光エネルギ源に暴露され
るＰ型領域がＮ型バルク基板に支えられたＰＮ接合を含
んでいる。ＰＮ接合は通常、検出すべき光エネルギが入
射されるＰ型領域の表面から約４ミクロン以内の位置に
ある。つまり、検出しようとする光放射に曝露されるＰ
型領域は厚さが約４ミクロン以下ということである。特
定のＩｎＳｂデバイスの場合、ＰＮ接合は放射に曝され
るＰ型領域の表面から０．５ミクロン以内の位置に形成
される。Ｐ型領域の配置は、光放射がそこに直接入射
し、Ｐ型領域に形成された光生成電荷担体（キャリア）
が、ある程度妨害されずに接合へ拡散できるようにする
ことが望ましい。この構成でさえも、かなりの量の光エ
ネルギがＰ型領域を貫通してＰＮ接合に到達し、そこで
さらに幾らかの電荷担体を発生させ、なおさらにＮ型領
域にも入り込み、さらに多くの電荷担体を発生させる。
Ｎ型物質におけるこの吸収が接合からあまり遠く離れた
位置で発生しない限り、形成された電荷担体もまた接合
の方向へ拡散する。さらにこの配列では、Ｐ型領域で吸
収されなかった光エネルギがＰＮ接合に直接到達するこ
とができる。したがって、アンチモン化インジウム検出
器で光エネルギがＰ型領域に入射するようにＰ型領域を
配置すれば、光エネルギを電気エネルギに変換する効率
は比較的高くなる。
スは一般に、検出しようとする光エネルギ源に暴露され
るＰ型領域がＮ型バルク基板に支えられたＰＮ接合を含
んでいる。ＰＮ接合は通常、検出すべき光エネルギが入
射されるＰ型領域の表面から約４ミクロン以内の位置に
ある。つまり、検出しようとする光放射に曝露されるＰ
型領域は厚さが約４ミクロン以下ということである。特
定のＩｎＳｂデバイスの場合、ＰＮ接合は放射に曝され
るＰ型領域の表面から０．５ミクロン以内の位置に形成
される。Ｐ型領域の配置は、光放射がそこに直接入射
し、Ｐ型領域に形成された光生成電荷担体（キャリア）
が、ある程度妨害されずに接合へ拡散できるようにする
ことが望ましい。この構成でさえも、かなりの量の光エ
ネルギがＰ型領域を貫通してＰＮ接合に到達し、そこで
さらに幾らかの電荷担体を発生させ、なおさらにＮ型領
域にも入り込み、さらに多くの電荷担体を発生させる。
Ｎ型物質におけるこの吸収が接合からあまり遠く離れた
位置で発生しない限り、形成された電荷担体もまた接合
の方向へ拡散する。さらにこの配列では、Ｐ型領域で吸
収されなかった光エネルギがＰＮ接合に直接到達するこ
とができる。したがって、アンチモン化インジウム検出
器で光エネルギがＰ型領域に入射するようにＰ型領域を
配置すれば、光エネルギを電気エネルギに変換する効率
は比較的高くなる。
【０００４】このような特徴は長年知られていたが、比
較的大型のＩｎＳｂ電気光学半導体検出器アレーを製造
する場合には、これは我々の知る限りでは実現されてこ
なかった。我々の知る従来技術の大型のＩｎＳｂアレー
では、比較的厚いＮ型バルク基板の半導体物質に光を照
射することが慣行となっていた。つまりアレーの「背」
面に光を照射してきた。照射されるＮ型バルク基板の厚
さは一般に１０ミクロンであり、これでは、光生成され
た電荷担体がＮ型バルク基板の結晶欠陥や他の電荷担体
と相互作用を起こす確率が高くなる。最も波長の短いエ
ネルギに光検出器を露出する場合は特にそうである。な
ぜならば、最も短い波長のエネルギは背面に最も近い場
所で吸収されるので、結果的に光生成された電荷担体は
ＰＮ接合まで最も長い距離を移動しなければならないか
らである。さらに、１〜４ミクロン領域の光エネルギは
厚い物質内をＰＮ接合まで妨害されずに伝搬することが
ほとんどできず、できても非常に少ない。
較的大型のＩｎＳｂ電気光学半導体検出器アレーを製造
する場合には、これは我々の知る限りでは実現されてこ
なかった。我々の知る従来技術の大型のＩｎＳｂアレー
では、比較的厚いＮ型バルク基板の半導体物質に光を照
射することが慣行となっていた。つまりアレーの「背」
面に光を照射してきた。照射されるＮ型バルク基板の厚
さは一般に１０ミクロンであり、これでは、光生成され
た電荷担体がＮ型バルク基板の結晶欠陥や他の電荷担体
と相互作用を起こす確率が高くなる。最も波長の短いエ
ネルギに光検出器を露出する場合は特にそうである。な
ぜならば、最も短い波長のエネルギは背面に最も近い場
所で吸収されるので、結果的に光生成された電荷担体は
ＰＮ接合まで最も長い距離を移動しなければならないか
らである。さらに、１〜４ミクロン領域の光エネルギは
厚い物質内をＰＮ接合まで妨害されずに伝搬することが
ほとんどできず、できても非常に少ない。
【０００５】典型的な従来技術のアンチモン化インジウ
ムの光起電力形検出器アレーの構成と製造方法を、図１
と図２に示す。この配列およびその他の従来技術の配列
では、検出すべき光エネルギをまず相対的に厚い（約１
０〜２０ミクロン）Ｎ型バルク基板に入射する。したが
って、検出すべき光放射が最初に入射される表面からＰ
Ｎ接合までの距離は、約１０〜２０ミクロンとなる。１
〜５．６ミクロン帯域の最短波長、つまり１〜３ミクロ
ンの波長の場合、入射した光エネルギに応じてＮ型バル
ク基板で形成される光生成電荷担体は、妨害されずにＮ
型バルク基板を進むことがないので、量子効率は比較的
低い。それどころか、光エネルギつまりフォトンの吸収
によって生じる自由電荷担体は、ＰＮ接合に到達するま
でにしばしばＩｎＳｂの結晶格子や結晶欠陥と相互作用
し、その結果担体はエネルギを消失し、反対の形の他の
担体と再結合するので、検出されない。また最も短い波
長のエネルギは、Ｎ型物質に吸収されずに接合に到達
し、そこに光生成担体を形成することがほとんどできな
い。
ムの光起電力形検出器アレーの構成と製造方法を、図１
と図２に示す。この配列およびその他の従来技術の配列
では、検出すべき光エネルギをまず相対的に厚い（約１
０〜２０ミクロン）Ｎ型バルク基板に入射する。したが
って、検出すべき光放射が最初に入射される表面からＰ
Ｎ接合までの距離は、約１０〜２０ミクロンとなる。１
〜５．６ミクロン帯域の最短波長、つまり１〜３ミクロ
ンの波長の場合、入射した光エネルギに応じてＮ型バル
ク基板で形成される光生成電荷担体は、妨害されずにＮ
型バルク基板を進むことがないので、量子効率は比較的
低い。それどころか、光エネルギつまりフォトンの吸収
によって生じる自由電荷担体は、ＰＮ接合に到達するま
でにしばしばＩｎＳｂの結晶格子や結晶欠陥と相互作用
し、その結果担体はエネルギを消失し、反対の形の他の
担体と再結合するので、検出されない。また最も短い波
長のエネルギは、Ｎ型物質に吸収されずに接合に到達
し、そこに光生成担体を形成することがほとんどできな
い。
【０００６】図１と図２に示した従来技術の配列は、厚
さ約１５ミル（約０．０３８１cm）のアンチモン化イン
ジウムのＮ型バルク基板２３とその上に形成したＰ型領
域２４を、インジウムの柱２６によってマルチプレクサ
基板２５に接続したものである。柱２６は、Ｐ型領域の
場合は一般的に金、ニッケル、またはクロムの金属接触
パッド（図示せず）上に、またはマルチプレクサ基板上
に、あるいは両方の組み合せの上に成長させることがで
きる。ダイオードを形成するＰＮ接合が、Ｎ型バルク基
板２３上のＰ型領域２４の各位置に存在する。Ｎ型バル
ク基板２３とガス拡散またはイオニック・ボンバードメ
ントによって形成したＰ型領域２４のアレーとを含む検
出器アセンブリをマルチプレクサ基板２５に接続した
後、バルク基板を図２に示すように約１０ミクロンま
で、機械的および／または化学的に薄くし、研磨する。
マルチプレクサ基板２５は、Ｐ型領域２４と実質的に同
一の微細構成のスイッチング素子を持つ電子回路機構を
含む。マルチプレクサ基板２５の電子回路機構は、電気
光学検出器アレーの選択されたダイオードからの信号
