JP6570750B2 - 赤外線検出素子および赤外線検出素子の製造方法 - Google Patents
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Description
基板と、前記基板から分離して設けられた半導体層とを備え、
前記半導体層には、直列接続された第1および第2のPN接合ダイオードを含むダイオード部が設けられ、
前記ダイオード部は、
前記半導体層に設けられ、互いに隣接するウェル状のN型第1領域およびP型第1領域と、
前記N型第1領域に設けられ、該N型第1領域と合わせて前記第1のPN接合ダイオードを構成するP型第2領域と、
前記P型第1領域に設けられ、該P型第1領域と合わせて前記第2のPN接合ダイオードを構成するN型第2領域とを有し、
前記N型第1領域および前記P型第1領域には、それぞれ、導電性材料を介して前記第1のPN接合ダイオードと前記第2のPN接合ダイオードとを電気的に接続するN型第3領域およびP型第3領域が設けられ、
前記N型第1領域は、前記P型第1領域と前記P型第2領域との間に設けられ、前記導電性材料に電気的に接続されたP型第4領域を有し、
前記P型第1領域は、前記N型第1領域と前記N型第2領域との間に設けられ、前記導電性材料に電気的に接続されたN型第4領域を有する、
赤外線検出素子が提供される。
図1は、本発明のある実施の形態に係る赤外線検出素子を備えた赤外線撮像装置1000を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態に係る赤外線検出素子について、図面を参照して具体的に説明する。
図4は、本発明の実施の形態1に係る赤外線検出素子100の温度検知部8に設けられた半導体層50を示す断面図である。温度検知部8は、半導体層50に設けられたダイオード部60を有する。ダイオード部60は、直列接続された第1のPN接合ダイオード110と第2のPN接合ダイオード120とを含む。
金属膜150の材料は、アルミニウムであってもよい。金属膜150は導電性材料の一例であって、金属膜150の代わりに例えば不純物濃度の高い半導体膜が設けられてもよい。
被写体が発した赤外線は、赤外線検出素子100に入射すると、赤外線吸収部9に吸収されて熱に変換される。この熱は、赤外線吸収部9に連結されている温度検知部8に伝導される。これにより、断熱構造体上の温度検知部8の温度が上昇する。このとき、温度変化に応じて第1、第2のPN接合ダイオード110,120の電気特性が変化する。上述のとおり、ダイオード部60のアノード領域112とカソード領域122は、図示しない定電流源に接続されており、温度検知部8はこの定電流源の電圧を出力する。
図5に示すように、比較例による赤外線検出素子は、ダイオード部60にP型追加領域114とN型追加領域124が設けられていない点で、本実施形態1に係る赤外線検出素子100と異なる。なお、比較例による赤外線検出素子において、本実施形態1に係る赤外線検出素子100と共通する構成については、説明および図面において同じ符号を付している。
次に、図8を用いて、本実施形態1におけるダイオード部60の動作について説明する。まず、第1のPN接合ダイオード110では、定電流源からアノード領域112を経由し、N型ウェル111に拡散するホールの大部分は、比較例と同様に、図8に示す経路181を通るときにN型ウェル111内で電子と再結合する。ここで、P型追加領域114とN型ウェル111との界面(PN接合面)には、空乏層の両端の電位差(ビルトインポテンシャル)により電界が生じている。アノード領域112から放出されて、N型ウェル111で再結合しなかったホールは、この電界によりP型追加領域114に引き込まれる(経路182)。したがって、N型ウェル111からP型ウェル121へのホールの流入が抑制され、欠陥171に起因した雑音を低減できる。
図9から図29を参照して、本発明の実施の形態1に係る赤外線検出素子100を製造する例示的な方法について説明する。最初に、図9から図13を参照して、赤外線検出素子100の全体構造を製造する方法について説明する。
本実施形態2では、P型コンタクト領域123およびP型追加領域114の不純物濃度が、P型ウェル121の不純物濃度よりも高くされ、N型コンタクト領域113およびN型追加領域124の不純物濃度が、N型ウェル111の不純物濃度よりも高くされる。本実施形態2の他の構成は、実施形態1と同じであり、説明を省略する。
図30は、本発明の実施の形態3に係る赤外線検出素子のダイオード部360を示す断面図である。ダイオード部360では、N型コンタクト領域113がアノード領域112とP型追加領域114との間に設けられ、P型コンタクト領域123がカソード領域122とN型追加領域124との間に設けられている。このように、ダイオード部360では、P型追加領域114とN型追加領域124の配置が実施形態1のダイオード部60と異なる。実施形態3の他の構成は、実施形態1,2と同じであり、説明を省略する。
図32は、本発明の実施の形態4に係る赤外線検出素子のダイオード部460を示す断面図である。ダイオード部460では、実施形態3のダイオード部360と同様に、N型コンタクト領域113がアノード領域112とP型追加領域114との間に設けられ、P型コンタクト領域123がカソード領域122とN型追加領域124との間に設けられている。
