JPH05129580A - 光検知装置の製造方法 - Google Patents

光検知装置の製造方法

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JPH05129580A
JPH05129580A JP3286938A JP28693891A JPH05129580A JP H05129580 A JPH05129580 A JP H05129580A JP 3286938 A JP3286938 A JP 3286938A JP 28693891 A JP28693891 A JP 28693891A JP H05129580 A JPH05129580 A JP H05129580A
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JP
Japan
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epitaxial layer
region
pixel
conductivity type
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JP3286938A
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English (en)
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Iwao Sugiyama
巌 杉山
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光起電力型の光検知装置に関し、表面が平坦
構造で画素分離が確実に行い得て、かつPN接合部の濃
度が安定して得られる装置を目的とする。 【構成】 水銀を構成元素として含む一伝導型の化合物
半導体基板、或いは一伝導型の化合物半導体のエピタキ
シャル層12を設けた化合物半導体基板11上に、前記エピ
タキシャル層12に対し逆伝導型の上部エピタキシャル層
13を形成し、該上部エピタキシャル層の画素形成領域5
上を保護膜で選択的に被覆し、該上部エピタキシャル層
13が選択的に逆伝導型となる手段を用いて、上部エピタ
キシャル層13に逆伝導型不純物原子が導入された画素分
離領域14、或いはP型とN型導電型不純物原子が混在す
る補償領域の画素分離領域14を形成し、該画素分離領域
14で囲まれた領域を、画素形成領域5 とすることで構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体のPN接合による
光起電力を用いた光検知装置に関する。光起電力型の光
検知装置は、電荷結合素子(CCD)と接続すること
で、二次元に光検知素子を配設した光電変換装置の製造
が容易であり、また応答性能も優れているので、光通信
用の検知素子や、赤外線の検知素子への応用が広がって
いる。
【0002】ところで、このような半導体の光検知装置
の製造工程に於いて、配線後のマスク合わせを容易にす
るために、表面が平らなプレナー型構造にすることが要
望されており、また光を検知する画素領域同士での検知
信号の干渉(クロストーク)を防止するために、各々の
画素領域を電気的に画素分離することも合わせて要求さ
れている。
【0003】
【従来の技術】図3(a)に示すように、従来の光起電力型
の光検知装置は、CdTe、或いはGaAs等の化合物半導体基
板1上にP型のHg1-x Cdx Teのエピタキシャル層2を気
相成長法、或いは液相成長法にて形成し、この上よりN
型の不純物となるボロン(B)のような原子をイオン注
入し、N型層3を形成し、PN接合を形成している。
【0004】このような水銀(Hg)を含むHg1-x Cdx Te
のような結晶を用いた構造の光検知装置に於いては、P
型のHg1-x Cdx Te結晶を得るには、熱処理によって該Hg
1-xCdx Te結晶の水銀の空孔を埋めるようにして、その
キャリア濃度を変化させ、またN型のHg1-x Cdx Te結晶
を得るには、In等の原子をイオン注入して該Hg1-x Cd x
Te結晶に損傷を与え、これによってHg1-x Cdx Te結晶の
格子間位置にHg原子が移動するようにしてN型のキャリ
ア濃度を制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】然し、上記したP型の
Hg1-x Cdx Te結晶、或いはN型のHg1-x Cdx Te結晶を形
成するには下記の問題がある。 (1) 所望のキャリア濃度のP型のHg1-x Cdx Te結晶を得
るには、300 〜350 ℃で長時間の熱処理が必要となる。 (2) N型のHg1-x Cdx Te結晶を得るには、Hg1-x Cdx Te
結晶にイオン注入を行って損傷を与え、格子間位置にHg
原子を移動させる必要があり、そのキャリア濃度の制御
は困難である。またイオン注入装置は各々の装置に於い
て、その特性が異なっており、それによって損傷量が異
なる場合がある。
【0006】上記した方法は、何れも水銀の空孔濃度に
よってキャリア濃度を制御するために生じて来る問題点
である。この従来の方法を改善する方法として、P型の
Hg1-x Cdx Te結晶を得るには、砒素(As)等の原子、N型
のHg1-x Cdx Te結晶を得るには、In等の原子をドープ
し、N型層とP型層の両方の層をエピタキシャル成長方
法によって形成し、PN接合を形成する場合もある。
【0007】不純物原子のドーピング量でキャリア濃度
が決定されるため、極めて精密にキャリア濃度が制御で
きる。この方法は図3(b)に示すように、化合物半導体基
板1上に設けた通常、N型、或いはP型のHg1-x Cdx Te
のエピタキシャル層2の上に、該結晶層と逆導電型の0.