を、インジウムのバンプを介してマルチプレクサ・チッ
プの１つまたは少数の共通信号リードに選択的に読み出
す。これにより、マルチプレクサのＮ型バルク基板２５
の回路機構によって選択されたインジウムの柱またはバ
ンプ２６に接続されたＰ型領域２４に一般に対応するＮ
型バルク基板２３の表面に入射した光エネルギが読み出
される。
さ約１５ミル（約０．０３８１cm）のアンチモン化イン
ジウムのＮ型バルク基板２３とその上に形成したＰ型領
域２４を、インジウムの柱２６によってマルチプレクサ
基板２５に接続したものである。柱２６は、Ｐ型領域の
場合は一般的に金、ニッケル、またはクロムの金属接触
パッド（図示せず）上に、またはマルチプレクサ基板上
に、あるいは両方の組み合せの上に成長させることがで
きる。ダイオードを形成するＰＮ接合が、Ｎ型バルク基
板２３上のＰ型領域２４の各位置に存在する。Ｎ型バル
ク基板２３とガス拡散またはイオニック・ボンバードメ
ントによって形成したＰ型領域２４のアレーとを含む検
出器アセンブリをマルチプレクサ基板２５に接続した
後、バルク基板を図２に示すように約１０ミクロンま
で、機械的および／または化学的に薄くし、研磨する。
マルチプレクサ基板２５は、Ｐ型領域２４と実質的に同
一の微細構成のスイッチング素子を持つ電子回路機構を
含む。マルチプレクサ基板２５の電子回路機構は、電気
光学検出器アレーの選択されたダイオードからの信号
を、インジウムのバンプを介してマルチプレクサ・チッ
プの１つまたは少数の共通信号リードに選択的に読み出
す。これにより、マルチプレクサのＮ型バルク基板２５
の回路機構によって選択されたインジウムの柱またはバ
ンプ２６に接続されたＰ型領域２４に一般に対応するＮ
型バルク基板２３の表面に入射した光エネルギが読み出
される。
【０００７】バルク基板の厚さを機械的に薄板化する作
業中およびその後の機械的力に耐えるために、Ｎ型バル
ク基板２３とＰ型領域２４を含むアレーとマルチプレク
サ２５との間に、エポキシ結合剤を注入する。結合剤を
インジウム柱またはバンプ２６間の空間に充満させる。
業中およびその後の機械的力に耐えるために、Ｎ型バル
ク基板２３とＰ型領域２４を含むアレーとマルチプレク
サ２５との間に、エポキシ結合剤を注入する。結合剤を
インジウム柱またはバンプ２６間の空間に充満させる。
【０００８】使用時に、図２の構造は光学エネルギが最
初にＮ型バルク基板２３に入射するように配置される。
光エネルギはバルク基板２３内で吸収された各フォトン
に対し１対の電子と正孔の自由電荷担体（キャリア）を
形成する。少数キャリアつまりアンチモン化インジウム
のＮ型バルク基板２３における正孔が多数キャリアと再
結合すると、電流は発生せず、光学エネルギは検出され
ない。しかし、少数キャリアがＮ型バルク基板２３と特
定のＰ型領域２４の間の接合を越えて拡散すると、Ｐ型
領域で電流が発生する。
初にＮ型バルク基板２３に入射するように配置される。
光エネルギはバルク基板２３内で吸収された各フォトン
に対し１対の電子と正孔の自由電荷担体（キャリア）を
形成する。少数キャリアつまりアンチモン化インジウム
のＮ型バルク基板２３における正孔が多数キャリアと再
結合すると、電流は発生せず、光学エネルギは検出され
ない。しかし、少数キャリアがＮ型バルク基板２３と特
定のＰ型領域２４の間の接合を越えて拡散すると、Ｐ型
領域で電流が発生する。
【０００９】少数キャリアが接合を越えて拡散するかど
うかは、（１）入射光エネルギによって電子と正孔の対
が形成される位置から接合位置までの距離、（２）バル
ク材２３における拡散距離、および（３）再結合の中心
として作用するバルク材の欠陥密度によって決まる。こ
れらの欠陥は、処理が行なわれる前から存在することが
ある。しかし、その他の欠陥は多くの処理段階の幾つ
か、例えばイオン注入、薄板化作業、および／またはバ
ンプ結合剤注入などにより形成される。一般に光学エネ
ルギを電気エネルギに変換する検出器の効率は、光エネ
ルギを最初に入射する表面と接合との距離が長くなるほ
ど、低下する。
うかは、（１）入射光エネルギによって電子と正孔の対
が形成される位置から接合位置までの距離、（２）バル
ク材２３における拡散距離、および（３）再結合の中心
として作用するバルク材の欠陥密度によって決まる。こ
れらの欠陥は、処理が行なわれる前から存在することが
ある。しかし、その他の欠陥は多くの処理段階の幾つ
か、例えばイオン注入、薄板化作業、および／またはバ
ンプ結合剤注入などにより形成される。一般に光学エネ
ルギを電気エネルギに変換する検出器の効率は、光エネ
ルギを最初に入射する表面と接合との距離が長くなるほ
ど、低下する。
【００１０】Ｎ型バルク基板２３を薄板化し研磨する作
業は、検出器に厳しい応力を与え、その結果しばしばＮ
型バルク基板に亀裂が発生する。Ｎ型バルク基板２３を
薄板化するために使用する研磨剤や機械的磨耗は、光エ
ネルギを最初に入射するバルク材の表面に微結晶損傷を
生じる。微結晶損傷は、アレーの電気的特性に非常に有
害な影響をもたらす。その結果生じる、光エネルギが入
射するＮ型バルク基板２３のバルク材の劣化は、Ｎ型バ
ルク基板の表面再結合率を高め、量子効率を劇的に低下
する。Ｎ型バルク基板２３の表面近くで吸収される最短
波長の場合は、その影響が特に著しい。
業は、検出器に厳しい応力を与え、その結果しばしばＮ
型バルク基板に亀裂が発生する。Ｎ型バルク基板２３を
薄板化するために使用する研磨剤や機械的磨耗は、光エ
ネルギを最初に入射するバルク材の表面に微結晶損傷を
生じる。微結晶損傷は、アレーの電気的特性に非常に有
害な影響をもたらす。その結果生じる、光エネルギが入
射するＮ型バルク基板２３のバルク材の劣化は、Ｎ型バ
ルク基板の表面再結合率を高め、量子効率を劇的に低下
する。Ｎ型バルク基板２３の表面近くで吸収される最短
波長の場合は、その影響が特に著しい。
【００１１】検出器アレーは通常、液体ヘリウムや液体
窒素などの範囲の極低温で使用される。液体窒素の温度
ではＩｎＳｂアレーで短い波長の量子効率の低下は起こ
らないが、温度がさらに（天文学者が関心を持つ）液体
ヘリウム温度範囲まで下がると、拡散距離（上述）は著
しく低下し、従来技術のデバイスの性能は低下する。ま
た、液体窒素温度で使用すると、Ｎ型バルク基板２３と
マルチプレクサ基板２５の間の熱膨脹の不一致のため
に、アレーに厳しい機械的なひずみが発生する。Ｎ型バ
ルク基板２３の非常に薄いバルク材は、生じるひずみに
必ずしも順応することができずに、破損を引き起こした
り、変形してインジウム柱２６とＮ型バルク基板２３ま
たはその上のパッドの間の結合を損壊することがある。
窒素などの範囲の極低温で使用される。液体窒素の温度
ではＩｎＳｂアレーで短い波長の量子効率の低下は起こ
らないが、温度がさらに（天文学者が関心を持つ）液体
ヘリウム温度範囲まで下がると、拡散距離（上述）は著
しく低下し、従来技術のデバイスの性能は低下する。ま
た、液体窒素温度で使用すると、Ｎ型バルク基板２３と
マルチプレクサ基板２５の間の熱膨脹の不一致のため
に、アレーに厳しい機械的なひずみが発生する。Ｎ型バ
ルク基板２３の非常に薄いバルク材は、生じるひずみに
必ずしも順応することができずに、破損を引き起こした
り、変形してインジウム柱２６とＮ型バルク基板２３ま
たはその上のパッドの間の結合を損壊することがある。
【００１２】従来技術の方法のその他の欠点は、検出器
ウェハを個々のチップに切断した後、そしてバンプの結
合を行なった後で、バルク基板の薄板化処理を実行する
ことである。そのため、例えば１つのウェハに１０のア
レーがあった場合、薄板化処理を１０回行なうことにな
り、高価な処理技術になる。
ウェハを個々のチップに切断した後、そしてバンプの結
合を行なった後で、バルク基板の薄板化処理を実行する
