JPH04288882A - 赤外線検知装置の製造方法 - Google Patents

赤外線検知装置の製造方法

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JPH04288882A
JPH04288882A JP3040130A JP4013091A JPH04288882A JP H04288882 A JPH04288882 A JP H04288882A JP 3040130 A JP3040130 A JP 3040130A JP 4013091 A JP4013091 A JP 4013091A JP H04288882 A JPH04288882 A JP H04288882A
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JP
Japan
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layer
detection device
cdhgte
crystal
infrared detection
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JP3040130A
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English (en)
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Toru Takiguchi
透 瀧口
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、フォトダイオード・
アレイ型の赤外線検知装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図11は例えば特開平1−246878
号公報に示された従来の2層構造の赤外検出用フォトダ
イオードを示す断面図である。図において、1はCdx
 Hg1−x Teよりなる半導体層、2は前記半導体
層1よりも広い禁制帯幅を有する半導体層、3は前記半
導体層1の中に異なる導電性の不純物ドープ層、4はP
N接合、5は例えばCdTeよりなる基板、6は絶縁膜
、7と8は電極、11は赤外線である。
【0003】次に動作について説明する。Cdx Hg
1−x TeはII−VI族の化合物半導体で組成比x
により禁制帯幅が変化し、特にx=0.2 のものは波
長10μm帯の赤外線検知素子として広く利用されてい
る。赤外線11は基板5の裏面から入射し、半導体層1
中で吸収され、電子・正孔対に変換される。これらのう
ち、拡散によりPN接合4に達成したものが信号電荷と
して寄与することとなる。
【0004】以上のようなフォトダイオードの性能を左
右するものの内、最も重要なものの1つに暗電流がある
。暗電流が少ない程、高い信号対雑音比(S/N比)を
有するフォトダイオードを得ることができる。この暗電
流は理想的に作られたフォトダイオードでは、拡散電流
または空乏層内での発生・再結合電流により決まる値に
なるが、実際にはPN接合が半導体層1の表面に露出し
ている部分で発生する表面リーク電流の影響が大きく、
これによりフォトダイオードの性能が低下するという問
題がある。そこで、図11に示すように、半導体層1の
表面にこれよりも広禁制帯幅の半導体層2を設け、半導
体層1の表面に露出しているPN接合部4を覆うように
すれば、半導体層1との界面での界面基位密度は十分小
さくなり、広い禁制帯幅の半導体層2と半導体層1の界
面で発生するリーク電流は無視できる程の大きさとなる
【0005】又、表面リーク電流は禁制帯幅に指数関数
的に依存するので、たとえば半導体層1の禁制帯幅を0
.12eV(光の吸収端にして10μm)、広禁制帯幅
の半導体層2の禁制帯幅を0.25eV、フォトダイオ
ード動作の温度を77゜Kとすれば、広禁制帯幅の半導
体層10の表面リーク電流は半導体層1の表面リーク電
流に比べ1/104 に減少する。従って半導体層1上
に広禁制帯幅の半導体層2を形成することにより、表面
リーク電流の少ないフォトダイオードを得ることが可能
となる。
【0006】図に示すように、赤外線検出素子のN側電
極7及びP側電極8がそれぞれシリコンCCDのN側電
極16及びP側電極17にインジウムバンプを介して接
続されており、受光素子で検出された信号電荷はインジ
ウムバンプ9を介してCCD10に移り、CCD10で
順次転送され、出力増幅器(図示せず)で増幅され、外
部に読み出される。
【0007】また、図18は図11の赤外検出素子で検
出した信号電荷を電荷結合素子(以下、CCDと称す)
を用いて順次転送して読み出す方式を示しており、図に
おいて、図11と同一符号は同一部分を示し、9はイン
ジウムバンプ、10はシリコンCCD、13はP型シリ
コン、14はN型シリコン、15は絶縁膜、16はN側