1 〜0.5 μm の薄いN型、或いはP型のHg1-x Cdx Teの
逆伝導型のエピタキシャル層4を形成する。次いで、該
逆伝導型のエピタキシャル層4の各々の画素形成領域5
上に図示しないが、ホトレジスト膜を形成し、このホト
レジスト膜をマスクとして下部のエピタキシャル層2に
到る迄、メサ型にエッチングして、画素形成領域5を画
素分離して光検知装置を形成する方法である。
【0008】然し、この方法では、表面が平坦に形成さ
れず、電極形成後のマスク合わせ等のこれ以降のプロセ
スが困難と成る問題がある。本発明は上記した問題点を
解決し、表面が平坦に形成でき、また画素形成領域間の
画素分離を確実に行い、更にN型層とP型層のPN接合
部に於ける不純物原子の濃度分布が安定して得られるよ
うな光起電力型の光検知装置の製造方法の提供を目的と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の光検知装置の製
造方法は、請求項1に示すように水銀を構成元素として
含む一伝導型の化合物半導体基板、或いは一伝導型の化
合物半導体のエピタキシャル層を設けた化合物半導体基
板上に、前記エピタキシャル層に対し逆伝導型の上部エ
ピタキシャル層を形成し、該上部エピタキシャル層の画
素形成領域上を保護膜で選択的に被覆し、該上部エピタ
キシャル層が選択的に逆伝導型となる手段を用いて、上
部エピタキシャル層に逆伝導型不純物原子が導入された
画素分離領域、或いはP型とN型導電型不純物原子が混
在する補償領域の画素分離領域を形成し、該画素分離領
域で囲まれた領域を、画素形成領域とすることを特徴と
する。
【0010】また請求項2に示すように、請求項1の保
護膜をホトレジスト膜、或いは酸化珪素、硫化亜鉛、或
いは窒化珪素の保護膜とし、該保護膜をマスクとして上
部エピタキシャル層に選択的に逆導電型層を形成する手
段を、イオン注入法、或いは熱処理法としたことを特徴
とする。
【0011】また請求項3に示すように、請求項1、或
いは2の画素分離領域と画素形成領域の間に逆方向バイ
アス電圧を印加する手段を設けたことを特徴とする。ま
た請求項4に示すように、請求項2のイオン注入の代わ
りに、アルゴンの原子ビーム、或いは電子線、またはα
線を用いて上部エピタキシャル層に損傷を与えることを
特徴とする。
【0012】
【作用】本発明の光検知装置は図1(a)に示すように、Cd
Te基板11上に厚さが2 〜10μmと比較的厚いP、或いは
N型Hg1-x Cdx Teのエピタキシャル層12を成長し、その
上に厚さが0.1 〜0.5 μm と薄く、該エピタキシャル層
12に対し、逆導電型のHg 1-x Cdx Teの逆伝導型の上部エ
ピタキシャル層13を成長する。次いで、画素形成領域を
ホトレジスト膜、或いは耐熱性の酸化珪素、硫化亜鉛、
或いは窒化珪素の保護膜で被覆する。そして上部エピタ
キシャル層13がP型層の場合は、N型の伝導型を付与す
る不純物原子をイオン注入して、異なった伝導型の不純
物原子が混在し、高抵抗の補償領域を形成し、この領域
を画素分離領域14として用いる。また保護膜を除去し、
その下部を画素形成領域5 として用いる。
【0013】また上部エピタキシャル層がN型層の場合
は、耐熱性の保護膜を用いて熱処理して逆導電型のP型
層を上部エピタキシャル層13に選択的に形成する。上記
した補償領域の画素分離領域14は、N型とP型の不純物
原子が混在した高抵抗領域であり、これによって画素形
成領域5 は確実に電気的に分離される。
【0014】また画素形成領域5 の表面はエピタキシャ
ル成長した結晶層であり、プレナー型の平坦な表面が得
られ、その後の光検知装置のマスク合わせ等の製造工程
が容易で確実に行い得るようになる。
【0015】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例に付き詳
細に説明する。請求項1,2 の実施例として、図2(a)に示
すように、CdTe基板11上に分子線エピタキシャル成長方
法(MBE法)、或いは有機金属気相成長方法(MOC
VD法)等の手法により,N型のHg1-x Cdx Teでキャリ
ア濃度が1015〜1017/cm3のエピタキシャル層12を2 〜10
μm の厚さに比較的厚く形成する。
【0016】次いで図2(b)に示すように、その上に前記
した手法により、P型のHg1-x Cdx Teでキャリア濃度が
1016〜1017/cm3の上部エピタキシャル層13を0.1 〜0.5