ことである。そのため、例えば１つのウェハに１０のア
レーがあった場合、薄板化処理を１０回行なうことにな
り、高価な処理技術になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、改良された新しい電気光学検出器アレーとその
製造方法を提供することである。
目的は、改良された新しい電気光学検出器アレーとその
製造方法を提供することである。
【００１４】本発明の別の目的は、光エネルギを最初に
入射する表面に非常に近接した位置にＰＮ接合を配置し
た、改良された新しい電気光学検出器アレーとその製造
方法を提供することである。
入射する表面に非常に近接した位置にＰＮ接合を配置し
た、改良された新しい電気光学検出器アレーとその製造
方法を提供することである。
【００１５】本発明のさらに別の目的は、１〜５．６ミ
クロンの波長帯域の赤外線エネルギのスペクトル全体の
波長に対する量子効率が比較的高い、改良された新しい
上記赤外線エネルギ用の電気光学検出器と、その製造方
法を提供することである。
クロンの波長帯域の赤外線エネルギのスペクトル全体の
波長に対する量子効率が比較的高い、改良された新しい
上記赤外線エネルギ用の電気光学検出器と、その製造方
法を提供することである。
【００１６】本発明のさらに別の目的は、アレーを両極
端の温度サイクルに曝しても機械的特性と電気的特性が
安定している、極低温環境で使用するようにした改良さ
れた新しい電気光学検出器と、その製造方法を提供する
ことである。
端の温度サイクルに曝しても機械的特性と電気的特性が
安定している、極低温環境で使用するようにした改良さ
れた新しい電気光学検出器と、その製造方法を提供する
ことである。
【００１７】本発明のさらに別の目的は、ウェハを外部
制御回路機構つまりマルチプレクサＮ型バルク基板に接
続する前に全ての検出器処理を実行する、改良された新
しい電気光学検出器アレーを提供することである。
制御回路機構つまりマルチプレクサＮ型バルク基板に接
続する前に全ての検出器処理を実行する、改良された新
しい電気光学検出器アレーを提供することである。
【００１８】本発明のさらに別の目的は、使用目的のス
ペクトル全体で比較的高い量子効率を持ち、極低温で使
用したり、極低温と気温との間の温度サイクルに曝して
も機械的特性と電気的特性が安定している、改良された
新しいアンチモン化インジウム検出器アレーと、その製
造方法を提供することである。
ペクトル全体で比較的高い量子効率を持ち、極低温で使
用したり、極低温と気温との間の温度サイクルに曝して
も機械的特性と電気的特性が安定している、改良された
新しいアンチモン化インジウム検出器アレーと、その製
造方法を提供することである。
【００１９】本発明のさらに別の目的は、検出すべき赤
外光エネルギが最初に検出器のＮ型物質ではなく、Ｐ型
物質に入射されるように、アンチモン化インジウムのＰ
型物質を配置した、改良された新しいアンチモン化イン
ジウム検出器アレーと、その製造方法を提供することで
ある。
外光エネルギが最初に検出器のＮ型物質ではなく、Ｐ型
物質に入射されるように、アンチモン化インジウムのＰ
型物質を配置した、改良された新しいアンチモン化イン
ジウム検出器アレーと、その製造方法を提供することで
ある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の面では、
電気光学検出器が非金属の機械的支持体とこの支持体上
の半導体ダイオードのアレーで構成される。ダイオード
はそこに入射した光エネルギによって影響を受ける電気
的特性を有し、第１と第２の異なるドーピング領域を分
離する接合を含む。この検出器の特徴は、第１と第２の
領域が検出すべき光エネルギを透過する支持体上に配置
され、かつ検出すべき光エネルギが支持体内を伝搬して
第２領域に入射する前に第１領域に入射するように配列
される。第１の領域は、（ａ）第１の領域に入射する、
ほとんど総ての短波長の光エネルギの放射が第１の領域
か接合のいずれかで吸収され、一方で長波長の光エネル
ギの放射が第１の領域および接合を貫通して第２の領域
に到達し、（ｂ）光エネルギにおける多くの重要な光子
が、接合のところまたはその近傍で吸収され、電荷担体
が第１の領域に入射し、再結合することなく接合ヘと拡
散する光エネルギから生ずるような材料で作られ、かつ
そのための厚さをもつ。第２の領域は第１の領域より実
質的に厚い。
電気光学検出器が非金属の機械的支持体とこの支持体上
の半導体ダイオードのアレーで構成される。ダイオード
はそこに入射した光エネルギによって影響を受ける電気
的特性を有し、第１と第２の異なるドーピング領域を分
離する接合を含む。この検出器の特徴は、第１と第２の
領域が検出すべき光エネルギを透過する支持体上に配置
され、かつ検出すべき光エネルギが支持体内を伝搬して
第２領域に入射する前に第１領域に入射するように配列
される。第１の領域は、（ａ）第１の領域に入射する、
ほとんど総ての短波長の光エネルギの放射が第１の領域
か接合のいずれかで吸収され、一方で長波長の光エネル
ギの放射が第１の領域および接合を貫通して第２の領域
に到達し、（ｂ）光エネルギにおける多くの重要な光子
が、接合のところまたはその近傍で吸収され、電荷担体
が第１の領域に入射し、再結合することなく接合ヘと拡
散する光エネルギから生ずるような材料で作られ、かつ
そのための厚さをもつ。第２の領域は第１の領域より実
質的に厚い。
【００２１】本発明の別の側面による検出器は、検出す
べき光エネルギを透過する支持体上に第１と第２の領域
が配置され、かつ検出すべき光エネルギが支持体内を伝
搬して第２領域に入射する前に第１領域に入射するよう
に配列され、第２領域が薄板化したバルク材で形成さ
れ、第１領域がバルク材上の層として形成されることを
特徴とする。
べき光エネルギを透過する支持体上に第１と第２の領域
が配置され、かつ検出すべき光エネルギが支持体内を伝
搬して第２領域に入射する前に第１領域に入射するよう
に配列され、第２領域が薄板化したバルク材で形成さ
れ、第１領域がバルク材上の層として形成されることを
特徴とする。
【００２２】本発明のさらに別の側面では、電気光学検
出器が非金属の機械的支持体とこの支持体上のＩｎＳｂ
半導体ダイオードの２次元アレーで構成される。ダイオ
ードはＰドーピング領域とＮドーピング領域を分離する
接合を含む。この検出器の特徴は、両領域が検出すべき
光エネルギを透過する支持体上に配置され、かつ検出す
べき光エネルギが支持体内を伝搬してＮドーピング領域
に入射する前にＰドーピング領域に入射するように配列
されることである。
出器が非金属の機械的支持体とこの支持体上のＩｎＳｂ
半導体ダイオードの２次元アレーで構成される。ダイオ
ードはＰドーピング領域とＮドーピング領域を分離する
接合を含む。この検出器の特徴は、両領域が検出すべき
光エネルギを透過する支持体上に配置され、かつ検出す
べき光エネルギが支持体内を伝搬してＮドーピング領域
に入射する前にＰドーピング領域に入射するように配列
されることである。
【００２３】１つの好適実施例では、支持体と電気的に
接続し第１領域を互いに接続する金属電極が、第１領域
に入射する光エネルギを実質的に妨害しないように配列
される。ダイオードは行列に配置することが望ましく、
金属電極は相互に直交方向に伸長する格子状の交差帯と
して、または検出すべき光エネルギが第１領域に入射で
きるようにウィンドウを持ったフィルムとして配列され
る。第１領域を形成する材料と厚さは、第１領域に吸収
された光エネルギによって生成される電荷担体が、実質
的に再結合せずに接合まで拡散するように決定される。
また、第１領域はガス拡散バルク材またはイオン注入層
