JPH03104166A - 光検知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光検知器に係り、特に多素子型の赤外線検知器
に関する。

近年、光検知器は高解像度化の要求に伴い、受光部の多
素子化（多画素化）が益々要求されるようになってきた
。このため、受光素子は数１０ミクロンから数ミクロン
の微小間隔で配列されているが、相隣る受光素子間の距
離が短いため、隣接する受光素子への入射光やそれ以外
からの光（反射光など〉も検知してしまう問題が発生し
、これを解決する必要がある。

（従来の技術） 第７図は従来の光検知器の一例の構成図を示す。

同図中、半導体基板１上に受光素子材料の半導体層が形
成された後、エッチング等により素子分離を行ない、各
画素を構成する多数の受光素子２が形成されている。受
光素子２の各々はｐ形半導体２ｐとｎ形半導体２ｎとの
ｐｎ接合構造とされている。

かかる構成により、受光素子２は図中、上から下方向へ
入射する入射光を光電変換して出力する。

第８図は従来の光検知器の他の例の構成図を示す。同図
中、４ｐはｐ型の半導体基板で、その表面に所定間隔で
ｎ型半導体４ｎが形成されてｐｎ接合構造の受光素子４
が形成ざれる。このようにして、第７図よりも簡単な製
造工程で、多数の受光素子４が半導体基板４ｐで分離さ
れた光検知器が製造される。

この光検知器は図中、上から下方向へ入射する赤外光を
受光素子４で受光し、光電変換した信号を出力する。

第９図は従来の光検知器の更に他の例の構成図を示す。

同図中、第８図と同一構成部分には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。第９図に示す光検知器は別の基板（
例えばサファイア基板〉５上に第８図に示した光検知器
を形成した構成である。これにより、半導体基板４ｐを
薄くすることができ、深さ方向のキャリアの拡散が抑制
される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、第７図に示した従来の光検知器は受光素子２
の受光而前方から直進して入射する本来の入射光以外に
も、同図工に示す如く斜めの向きの入射光や■で示す如
くエッチングで露出した半導体基板１への入射光による
反射光も受光してしまうため、解像度が低下してしまう
という問題がある。

また、第８図や第９図に示した従来の光検知器は、隣接
する２つの受光素子４の間に入射した入用赤外線が半導
体基板４ｐ内で拡散し、隣接する２つの受光素子４で夫
々受光されてしまい、クロストークが発生してしまう。

このため、従来の光検知器では、解像度が低下してしま
い、また第９図に示した光検知器では基板５と成長させ
る半導体基板４ｐとのミスマッチにより成長後の半導体
基板４ｐの機械的強度の低下，欠陥の発生から大規模化
でぎないという問題がある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、受光素子の
受光面前方からの入射光のみを検知し得る光検知器を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図（Ａ）．（Ｂ）は夫々第１発明の原即構成を示す
縦断面図及び平面図である。同図（Ａ＞中、１１は基板
で、この基板１１上に同図（Ａ〉，（８）に１２ａで示
す如き穴が設けられた半導体層１２が形成されている。

そして、この半導体層１２の穴１２ａの中に受光素子１
３が形成される。

第２図は第２発明の原理構成図を示す。同図中、第１図
（Ａ）．（Ｂ）と同一構成部分には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。第２図において、１４は光吸収膜で
、半導体層１２の表面に形成されている。従って、受光
素子１３は光吸収膜１４と基板１１とで囲まれた穴１２
ａの領域に形成される。

〔作用〕

第１図（Ａ）．（Ｂ）において、基板１１上に形成され
た多数の受光素子１３は、相隣る受光素子間が半導体層
１２で分離される。このため、第１図（Ａ）に■で示す
如く受光素子１３の前方から入躬した入射光は一つの受
光素子１３にのみ人射され、隣接する受光素子１３には
半導体層１２によって拡敗が阻止され入射しない。従っ
て、２つの受光素子に夫々入射光が入射されることによ
り生じるクロストークの発生が大幅に抑えられる。