図33は、本発明の実施の形態5に係る赤外線検出素子500を示す平面図である。赤外線検出素子500では、実施形態1または2のダイオード部60が、図33に示すX方向に4つ並べて配置されている。図33に示すY方向は、ダイオード部60における電流経路に沿った方向であり、ダイオード部60の長さ方向である。X方向は、半導体層50の面内方向であってY方向に対して垂直な方向であり、ダイオード部60の幅方向である。本実施形態5では、ダイオード部60が4つ設けられているが、これに限定されることなく、3つ以下または5つ以上のダイオード部60が設けられてもよい。
Claims (10)
- 基板と、前記基板から分離して設けられた半導体層とを備え、
前記半導体層には、直列接続された第1および第2のPN接合ダイオードを含むダイオード部が設けられ、
前記ダイオード部は、
前記半導体層に設けられ、互いに隣接するウェル状のN型第1領域およびP型第1領域と、
前記N型第1領域に設けられ、該N型第1領域と合わせて前記第1のPN接合ダイオードを構成するP型第2領域と、
前記P型第1領域に設けられ、該P型第1領域と合わせて前記第2のPN接合ダイオードを構成するN型第2領域とを有し、
前記N型第1領域および前記P型第1領域には、それぞれ、導電性材料を介して前記第1のPN接合ダイオードと前記第2のPN接合ダイオードとを電気的に接続するN型第3領域およびP型第3領域が設けられ、
前記N型第1領域は、前記P型第1領域と前記P型第2領域との間に設けられ、前記導電性材料に電気的に接続されたP型第4領域を有し、
前記P型第1領域は、前記N型第1領域と前記N型第2領域との間に設けられ、前記導電性材料に電気的に接続されたN型第4領域を有する、
赤外線検出素子。 - 前記P型第4領域の不純物濃度は、前記P型第1領域の不純物濃度よりも高く、かつ/または、
前記N型第4領域の不純物濃度は、前記N型第1領域の不純物濃度よりも高い、
請求項1に記載の赤外線検出素子。 - 前記P型第3領域の不純物濃度は、前記P型第1領域の不純物濃度よりも高く、かつ/または、
前記N型第3領域の不純物濃度は、前記N型第1領域の不純物濃度よりも高い、
請求項1または2に記載の赤外線検出素子。 - 前記P型第4領域は、前記P型第2領域と前記N型第3領域との間に設けられ、
前記N型第4領域は、前記N型第2領域と前記P型第3領域との間に設けられている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の赤外線検出素子。 - 前記N型第3領域は、前記P型第2領域と前記P型第4領域との間に設けられ、
前記P型第3領域は、前記N型第2領域と前記N型第4領域との間に設けられている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の赤外線検出素子。 - 前記P型第2領域、前記P型第3領域、前記P型第4領域、前記N型第2領域、前記N型第3領域および前記N型第4領域は、前記半導体層の表面に設けられている、
請求項1から5のいずれか1項に記載の赤外線検出素子。 - 前記P型第4領域は、前記半導体層の厚さ方向で前記N型第3領域よりも深い範囲にまで設けられ、かつ/または、
前記N型第4領域は、前記半導体層の厚さ方向で前記P型第3領域よりも深い範囲にまで設けられている、
請求項1から6のいずれか1項に記載の赤外線検出素子。 - 前記P型第4領域は、前記ダイオード部の幅方向の寸法が、前記N型第3領域よりも大きく、かつ/または、
前記N型第4領域は、前記ダイオード部の幅方向の寸法が、前記P型第3領域よりも大きい、
請求項1から7のいずれか1項に記載の赤外線検出素子。 - 前記半導体層には、複数の前記ダイオード部が直列接続されて設けられ、
複数の前記ダイオード部は、第1のダイオード部と第2のダイオード部とを含み、
前記第1のダイオード部の前記P型第2領域は、前記第2のダイオード部の前記N型第2領域に電気的に接続され、または、
前記第1のダイオード部の前記N型第2領域は、前記第2のダイオード部の前記P型第2領域に電気的に接続されている、
請求項1から8のいずれか1項に記載の赤外線検出素子。 - 基板を準備する工程と、
前記基板から分離した半導体層を設ける工程と、
前記半導体層に、直列接続された第1および第2のPN接合ダイオードを含むダイオード部を設ける工程とを含み、
前記ダイオード部を設ける工程は、
前記半導体層に、界面を介して互いに隣接するウェル状のN型第1領域およびウェル状のP型第1領域を設ける工程と、
前記N型第1領域の表面に、P型第2領域、P型第4領域、および、前記N型第1領域よりも不純物濃度の高いN型第3領域を設ける工程と、
前記P型第1領域の表面に、N型第2領域、N型第4領域、および、前記P型第1領域よりも不純物濃度の高いP型第3領域を設ける工程と、
前記N型第3領域、前記P型第3領域、前記P型第4領域および前記P型第4領域に亘って導電性材料を設ける工程とを含み、
前記P型第2領域は、前記界面に対して、前記P型第4領域よりも遠い側に設けられ、
前記N型第2領域は、前記界面に対して、前記N型第4領域よりも遠い側に設けられる、
赤外線検出素子の製造方法。
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