として形成されることが望ましい。
接続し第１領域を互いに接続する金属電極が、第１領域
に入射する光エネルギを実質的に妨害しないように配列
される。ダイオードは行列に配置することが望ましく、
金属電極は相互に直交方向に伸長する格子状の交差帯と
して、または検出すべき光エネルギが第１領域に入射で
きるようにウィンドウを持ったフィルムとして配列され
る。第１領域を形成する材料と厚さは、第１領域に吸収
された光エネルギによって生成される電荷担体が、実質
的に再結合せずに接合まで拡散するように決定される。
また、第１領域はガス拡散バルク材またはイオン注入層
として形成されることが望ましい。
【００２４】ある好適実施例では、マルチプレクサ集積
回路基板が支持体と平行に伸長し、そしてダイオードの
電気的特性を選択的に読み出す素子アレーを装備する。
素子とダイオードをほぼ同一の地形的構造として、対応
する素子とダイオードの位置を整合させ、両者を金属バ
ンプのアレーで接続する。
回路基板が支持体と平行に伸長し、そしてダイオードの
電気的特性を選択的に読み出す素子アレーを装備する。
素子とダイオードをほぼ同一の地形的構造として、対応
する素子とダイオードの位置を整合させ、両者を金属バ
ンプのアレーで接続する。
【００２５】ダイオードの半導体光学アレーは、第１導
電型のバルク半導体上でかつのその表面近傍にＰＮ接合
として形成されることが望ましい。それぞれの接合は、
第１導電型のバルク半導体と第２導電型の半導体領域と
の間に存在する。電極は、第２導電型の半導体領域の一
部を金属化することによって形成される。アレーは、支
持体内部の光学通路が第１導電型の半導体領域の少なく
とも一部分まで続くように第１導電型の半導体領域を支
持体に結合することによって、支持体に接合される。島
は、半導体領域を支持体に結合した状態でバルク基板の
厚さを減少させ、薄くしたバルク基板をエッチングする
ことによって形成される。このとき、島のそれぞれにバ
ルク半導体の対応する領域、接合、および第２導電型半
導体領域の１つが含まれるようにする。
電型のバルク半導体上でかつのその表面近傍にＰＮ接合
として形成されることが望ましい。それぞれの接合は、
第１導電型のバルク半導体と第２導電型の半導体領域と
の間に存在する。電極は、第２導電型の半導体領域の一
部を金属化することによって形成される。アレーは、支
持体内部の光学通路が第１導電型の半導体領域の少なく
とも一部分まで続くように第１導電型の半導体領域を支
持体に結合することによって、支持体に接合される。島
は、半導体領域を支持体に結合した状態でバルク基板の
厚さを減少させ、薄くしたバルク基板をエッチングする
ことによって形成される。このとき、島のそれぞれにバ
ルク半導体の対応する領域、接合、および第２導電型半
導体領域の１つが含まれるようにする。
【００２６】本発明の上記およびその他の目的、特徴、
および利点は、特に添付の図面を参照しながら以下に詳
しく述べる幾つかの具体的な実施例から明らかになるだ
ろう。
および利点は、特に添付の図面を参照しながら以下に詳
しく述べる幾つかの具体的な実施例から明らかになるだ
ろう。
【００２７】
【実施例】次に図３を参照しながら説明する。この図
は、１〜１．５ミクロンの波長領域に放射用の光起電力
形アンチモン化インジウム赤外線検出器ダイオード・ア
レー５２が、光学的に透明な支持体５１に取り付けられ
た状態を示す。支持体５１に平行に伸長したマルチプレ
クサ集積回路基板５３を、インジウム柱５４によってア
レーのダイオードに接続する。
は、１〜１．５ミクロンの波長領域に放射用の光起電力
形アンチモン化インジウム赤外線検出器ダイオード・ア
レー５２が、光学的に透明な支持体５１に取り付けられ
た状態を示す。支持体５１に平行に伸長したマルチプレ
クサ集積回路基板５３を、インジウム柱５４によってア
レーのダイオードに接続する。
【００２８】アレー５２のダイオードは、検出すべき光
エネルギを透過する支持体５１に、検出すべき光エネル
ギがアレーのダイオードのＮ型バルク基板領域６３より
前にダイオードのＰ型ドーピング領域６２に入射するよ
うに、配列する。アレーのダイオードは島として形成
し、隣接するダイオード同士が誘電体を間に挟んで相互
に間隔を置いて配置されるようにする。アレー５２のダ
イオードのＰ型領域６２とＮ型領域６３の間のＰＮ接合
は、検出すべき光エネルギが最初に入射する各ダイオー
ドの表面から約４ミクロン以内（一般的に約０．５ミク
ロン以内）の位置にする。光エネルギが最初に入射する
表面と個々の接合の距離が近いので、Ｐ型領域６２で形
成される電荷担体は接合に直接拡散し、スペクトルの最
短波長端部を含め目的の波長領域全体で、アレー５２の
半導体ダイオードによる光エネルギから電気エネルギへ
の効率的な転移が行なわれる。光エネルギの入射の結果
生じるアレー５２のダイオードのＮ型領域の電流は、Ｎ
型領域６３の金属接触パッド５５を介し、さらに金属パ
ッドの接続部からインジウム柱５４を介してマルチプレ
クサ５３の素子へ移送される。
エネルギを透過する支持体５１に、検出すべき光エネル
ギがアレーのダイオードのＮ型バルク基板領域６３より
前にダイオードのＰ型ドーピング領域６２に入射するよ
うに、配列する。アレーのダイオードは島として形成
し、隣接するダイオード同士が誘電体を間に挟んで相互
に間隔を置いて配置されるようにする。アレー５２のダ
イオードのＰ型領域６２とＮ型領域６３の間のＰＮ接合
は、検出すべき光エネルギが最初に入射する各ダイオー
ドの表面から約４ミクロン以内（一般的に約０．５ミク
ロン以内）の位置にする。光エネルギが最初に入射する
表面と個々の接合の距離が近いので、Ｐ型領域６２で形
成される電荷担体は接合に直接拡散し、スペクトルの最
短波長端部を含め目的の波長領域全体で、アレー５２の
半導体ダイオードによる光エネルギから電気エネルギへ
の効率的な転移が行なわれる。光エネルギの入射の結果
生じるアレー５２のダイオードのＮ型領域の電流は、Ｎ
型領域６３の金属接触パッド５５を介し、さらに金属パ
ッドの接続部からインジウム柱５４を介してマルチプレ
クサ５３の素子へ移送される。
【００２９】検出すべき光エネルギを透過する誘電物質
の支持体５１は、一般的には相互に直交方向に伸長する
交差金製帯で形成した金属格子層５９の上にかぶせたエ
ポキシ接着層５８で背面を覆った、ウィンドウとして機
能する誘電板５７（例えばサファイアまたはガリウム・
ヒ素で形成する）を含む。金属格子層５９は、各々のＰ
型領域６２を地面などの基準電位レベルに接地する。金
属格子５９の大半は、アレー５２のアンチモン化インジ
ウム・ダイオードの全てのＰ型領域６２の大半を覆い隠
し、誘電板５７の場合と同様に検出すべき光エネルギを
透過する、好適には一酸化シリコンまたは二酸化シリコ
ンで形成する酸化物層６１を越えて伸長する。金属パッ
ド５５は、検出すべき光エネルギを最初に入射するＰ型
領域６２の表面とは離して、Ｎ型領域６３の表面に配置
する。
の支持体５１は、一般的には相互に直交方向に伸長する
交差金製帯で形成した金属格子層５９の上にかぶせたエ
ポキシ接着層５８で背面を覆った、ウィンドウとして機
能する誘電板５７（例えばサファイアまたはガリウム・
ヒ素で形成する）を含む。金属格子層５９は、各々のＰ
型領域６２を地面などの基準電位レベルに接地する。金
属格子５９の大半は、アレー５２のアンチモン化インジ
ウム・ダイオードの全てのＰ型領域６２の大半を覆い隠
し、誘電板５７の場合と同様に検出すべき光エネルギを
透過する、好適には一酸化シリコンまたは二酸化シリコ
ンで形成する酸化物層６１を越えて伸長する。金属パッ
ド５５は、検出すべき光エネルギを最初に入射するＰ型
領域６２の表面とは離して、Ｎ型領域６３の表面に配置
する。