また、穴１２ａにのみ受光素子１３が形成されるため、
大規模化に伴う基板間の歪も緩和できる。

一方、第２図に示す第２発明においては、受光素子１３
の受光面前方から直進して入射する経路以外の経路で入
射する光は光吸収膜１４で受光素子１３への入射を阻止
される。従って、受光素子１３の受光面前方から受光素
子１３へ向って直進する入射光だけを受光素子１３で受
光することができる。

〔実施例〕

第３図は本発明の第１実施例の構造断面図を示す。本実
施例は第１図に原理構成を示した第１発明の実施例で、
赤外線光検知器である。第３図中、２１はサファイア基
板で、前記基板１１に相当する。また、２２はシリコン
（Ｓｉ）［２で、前記半導体層１２に相当し、穴２２ａ
を所定間隔で有し、サファイア基板２１上に形成されて
いる。この穴２２ａの中に、受光素子２３が埋設されて
いる。

受光素子２３は前記受光素子１３に相当し、ｐ一口ａ　
Ｃｄ　Ｔｅ層２３ａとｎ　＋　−，口ｇ　Ｃｄ　Ｔｅ層
２３ｂとのｐｎ接合から構成されている。

次にこの第１実施例の光検知器の製造方法について第４
図と共に説明する。まず、第４図（Ａ＞に示す如くサフ
ァイア基板２１上にＳｉ層２２をエビタキシャル成長さ
せる。次いで、ドライエッチングにより３ｉ層２２のみ
所定間隔毎に例えば平面矩形状の一定面積ずつを除去し
、同図（Ｂ）に示す如く穴２２ａを３ｉ層２２に設け、
所定間隔毎にサファイア基板２１を露出させる。

続いて、選択的エビタキシャル成長法を適用して露出さ
れているサファイア基板２１上であって、Ｓｉ層２２の
存在しない所（すなわち穴２２ａの中）に、ｐ一目ａ　
Ｃｄ　Ｔｅ層２３ａを成長させる。

次に、このｐ一日ｇＣｄ　Ｔｅ層２３ａ上を平面に研磨
した後、マスクを介して各ｐ一口ｇＣｄＴｅ層２３ａの
略中央部分に夫々ボロン（Ｂ）イオンのａ１度の打ち込
みを行なった後、イオン注入ざれたＢの活性化のための
熱処理を行なうことにより、最終的に第４図（Ｄ）に示
す如く、ｐ一口ｇＣｄ　Ｔｅ層２３ａの略中央部にこれ
よりも浅い膜厚のｎ＋一口！Ｉｆ　Ｃｄ　Ｔｅ層２３ｂ
が形成される。

このようにして、第３図及び第４図（Ｄ）に夫々示す如
く、ｐ一口ａ　Ｃｄ　Ｔｅ層２３ａとｎ＋一口ｇＣｄ　
Ｔｅ層２３ｂとからなる受光素子２３がサファイア基板
２１上に多数形成され、かつ、相隣る受光素子２３がＳ
ｉ層２２で分離された光検知器が製造される。この光検
知器によれば、第３図及び第４図（Ｄ）中、上から下方
向へ入射する赤外線を、受光素子２３で光電変換して、
検知信号を出力する。このとき、ｐ一日ｇｃｄ’Ｔｅ層
２３ａに入躬した光によるキャリアが拡散してもＳｉ層
２２により遮ぎられるため隣接するｐ−口ｇＣｄ　Ｔｅ
層２３ａに人制することはなく、クロストークを防止で
きる。なお、半導体層２２は３ｉの他Ｃｄ　Ｔｅ等受光
素子材料に比べバンドギャップの大きな材料が使用可能
である。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

第５図は本発明の第２実施例の構造断面図を示す。

本実施例は第２図に原理構或を示した第２発明の実施例
で、第３図と同一構成部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。第５図において、Ｓｉ層２２の表面、す
なわち上面と側面とにＳ！ＯｚＷＩ！２５が形成されて
いる点が第３図に示した第１実施例と異なる。このＳｉ
Ｏｚｌｌｉ２５は前記した光吸収膜１４に相当し、赤外
光の通過を阻止する機能を有する。