電極、17はP側電極である。
【0008】以下、図11の構造の製造方法を図12〜
17を用いて説明する。まず、図12に示すように、C
dTeよりなる基板5にP型のCdx Hg1−x T
e(x=0.2 )よりなる半導体層1、半導体層1よ
りも広禁制帯幅のP型のCdx Hg1−x Te(x
=0.3 )よりなる薄い半導体層2を例えばMOCV
D法あるいはLPE法により成長したウエハを作製する
【0009】次に、図13に示すように、広禁制帯幅の
半導体層2を半導体層1の達する深さまでエッチングし
、図14に示すように、ZnS 膜を1μm程度蒸着し
、写真製版法を用いてマスク12を形成する。続いて、
N型の不純物を拡散または注入によりドープし、図15
に示すようなPN接合4を形成する。このとき広禁制帯
幅の半導体層2は極薄いドープ層が形成される。
【0010】続いて、図16に示すようにマスク12、
広禁制帯幅の半導体基板中の薄いドープ層を除去する。 次に、図17に示すように、絶縁膜6を形成するととも
に、N側電極7及びP側電極8を形成し、フォトダイオ
ードを完成する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の構造では不純物
ドープ領域部に相当する広禁制帯幅の半導体層を除去し
なければならず、そこには段差が発生することとなり、
この段差により絶縁膜が剥がれたり、また、本素子をイ
ンジウムバンプ電極を用いてCCDに接続する場合に、
バンプの形成が極めて困難となるという問題があった。
【0012】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、段差を生じることなく、画素形
成部以外のCdHgTe層の上に広禁制帯幅のCdHg
Te層を形成する赤外線検知装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明に係る赤外線検
知装置の製造方法は、光有機金属気相成長法(以下、光
MOCVD法という。)により、画素部のCdHgTe
層と画素部以外の広い禁制帯幅を持つCdHgTe層を
選択的に形成したものである。
【0014】
【作用】この発明においては、画素部となる部分にのみ
CdHgTe層を光MOCVD法により選択的に形成す
る第1の工程と画素部以外の部分に広禁制帯幅のCdH
gTe層を光MOCVD法により選択的に形成する第2
の工程により、段差がなく所定の部分が広禁制帯幅な結
晶であるCdHgTe結晶が形成される。
【0015】
【実施例】実施例1. 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図1
はこの発明の一実施例による赤外線検知装置の構造を示
す断面図である。図において、1はCdHgTe層、2
は広禁制帯幅のCdHgTe層、3は前記CdHgTe
層1及び2の中に異なる導電型の不純物をドープして形
成した不純物ドープ層、4はPN接合部、5は例えばC
dTeより成る基板、6は絶縁膜、7,8は電極、9は
インジウムバンプ、10はシリコンCCD、11は素子
に入射する赤外線である。
【0016】次に、図1に示す赤外線検知装置の製造方
法の一例について、図2を用いて説明する。まず、図2
に示すように、例えばCdTe基板5の上にMOCVD
法で組成比x=0.2 のP型Cd0.2 Hg0.8
Te層1を約10〜15μm成長する。
【0017】次に、図3に示す工程について説明する。 ここで、この工程で使用する光MOCVD法による結晶
成長について説明する。光MOCVD法が通常のMOC
VD法と異なるのは、成長を行なう結晶上にレーザー光
や水銀ランプ等の光を照射することのみである。光が照
射された部分では原料である有機金属が光を吸収するこ
とにより分解が促進されて、結晶の成長速度が速くなる
【0018】CdHgTeの光MOCVD成長において
は雑誌(J.Vac.Sci.Technol.A,V
ol.8,No2,1990 Irvinetal.)
に記載されているように、アルゴンイオンレーザー光を
照射した部分では、照射しない部分より10倍の速度で
CdHgTe結晶が成長する。従って光MOCVD法を
用いることにより、成長を行なう結晶上の光を照射した
部分にCdHgTe結晶の選択成長を行なうことが可能
である。
【0019】上記の光MOCVD法により、図3に示す
ようにマスクを用いて画素形成部分にのみ例えばアルゴ
ンイオンレーザー光を照射して、前記CdHgTe層1
と同じ組成のP型Cd0.2 Hg0.8 Te層1a
を形成する。画素形成部に約2μmの厚さのCdHgT
e層1aを形成する。同時に画素形成部以外の部分には
0.2 μm以下の厚さのCdHgTe層1bが形成さ
れる。
【0020】次に図4に示すように、前記の光MOCV
D法により前記マスクの反転マスクを用いて、前記画素
形成部以外の部分にアルゴンイオンレーザー光を照射し
て、例えば組成比x=0.3 の広禁制帯幅のCd0.