【００３０】金属格子５９は酸化物層６１内の一部分を
通って伸長し、Ｐ型領域６２のそれぞれの正面との接触
を確立する。領域６２の各正面部の面積のうち金属格子
５９で覆われた部分のパーセンテージは比較的小さいの
で、金属格子はこれが無ければＰ型領域６２の露出して
いた正面の実質的な部分を覆い隠さない。アレー５２の
ダイオードと金属格子５９は正方形のマトリックスに配
列することが望ましいが、必ずしもそうしなくてもかま
わない。例えば、アレー２のダイオードは直線配列や長
方形配列、あるいは円形配列にすることさえも可能であ
る。通常、本発明に関連するアレーは少なくとも１６個
のダイオードで構成される。
通って伸長し、Ｐ型領域６２のそれぞれの正面との接触
を確立する。領域６２の各正面部の面積のうち金属格子
５９で覆われた部分のパーセンテージは比較的小さいの
で、金属格子はこれが無ければＰ型領域６２の露出して
いた正面の実質的な部分を覆い隠さない。アレー５２の
ダイオードと金属格子５９は正方形のマトリックスに配
列することが望ましいが、必ずしもそうしなくてもかま
わない。例えば、アレー２のダイオードは直線配列や長
方形配列、あるいは円形配列にすることさえも可能であ
る。通常、本発明に関連するアレーは少なくとも１６個
のダイオードで構成される。
【００３１】アレー５２のそれぞれのアンチモン化イン
ジウム・ダイオードのＰ型領域６２、Ｎ型領域６３、お
よび対応する接合は、検出すべき１〜２ミクロンの光放
射はほとんど全部Ｐ型領域または接合に吸収されるが、
２ミクロン以上の波長の放射はある程度Ｐ型領域と接合
を貫通してＮ型領域まで進むように、配置する。この目
的のために、領域６２と６３の間の電気的ＰＮ接合から
酸化物層６１と接触するＰ型領域６２の表面までの距離
を４ミクロン以下、一般的には０．５ミクロン以下と
し、Ｎ型領域６３の厚さを５ミクロンから２０ミクロン
の間とする。この構成により、かなりの数のフォトンは
接合付近で吸収され、入射した光放射によって発生した
電荷担体（キャリア）は再結合することなく接合へ拡散
する。それにより、特に１〜２ミクロンの短い波長領域
で光エネルギを電気エネルギに変換する量子効率が向上
する。
ジウム・ダイオードのＰ型領域６２、Ｎ型領域６３、お
よび対応する接合は、検出すべき１〜２ミクロンの光放
射はほとんど全部Ｐ型領域または接合に吸収されるが、
２ミクロン以上の波長の放射はある程度Ｐ型領域と接合
を貫通してＮ型領域まで進むように、配置する。この目
的のために、領域６２と６３の間の電気的ＰＮ接合から
酸化物層６１と接触するＰ型領域６２の表面までの距離
を４ミクロン以下、一般的には０．５ミクロン以下と
し、Ｎ型領域６３の厚さを５ミクロンから２０ミクロン
の間とする。この構成により、かなりの数のフォトンは
接合付近で吸収され、入射した光放射によって発生した
電荷担体（キャリア）は再結合することなく接合へ拡散
する。それにより、特に１〜２ミクロンの短い波長領域
で光エネルギを電気エネルギに変換する量子効率が向上
する。
【００３２】酸化物層６１はＰ型領域６２の上部と側部
表面、およびＮ型領域６３の側部表面に係合し、ＰＮ接
合に電気絶縁層を提供する。また酸化物層６１は、以下
に述べるようにアレー５２のアンチモン化インジウム・
ダイオードを島状態に分離するために使用するエッチン
グ液が、金属格子層５９を冒すのを防止する。
表面、およびＮ型領域６３の側部表面に係合し、ＰＮ接
合に電気絶縁層を提供する。また酸化物層６１は、以下
に述べるようにアレー５２のアンチモン化インジウム・
ダイオードを島状態に分離するために使用するエッチン
グ液が、金属格子層５９を冒すのを防止する。
【００３３】図３に示す構造を形成する望ましい方法
を、図４ないし図７に示す。最初に、図４に示すよう
に、例えば厚さが約１０ミルのバルクＮ型アンチモン化
インジウム基板７１の上に、ガス蒸着処理またはイオン
・ボンバードメントを用いて、Ｐ型領域６２を形成す
る。次に、Ｎ型バルク基板７１とＰ型領域６２の露出し
た上部表面に、酸化物層６１と金属格子５９を順次蒸着
させ、図５に示すような構造を形成する。（図５は、金
属格子層５９およびＰ型領域６２とＮ型バルク基板７１
の上部表面を概略的に示したものである。分かりやすく
するために、酸化物層６１は図示していない。） これ
により、相互に間隔を置いて配置したＰ型領域６２の方
形配列がＮ型バルク基板７１の上部表面を覆うように形
成され、Ｐ型領域で覆われないＮ型バルク基板の行列マ
トリックス配列が残る。金属格子５９は、Ｐ型領域６２
とＮ型バルク基板７１の図示された表面部分の上を覆
う。
を、図４ないし図７に示す。最初に、図４に示すよう
に、例えば厚さが約１０ミルのバルクＮ型アンチモン化
インジウム基板７１の上に、ガス蒸着処理またはイオン
・ボンバードメントを用いて、Ｐ型領域６２を形成す
る。次に、Ｎ型バルク基板７１とＰ型領域６２の露出し
た上部表面に、酸化物層６１と金属格子５９を順次蒸着
させ、図５に示すような構造を形成する。（図５は、金
属格子層５９およびＰ型領域６２とＮ型バルク基板７１
の上部表面を概略的に示したものである。分かりやすく
するために、酸化物層６１は図示していない。） これ
により、相互に間隔を置いて配置したＰ型領域６２の方
形配列がＮ型バルク基板７１の上部表面を覆うように形
成され、Ｐ型領域で覆われないＮ型バルク基板の行列マ
トリックス配列が残る。金属格子５９は、Ｐ型領域６２
とＮ型バルク基板７１の図示された表面部分の上を覆
う。
【００３４】誘導板つまりウィンドウ５７は、エポキシ
接着層５８によって金属格子５９および酸化物層６１の
露出表面に接着され、図４に示す構造を形成する。一般
に、光エネルギに暴露されるアンチモン化インジウムの
表面には、当業界の技術者にはよく知られた方法で反射
防止被覆が施される。分かりやすくするために、反射防
止被覆は図示していない。
接着層５８によって金属格子５９および酸化物層６１の
露出表面に接着され、図４に示す構造を形成する。一般
に、光エネルギに暴露されるアンチモン化インジウムの
表面には、当業界の技術者にはよく知られた方法で反射
防止被覆が施される。分かりやすくするために、反射防
止被覆は図示していない。
【００３５】図４に示す構造を形成した後、Ｎ型バルク
基板７１の厚さを、図６に示すように、約１０ないし２
０ミクロンに減少する。Ｎ型バルク基板７１の厚さを減
少するとは、つまり従来の機械的または化学的手段によ
りＮ型バルク基板を薄板化することである。次に、図６
のＮ型バルク基板７１に接触する酸化物層の領域に一般
に対応するバルク基板層７１の露出領域に、エッチング
液マスクを形成する。次に、エッチング液マスクおよび
Ｎ型バルク基板７１の露出表面にアンチモン化インジウ
ム用化学エッチング液を塗り、図７に示すようにＮ型領
域６３の間に溝（トレンチ）を形成させる。乾式エッチ
ングつまりプラズマ・エッチングまたはイオン・ビーム
・ミリングを使用して検出器材料に溝を形成することも
できる。溝は検出器材料の個々の島を分離して、個々に
切り離された検出器ダイオードを形成する。これによ
り、それぞれＰ型領域６２とＮ型領域６３を持つたくさ
んのダイオードが相互に間隔を置いて形成される。全て
のダイオードのＮ型領域は、機械的および電気的に相互
に分離される。ダイオードのＰ型領域は全て機械的に相
互に分離されるが、電気的には金属格子５９によって相
互に接続されている。
基板７１の厚さを、図６に示すように、約１０ないし２
０ミクロンに減少する。Ｎ型バルク基板７１の厚さを減
少するとは、つまり従来の機械的または化学的手段によ
りＮ型バルク基板を薄板化することである。次に、図６
のＮ型バルク基板７１に接触する酸化物層の領域に一般
に対応するバルク基板層７１の露出領域に、エッチング