次に、この第５図に示した第２実施例の光検知器の製造
方法について、第６図（Ａ）〜（Ｅ）と共に説明する。

第６図（Ａ）〜（Ｅ）中、第５図と同一構或部分には同
一符号を付し、その説明を省略する。第６図（Ａ）．（
Ｂ）は第４図（Ａ）．（Ｂ）と同−製造工程であり、サ
ファイア基板２１上に多数の穴２２ａが所定間隔で形成
され、所定間隔でサファイア基板２１の露出部分ができ
る。

本実施例は、次に例えば熱酸化法を適用して酸化を行な
う。すると、第６図（Ｃ）に示す如く、Ｓｉ層２２の表
面にのみＳｔＯｚ膜２５が形成され、サファイア基板２
１上には何も形成されない。

続いて、選択的エビタキシャル成長法を適用してサファ
イア基板２１が露出している部分上にｐ形の口ｇ　Ｃｄ
　Ｔｅ層２３ａを成長させ、表面を研磨して第６図（Ｄ
）に示す如く穴２２ａ内にｐ一口ｇ　Ｃｄ　Ｔｅ層２３
ａを埋設させる。

しかる後に、第１実施例と同様にＩ）−ＨｉｌｌｃｄＴ
ｅ層２３ａの略中央部に８を高濃度イオン注入して第６
図（Ｅ）に示す如くｎ“一口ｇＣｄＴｅ層２３ｂを形成
する。これにより、Ｄ−ＨＯＣｄＴｅ層２３ａとｎ＋一
口ｇＣｄ　Ｔｅ層２３ｂのｐ−ｎ接合フォトダイオード
が穴２２ａ内に形成される。

このように、本実施例によれば、第５図及び第６図（Ｅ
）に示すように、相隣る受光素子２３間に設けられる３
ｉ層２２の表面に、ＳｉＯ２膜２５が光吸収膜として設
けられているため、受光素子２３の受光面前方から直進
する経路以外の入射経路の入射光はＳｆＯｚｌｌ４２５
で遮ぎられるため、解像度劣化を防止することができる
。

なお、本実施例において、光吸収膜とじてＳｉ　０２膜
２５を形成したが、Ｓｉ０２１ｌｌ１２５の代りに例え
ば窒化シリコン膜（Ｓ！　３　Ｎａ膜）などを用いるこ
ともできる。また、受光素子はｐ一ｎ接合型に限らず、
ショットキー型でもよい。

〔発明の効果〕

上述の如く、第１発明によれば、受光素子間に設けられ
、隔壁となる半導体層によってクロストークを大幅に抑
えることができるため、隣接する受光素子間の間隔をよ
り短くすることができ、高解像度化に寄与することがで
き、また基板間の歪も抑えられるので大規模な構成とす
ることができる。また、第２発明によれば、更に斜め方
向の入射光の受光素子への入射や、基板で反射される反
射光の発生を光吸収膜により阻止できるため、より高解
像度化に寄与するところ大である等の特長を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の原理構成図、 第２図は第２発明の原理構成図、 第３図は本発明の第１実施例の構造断面図、第４図は第
３図示の光検知器の各製造．■程での構造断面図、 第５図は本発明の第２実施例の構造断面図、第６図は第
５図の光検知器の各製造工程での構造断面図、 第７図乃至第９図は夫々従来の光検知器の各例を示す構
成図である。 図において、 １１は基板、 １２は半導体層、 １２ａは穴、 １３は受光素子、 １４は光吸収膜 を示す。 第１図 第２図 第３図 第６図 第５図 第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板（１１）上に形成され、所定間隔で開けられ
   た穴（１２ａ）を有する半導体層（１２）と、 該基板（１１）上で、かつ、該半導体層（１２）の該穴
   （１２ａ）の中に形成された受光素子（１３）と、 よりなり、多数の該受光素子（１３）のうち相隣る受光
   素子間を該半導体層（１２）で分離したことを特徴とす
   る光検知器。
2. （２）前記半導体層（１２）の表面に光吸収膜（１４）
   を形成したことを特徴とする請求項１記載の光検知器。