3 Hg0.7 Te層2を前記Cd0.2 Hg0.
8 Te層1aと同じ厚さだけ約2μm形成する。同時
に画素形成部には0.2 μm以下の厚さのCd0.3
 Hg0.7 Te層2aが形成される。上記行程によ
り形成されたCdHgTe結晶は段差のない、平坦な表
面を持つ。
【0021】次に、図5に示すように、上記行程により
形成されたCdHgTe結晶の表面の全面をエッチング
してCd0.3 Hg0.7 Te層2aを取り除く。 次に図6に示すように、ZnS 膜を1μm程度蒸着し
、写真製版法を用いてマスク12を形成する。この時、
マスク12により、前記CdHgTe層1の表面は全て
露出される。続いて、N型不純物を拡散または注入によ
りドープし、図7に示すようなPN接合4を形成する。
【0022】続いて、図8に示すようにマスク12を除
去する。次に、図9に示すように、絶縁膜6を形成する
とともにN側電極7及びP側電極8を形成して、フォト
ダイオードを完成する。次に図10に示すように、イン
ジウムバンプ9を形成してシリコンCCD10に接続す
る。
【0023】次に、以上のように形成された赤外線検知
装置の動作について説明する。図1に示すように、素子
に赤外線11が入射すると、Cd0.2Hg0.8 T
e層1で10μmの波長の赤外線が吸収され、電子正孔
対が発生し、このうちPN接合部4に達したものがイン
ジウムバンプ9を介してシリコンCCD10に信号とし
て送られる。
【0024】このような本実施例の構造では、Cd0.
2 Hg0.8Te層1内のPN接合部4が表面に露出
しておらず、広禁制帯幅のCd0.3 Hg0.7 T
e層2に接している構造となっているので、従来例と同
様に表面リーク電流を低減することができる。
【0025】本実施例の作製方法では、図5に示すよう
に、CdHgTe結晶の表面が段差がなく平坦であるの
で、従来例に比べて絶縁膜6がはがれることが少なく、
又インジウムバンプ9の形成行程を容易かつ制御性、再
現性よく行なうことができる。
【0026】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、光M
OCVD法により画素部にのみCdHgTe層を選択的
に形成する第1の工程と画素部以外の部分に広禁制帯幅
のCdHgTe層を選択的に形成する第2の工程により
、段差がなく、所定の部分が広禁制帯幅のCdHgTe
結晶を作製するようにしたので、絶縁膜がはがれること
が少なく、又バンプの形成工程を容易かつ制御性、再現
性よく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る赤外線検知装置の構造を示す断
面図である。
【図2】この発明の一実施例による赤外線検知装置の製
造方法の第1工程を示す図である。
【図3】この発明の一実施例による赤外線検知装置の製
造方法の第2工程を示す図である。
【図4】この発明の一実施例による赤外線検知装置の製
造方法の第3工程を示す図である。
【図5】この発明の一実施例による赤外線検知装置の製
造方法の第4工程を示す図である。
【図6】この発明の一実施例による赤外線検知装置の製
造方法の第5工程を示す図である。
【図7】この発明の一実施例による赤外線検知装置の製
造方法の第6工程を示す図である。
【図8】この発明の一実施例による赤外線検知装置の製
造方法の第7工程を示す図である。
【図9】この発明の一実施例による赤外線検知装置の製
造方法の第8工程を示す図である。
【図10】この発明の一実施例による赤外線検知装置の
製造方法の第9工程を示す図である。
【図11】従来の赤外線検知装置の構造を示す断面図で
ある。
【図12】従来の赤外線検知装置の製造方法の第1工程
を示す図である。
【図13】従来の赤外線検知装置の製造方法の第2工程
を示す図である。
【図14】従来の赤外線検知装置の製造方法の第3工程
を示す図である。
【図15】従来の赤外線検知装置の製造方法の第4工程
を示す図である。
【図16】従来の赤外線検知装置の製造方法の第5工程
を示す図である。
【図17】従来の赤外線検知装置の製造方法の第6工程
を示す図である。
【図18】従来の赤外線検知装置をバンプ電極を介して
CCDに接続した様子を示す図である。
【符号の説明】
1  CdHgTe層 2  広禁制帯幅のCdHgTe層 3  不純物ドープ層 4  PN接合 5  基板 6  絶縁膜 7,8  電極 9  バンプ 10  シリコンCCD 11  赤外線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  カドミウム・水銀・テルル(CdHg
    Te)結晶を用いたフォトダイオード型の赤外線検出器
    において、受光部となるCdHgTe層と該CdHgT
    e層以外の部分に広い禁制帯幅を持つCdHgTe層を
    光有機金属気層成長法(光MOCVD法)により選択的
    に形成することを特徴とする赤外線検知装置の製造方法
JP3040130A 1991-03-06 1991-03-06 赤外線検知装置の製造方法 Pending JPH04288882A (ja)

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