液マスクを形成する。次に、エッチング液マスクおよび
Ｎ型バルク基板７１の露出表面にアンチモン化インジウ
ム用化学エッチング液を塗り、図７に示すようにＮ型領
域６３の間に溝（トレンチ）を形成させる。乾式エッチ
ングつまりプラズマ・エッチングまたはイオン・ビーム
・ミリングを使用して検出器材料に溝を形成することも
できる。溝は検出器材料の個々の島を分離して、個々に
切り離された検出器ダイオードを形成する。これによ
り、それぞれＰ型領域６２とＮ型領域６３を持つたくさ
んのダイオードが相互に間隔を置いて形成される。全て
のダイオードのＮ型領域は、機械的および電気的に相互
に分離される。ダイオードのＰ型領域は全て機械的に相
互に分離されるが、電気的には金属格子５９によって相
互に接続されている。
【００３６】図７に示す構造を製造した後、金属オーム
接触パッド５５（図３）をＮ型領域６３に蒸着し、金属
パッド上に柱あるいはバンプ５４を成長させる。特にマ
ルチプレクサ基板５３とアレー５２のダイオードとの接
続は、金属パッドおよび／またはアレー５２のダイオー
ドに対応し、地形的構造が整合したマルチプレクサの領
域にインジウムの柱またはバンプ５４を成長させること
によって実行する。次にウェハを切断し、マルチプレク
サ読み出しにバンプ接続した個々のアレーにする。
接触パッド５５（図３）をＮ型領域６３に蒸着し、金属
パッド上に柱あるいはバンプ５４を成長させる。特にマ
ルチプレクサ基板５３とアレー５２のダイオードとの接
続は、金属パッドおよび／またはアレー５２のダイオー
ドに対応し、地形的構造が整合したマルチプレクサの領
域にインジウムの柱またはバンプ５４を成長させること
によって実行する。次にウェハを切断し、マルチプレク
サ読み出しにバンプ接続した個々のアレーにする。
【００３７】共通のＮ型アンチモン化インジウムのＮ型
バルク基板を持つＰ型アンチモン化インジウムの「島」
であった（一般に「Ｎの上にＰが載った」構造のことを
指す）従来技術の構造とは対照的に、本発明の構造は、
それぞれの島がＰ型領域の上にＮ型領域を有しており、
ＰＮ接合を持った別個のダイオードを形成する。従来技
術では、光学的に生成されたキャリアが何ミクロンもの
厚さのＮ型アンチモン化インジウムを移動してキャリア
捕集領域に到達しなければならなかった。本発明のＩｎ
Ｓｂの実施例では、光学的に生成されたキャリアは０．
５ミクロン（以下）のＰ型領域６２を移動するだけでキ
ャリア捕集領域に達する。本発明では、島のＰ型材料は
電気的に金属格子パターン５９と接続しており、ダイオ
ードの島は全て、Ｐ型層間の材料をエッチングすること
によって、機械的に相互に切り離される。これらの要素
により、本発明は「Ｐの上にＮが載った」構造とみなさ
れる。
バルク基板を持つＰ型アンチモン化インジウムの「島」
であった（一般に「Ｎの上にＰが載った」構造のことを
指す）従来技術の構造とは対照的に、本発明の構造は、
それぞれの島がＰ型領域の上にＮ型領域を有しており、
ＰＮ接合を持った別個のダイオードを形成する。従来技
術では、光学的に生成されたキャリアが何ミクロンもの
厚さのＮ型アンチモン化インジウムを移動してキャリア
捕集領域に到達しなければならなかった。本発明のＩｎ
Ｓｂの実施例では、光学的に生成されたキャリアは０．
５ミクロン（以下）のＰ型領域６２を移動するだけでキ
ャリア捕集領域に達する。本発明では、島のＰ型材料は
電気的に金属格子パターン５９と接続しており、ダイオ
ードの島は全て、Ｐ型層間の材料をエッチングすること
によって、機械的に相互に切り離される。これらの要素
により、本発明は「Ｐの上にＮが載った」構造とみなさ
れる。
【００３８】本発明でＮ型バルク基板を薄板化する唯一
の理由は、エッチング段階つまりＰ型領域間のかなりの
量の材料の除去を高速かつ最小限の横方向エッチングで
実行するためである。デバイスは「正面」つまりＰ型領
域側から照射されるので、Ｎ型バルク材料の加工によっ
て生じる機械的損傷は、アレーの光学的および電気的検
出特性に悪影響を及ぼさない。多くの場合、Ｐ型領域
は、検出すべきエネルギを入射するＩｎＳｂの表面から
１ミクロン以下しかない。キャリア捕集領域を、検出す
べきエネルギを入射する表面に非常に近い位置に配置す
ることによって、少数キャリアが再結合中心の濃度の高
いＮ型材料の「長い」距離（約１０ミクロン）を拡散し
なければならないという問題が全て解消される。
の理由は、エッチング段階つまりＰ型領域間のかなりの
量の材料の除去を高速かつ最小限の横方向エッチングで
実行するためである。デバイスは「正面」つまりＰ型領
域側から照射されるので、Ｎ型バルク材料の加工によっ
て生じる機械的損傷は、アレーの光学的および電気的検
出特性に悪影響を及ぼさない。多くの場合、Ｐ型領域
は、検出すべきエネルギを入射するＩｎＳｂの表面から
１ミクロン以下しかない。キャリア捕集領域を、検出す
べきエネルギを入射する表面に非常に近い位置に配置す
ることによって、少数キャリアが再結合中心の濃度の高
いＮ型材料の「長い」距離（約１０ミクロン）を拡散し
なければならないという問題が全て解消される。
【００３９】本発明では、検出器材料を基本的にウェハ
の形で処理するので、平坦性（planarity ）および厚さ
の制御が向上する。多くの場合、検出器とマルチプレク
サＮ型バルク基板は同一材料または同一か近い熱膨脹係
数の材料で形成することができるので、製造工程でもＮ
型バルク基板７１の応力の問題が解消される。したがっ
て、インジウム柱５４の結合が破損するような応力は事
実上生じない。さらに、隣接するＮ型領域６３との電気
接触が無いので、アレー５２の検出器ダイオードの電気
絶縁が完全であり、アレー５２のダイオード間の光学的
および電気的漏れが解消される。アレーの隣接するダイ
オード間のアンチモン化インジウムを物理的に除去する
ことによって、横方向に拡散する電荷担体は隣接ダイオ
ードから減結合する（decoupled ）。
の形で処理するので、平坦性（planarity ）および厚さ
の制御が向上する。多くの場合、検出器とマルチプレク
サＮ型バルク基板は同一材料または同一か近い熱膨脹係
数の材料で形成することができるので、製造工程でもＮ
型バルク基板７１の応力の問題が解消される。したがっ
て、インジウム柱５４の結合が破損するような応力は事
実上生じない。さらに、隣接するＮ型領域６３との電気
接触が無いので、アレー５２の検出器ダイオードの電気
絶縁が完全であり、アレー５２のダイオード間の光学的
および電気的漏れが解消される。アレーの隣接するダイ
オード間のアンチモン化インジウムを物理的に除去する
ことによって、横方向に拡散する電荷担体は隣接ダイオ
ードから減結合する（decoupled ）。
【００４０】個々のアンチモン化インジウム・ダイオー
ド検出器の島を分離することにより、検出器材料から熱
膨張応力が除去される。非常に脆弱なアンチモン化イン
ジウム検出器材料における熱応力の問題は、検出器アレ
ー５２を形成する個々の島のサイズが小さいので解除さ
れる。従来技術では、マルチプレクサのＮ型バルク基板
に対するアンチモン化インジウムＮ型バルク基板の熱膨
脹のために、熱応力の問題がしばしば発生した。従来技
術では、バルクのアンチモン化インジウムの面積がマル
チプレクサの面積に匹敵したので、マルチプレクサに対
するアンチモン化インジウムの膨脹のために、アンチモ
ン化インジウムに応力が発生した。本発明のダイオード
は空間的に分離した小さい島として形成されるので、ダ
イオード素子の膨脹はマルチプレクサの膨脹に比べて無
視することができる。
ド検出器の島を分離することにより、検出器材料から熱
膨張応力が除去される。非常に脆弱なアンチモン化イン
ジウム検出器材料における熱応力の問題は、検出器アレ
ー５２を形成する個々の島のサイズが小さいので解除さ
れる。従来技術では、マルチプレクサのＮ型バルク基板
に対するアンチモン化インジウムＮ型バルク基板の熱膨
脹のために、熱応力の問題がしばしば発生した。従来技
術では、バルクのアンチモン化インジウムの面積がマル
チプレクサの面積に匹敵したので、マルチプレクサに対
するアンチモン化インジウムの膨脹のために、アンチモ
ン化インジウムに応力が発生した。本発明のダイオード
は空間的に分離した小さい島として形成されるので、ダ
イオード素子の膨脹はマルチプレクサの膨脹に比べて無
視することができる。
【００４１】したがって、図３の構造は、まずバルクＮ
型ＩｎＳｂウェハを用いて通常のプロセスによりＩｎＳ
ｂダイオード・アレーを形成することから始める。次に
ウェハの表面を、拡散またはイオン注入によって変化さ
せ、Ｐ型の層を形成する。「メサ」法によるダイオード
・アレー形成法では、フォトマスクとエッチング処理を
使用し、所望のＰ型領域間のＰ型（およびある程度のＮ
型）のＩｎＳｂを食刻することによって、個々のＰ型メ
サ領域を形成する。Ｐ型領域は通常０．４ミクロン程度
しかないので、エッチングは非常に浅く、１〜４ミクロ
ン程度である。各ダイオードのＰＮ接合のエッジは、各
メサの側壁に露出される。次に、酸化物と金属のパター
ンを、透明な支持体に結合する直前にこの表面に蒸着す
る。その後の後部薄板化とエッチングの作業は、先に図
３〜７に関連して説明したように、本発明に従って実行
する。
型ＩｎＳｂウェハを用いて通常のプロセスによりＩｎＳ
ｂダイオード・アレーを形成することから始める。次に
ウェハの表面を、拡散またはイオン注入によって変化さ
せ、Ｐ型の層を形成する。「メサ」法によるダイオード
・アレー形成法では、フォトマスクとエッチング処理を
使用し、所望のＰ型領域間のＰ型（およびある程度のＮ
型）のＩｎＳｂを食刻することによって、個々のＰ型メ
サ領域を形成する。Ｐ型領域は通常０．４ミクロン程度
しかないので、エッチングは非常に浅く、１〜４ミクロ
ン程度である。各ダイオードのＰＮ接合のエッジは、各
メサの側壁に露出される。次に、酸化物と金属のパター
ンを、透明な支持体に結合する直前にこの表面に蒸着す
る。その後の後部薄板化とエッチングの作業は、先に図
３〜７に関連して説明したように、本発明に従って実行
する。
【００４２】本発明の原理は、図８と図９に示すよう
に、「メサ無し」のプロセスおよび構造にも適用するこ
とができる。「メサ無し」プロセスも、Ｎ型ウェハに拡
散またはイオン注入によってＰ型の層を表面に形成する
ことから始める。「メサ無し」プロセスでは、個々のＰ
型メサ領域を形成するためのエッチング段階を省略す
る。酸化物と金属の層を、透明な支持体に結合する直前
にＰ型の表面上に蒸着する。薄板化と後部エッチング
は、先に図６と図７に関して述べた方法で進める。後部
のエッチングで隣接するダイオード間のＩｎＳｂ（Ｎ型
とＰ型の両方とも）を取り除くと、個々のダイオードが
形成される。これにより、各ダイオードのＰＮ接合のエ
ッジは、図８のこの構造の側面図に全体的に示されるよ
うに、各ダイオードを形成する島の側壁に露出する。Ｎ
型領域６３は、Ｎ型バルク基板からメサ無しで形成され
る。Ｐ型領域６２は、「ウィンドウ」金属パターンがで
きることを除き、前の説明と同様に基板上に形成され
る。その後の金属接触パッドの蒸着とインジウム柱の成
長は、どちらの方式によるダイオード形成でも同じであ
る。
に、「メサ無し」のプロセスおよび構造にも適用するこ
とができる。「メサ無し」プロセスも、Ｎ型ウェハに拡
散またはイオン注入によってＰ型の層を表面に形成する
ことから始める。「メサ無し」プロセスでは、個々のＰ
型メサ領域を形成するためのエッチング段階を省略す
る。酸化物と金属の層を、透明な支持体に結合する直前
にＰ型の表面上に蒸着する。薄板化と後部エッチング
は、先に図６と図７に関して述べた方法で進める。後部
のエッチングで隣接するダイオード間のＩｎＳｂ（Ｎ型
とＰ型の両方とも）を取り除くと、個々のダイオードが
形成される。これにより、各ダイオードのＰＮ接合のエ
ッジは、図８のこの構造の側面図に全体的に示されるよ
うに、各ダイオードを形成する島の側壁に露出する。Ｎ
型領域６３は、Ｎ型バルク基板からメサ無しで形成され
る。Ｐ型領域６２は、「ウィンドウ」金属パターンがで
きることを除き、前の説明と同様に基板上に形成され
る。その後の金属接触パッドの蒸着とインジウム柱の成
長は、どちらの方式によるダイオード形成でも同じであ
る。
【００４３】図８と図９に示した本発明の実施例では、
図３の金属格子５９に代わって、ウィンドウ８２を持つ
金属層８１を使用する。ウィンドウ８２は、Ｐ型領域の
露出表面上に配置し、Ｐ型領域の面積よりわずかに小さ
い面積とする。これにより、Ｐ型領域は金属層８１と接
続される。ウィンドウ８２と金属層８１は面積がＰ型領
域６２より小さいので、全てのＰ型領域は一つに接続さ
れる。検出器アレー５２のダイオードのＮ型領域は、酸
化物層６１によって金属層８１から電気的に分離してい
る。ウィンドウ８２の面積は、Ｐ型領域またはＮ型領域
の面積より正確に制御できるので、図３の構造に比べて
光エネルギに対する応答の一様性が向上する。図８と図
９のウィンドウの構造は、図３に示したメサ構造のタイ
プでも使用することができる。
図３の金属格子５９に代わって、ウィンドウ８２を持つ
金属層８１を使用する。ウィンドウ８２は、Ｐ型領域の
露出表面上に配置し、Ｐ型領域の面積よりわずかに小さ
い面積とする。これにより、Ｐ型領域は金属層８１と接
続される。ウィンドウ８２と金属層８１は面積がＰ型領
域６２より小さいので、全てのＰ型領域は一つに接続さ
れる。検出器アレー５２のダイオードのＮ型領域は、酸
化物層６１によって金属層８１から電気的に分離してい
る。ウィンドウ８２の面積は、Ｐ型領域またはＮ型領域
の面積より正確に制御できるので、図３の構造に比べて
光エネルギに対する応答の一様性が向上する。図８と図
９のウィンドウの構造は、図３に示したメサ構造のタイ
プでも使用することができる。
【００４４】本発明の特定の実施例を幾つか説明してき
たが、ここに取り上げた実施例の細部の変形は、特許請
求の範囲に画成する本発明の真の思想および範囲を逸脱
することなく達成することができる。例えば、図に示し
た実施例では、金属格子５９または金属層８１による入
射光エネルギの陰影障害は非常に少量である。また別の
実施例では、かなり大きい陰影障害を生じることが可能
である（例えば最高９９％）。
たが、ここに取り上げた実施例の細部の変形は、特許請
求の範囲に画成する本発明の真の思想および範囲を逸脱
することなく達成することができる。例えば、図に示し
た実施例では、金属格子５９または金属層８１による入
射光エネルギの陰影障害は非常に少量である。また別の
実施例では、かなり大きい陰影障害を生じることが可能
である（例えば最高９９％）。
【図１】従来技術によるアンチモン化インジウム赤外線
検出器アレーを示す。
検出器アレーを示す。
【図２】従来技術によるアンチモン化インジウム赤外線
検出器アレーを示す。
検出器アレーを示す。
【図３】本発明によるアンチモン化インジウム検出器ア
レーの好適実施例の側面図である。
レーの好適実施例の側面図である。
【図４】図３のアンチモン化インジウム検出器アレーを
形成するために使用する中間構造を示す。
形成するために使用する中間構造を示す。
【図５】図３のアンチモン化インジウム検出器アレーを
形成するために使用する中間構造を示す。
形成するために使用する中間構造を示す。
【図６】図３のアンチモン化インジウム検出器アレーを
形成するために使用する中間構造を示す。
形成するために使用する中間構造を示す。
【図７】図３のアンチモン化インジウム検出器アレーを
形成するために使用する中間構造を示す。
形成するために使用する中間構造を示す。
【図８】本発明の別の好適実施例の側面断面図である。
【図９】図８の線９−９における平面断面図である。
５１ 誘電物質支持体 ５２ 検出器アレー ５３ マルチプレクサ基板 ５４ 柱またはバンプ ５５ 金属接触パッド ５７ ウィンドウ ５９ 金属格子 ６１ 酸化物層 ６２ Ｐ型領域 ６３ Ｎ型領域 ７１ Ｎ型バルク基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−42175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−68684（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−503266（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/14 - 27/148
Claims (12)
- 【請求項１】 非金属の機械的支持体と前記支持体上の
半導体ダイオードのアレーから成り，前記ダイオードが
そこに入射する光エネルギによって影響を受ける電気的
特性を有し，第１および第２の異なるドーピング領域を
分離する接合を有するところの，比較的長および短波長
を含む所定の波長帯の光エネルギの放射に対する電気光
学検出器であって， 当該検出器は，前記第１および第２の領域が検出すべき
光エネルギを透過する支持体上に配置され，かつ検出す
べき光エネルギが支持体内を通過し第２の領域に入射す
る前に第１の領域に入射するように配置され，第２の領域は，薄板化したバルク材で形成され， 第１の領域は，第２の領域のバルク材の表面にガス拡散
またはイオン注入により形成され， 第２の領域は第１の領域より実質的に厚く，第１の領域は，短波長の光エネルギの放射が第１の領域
か接合のいずれかで，実質的に吸収される一方で長波長
の光エネルギの放射が第１の領域および接合を貫通して
第２の領域に実質的に到達し，第１の領域に入射した短
波長の光エネルギから生成された電荷担体が再結合する
ことなく接合へと拡散できる厚さをもつ， ことを特徴とする電気光学検出器。 - 【請求項２】 非金属の機械的支持体と前記支持体上の
半導体ダイオードのアレーから成り，前記ダイオードが
そこに入射する光エネルギによって影響を受ける電気的
特性を有し，第１および第２の異なるドーピング領域を
分離する接合を有する電気光学的検出器であって， 当該検出器は，前記第１および第２の領域が検出すべき
光エネルギを透過する支持体上に配置され，かつ検出す
べき光エネルギが支持体内を通過し第２の領域に入射す
る前に第１の領域に入射するように配列され， 第２の領域は薄板化したバルク材で形成され， 第１の領域はバルク材上の層として形成され， 第１の領域はバルク材の表面にガス拡散またはイオン注
入により，第２の領域よりも薄い層として形成され， 第２の領域には，前記ダイオードの電気的特性を選択的
に読み出すマルチプレクサ集積回路基板と接続する金属
バンプが接続される， ことを特徴とする電気光学検出器。 - 【請求項３】 非金属の機械的支持体と前記支持体上の
半導体ダイオードの２次元アレーからなり，前記ダイオ
ードがＰドーピング領域とＮドーピング領域を分離する
接合を有する電気光学検出器であって， 当該検出器は，前記領域が検出すべき光エネルギを透過
する支持体上に配置され，かつ検出すべき光エネルギが
支持体内を通過しＮドーピング領域に入射する前にＰド
ーピング領域に入射するように配列され，前記Ｎドーピング領域は，薄板化したバルク材で形成さ
れ， 前記Ｐドーピング領域は，前記Ｎドーピング領域のバル
ク材の表面にガス拡散またはイオン注入により形成さ
れ， 前記Ｐドーピング領域は，前記Ｐドーピング領域内の光
学エネルギにより生成された電荷担体が，再結合するこ
となく接合へと拡散できる厚さをもつ， ことを特徴とする電気光学検出器。 - 【請求項４】 さらに，支持体に電気的に接触し第１の
領域を互いに接続する金属電極を有し，第１の領域に入
射する光エネルギを実質的に妨害しないようにすること
を特徴とする，請求項１または請求項２に記載の電気光
学検出器。 - 【請求項５】 ダイオードが行列に配列され，金属電極
が，相互に直交方向に伸長する交差帯状の格子として，
または検出すべき光エネルギが第１の領域に入射するこ
とができるようにウィンドウを持ったフィルムとして配
列されことを特徴とする，請求項４に記載の電気光学検
出器。 - 【請求項６】 第１の領域が，第１の領域に吸収された
光エネルギによって生成された電荷担体が実質的に再結
合せずに接合へと拡散するような材料で作られ，かつそ
のための厚さを有することを特徴とする，請求項２に記
載の電気光学検出器。 - 【請求項７】 前記ダイオードがＩｎＳｂで形成され，
第１の領域がＰ型，第２の領域がＮ型バルク材であるこ
とを特徴とする，請求項１，請求項２，請求項４，請求
項５または請求項６に記載の電気光学検出器。 - 【請求項８】 さらに，支持体に平行に伸長し，かつダ
イオードの電気的特性を選択的に読み出す素子のアレー
を有するマルチプレクサ集積回路基板を含み，前記素子
およびダイオードがほぼ同一の地形的構造をもち，対応
する素子とダイオードが整合し，さらに金属バンプが対
応する整合した素子およびダイオードを接続することを
特徴とする，請求項１，請求項３，請求項４，請求項
５，請求項６または請求項７に記載の電気光学検出器。 - 【請求項９】 前記ダイオードが支持体上の島として構
成され，隣接するダイオードが相互に間隔を置いて両領
域を有することを特徴とする，請求項２ないし８記載の
いずれかに記載の電気光学検出器。 - 【請求項１０】 半導体ダイオードのアレーが，第２導
電型のバルク半導体基板上にバルク半導体基板の表面近
傍でＰＮ接合として形成され，それぞれの接合が第２導
電型のバルク半導体基板と第１導電型の半導体領域の間
に配置され，第１導電型の半導体領域の一部を金属化す
ることによって電極が形成され，第１導電型の半導体領
域を支持体に結合することによってアレーが支持体に接
合され，それによって光学通路が支持体内を通って第１
導電型の半導体領域の少なくとも一部分まで存在し，半
導体領域を支持体に結合したままバルク半導体基板の厚
さを減少させ，かつ厚さが減少したバルク半導体基板を
エッチングすることによって島が形成され，それにより
それぞれの島にバルク半導体基板の対応する領域，接
合，および第１導電型半導体領域の１つが含まれるとこ
ろの請求項４または請求項９に記載の電気光学検出器。 - 【請求項１１】Ｎドーピング領域の厚さよりも，Ｐドー
ピング領域の厚さは薄い，請求項３記載の電気光学検出
器。 - 【請求項１２】半導体光学検出器を製造する方法であっ
て， 第２導電型のバルク半導体基板上にそのバルク半導体基
板の表面近傍で，それぞれが第２導電型のバルク半導体
と第１導電型の半導体領域との間に位置するＰＮ接合の
アレーを形成する工程と， 半導体領域の一部を金属化する工程と， 光学通路が支持体を通り，第１導電型の半導体領域の少
なくとも一部まで存在するように，第１導電型の半導体
領域を透過性支持体に結合する工程と， 半導体領域を支持体に結合したままバルク半導体基板の
厚さを減少させる工程と， 支持体上に半導体ダイオードの島のアレーを形成し，そ
の島のそれぞれがバルク半導体基板の対応する領域，接
合，および第１導電型の半導体領域の１つを有するよう
に，厚さが減少したバルク半導体基板をエッチッグする
工程と， から成る方法。
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