μmの厚さで成長する。
【0017】次いで図2(c)に示すように、画素形成領域
5 上をホトレジストの保護膜15で覆い、BよりなるN型
の不純物原子を0.4 〜0.8 μm の深さに成る迄、矢印A
に示すようにイオン注入して高抵抗でキャリア濃度が 1
014 〜1015/cm3でN型不純物原子とP型不純物原子の混
在した補償領域よりなる画素分離領域14を形成し、画素
分離領域とする。
【0018】次いで画素形成領域5上のホトレジスト膜
の保護膜15を除去する。上記イオン注入された補償領域
より成る画素分離領域14は、キャリア濃度が10 14〜1015
/cm3で保護膜15で被覆された非イオン注入領域に比して
高抵抗となり、保護膜15下の画素形成領域5は確実に画
素分離される。また基板表面は平坦に仕上がるために、
その後の工程が容易で高精度なものとなる。
【0019】次いで図2(d)に示すように、上記方法で形
成した光検知装置の画素形成領域5と、Si基板16に形成
され、該検知装置の検知信号を処理する電荷転送装置の
入力ダイオード17間をInの金属バンプ18により接合して
光電変換装置を得る。
【0020】このようにすれば、画素形成領域5の周囲
にイオン注入で設けられた補償領域より成る画素分離領
域14に依って画素分離が確実に行われ、また基板の表面
がプレナー構造に平坦に加工されるので、その後の製造
工程が容易に高精度に行われる光電変換装置が得られる
効果がある。
【0021】また不純物原子が添加され、分子線エピタ
キシャル成長法、或いは有機金属気相成長法等の手法で
N型のHg1-x Cdx Te結晶のエピタキシャル層12上にP型
のHg 1-x Cdx Te結晶の上部エピタキシャル層13が形成さ
れて、PN接合が形成されるため、不純物濃度が高精度
に制御されるので、高信頼度の光検知装置が得られる。
【0022】また請求項1,2 の他の実施例として、図示
しないが、上部エピタキシャル層13がN型の場合は、保
護膜15として耐熱性の酸化珪素(SiO, SiO2) 、硫化亜鉛
(ZnS) 、或いは窒化珪素( Si3N4 ,SiNx ) を用い、熱処
理によって、Hg1-x Cdx Teの上部エピタキシャル層13の
水銀空孔濃度を調整するようにし、画素形成領域にP型
層に変換して、P型の伝導型領域とN型の伝導型領域が
混在する形にして形成して補償領域よりなる画素分離領
域14とする。
【0023】また請求項3の実施例として、図1(b)に示
すように、補償領域の画素分離領域14の形成が困難であ
る場合には、P型のHg1-x Cdx Teよりなる画素形成領域
5と、N型の不純物原子がイオン注入された補償領域の
画素分離領域14の間に、逆バイアス電圧を印加する方法
を用いても良い。これは、光電変換装置を形成した後、
上部エピタキシャル層13上にアルミニウム、或いはイン
ジウムの電極配線を行うことで容易に実施できる。
【0024】この場合はイオン注入すべきBの原子のド
ーズ量を第1実施例より多くして、形成される補償領域
のキャリア濃度を第1実施例に比較して多くする。また
請求項4の実施例として酸化珪素(SiO, SiO2)膜、或い
は窒化珪素( Si3N 4 、SiN x ) 膜を保護膜とし、この保
護膜をマスクとしてInの不純物原子をイオン注入する代
わりに、アルゴン(Ar)等の原子ビームを照射しても良
いし、またα線、或いは電子線を照射して、上部エピタ
キシャル層13に損傷を与え、この損傷した領域を画素分
離領域として用いても良い。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光検知装置
によれば、基板表面がプレナー型の平坦な構造が得ら
れ、製造工程が容易となり、またPN接合を行うP型の
Hg1-x Cd x Te結晶とN型のHg1-x Cdx Te結晶が不純物原
子を添加した気相成長法で行われており、光起電力型の
応答特性の良好な高信頼度の装置が得られる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光検知装置の断面図である。
【図2】 本発明の装置の製造方法を示す断面図であ
る。
【図3】 従来の光検知装置の製造方法を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
5 画素形成領域 11 CdTe基板 12 エピタキシャル層 13 上部エピタキシャル層 14 補償領域(画素分離領域) 15 保護膜 16 Si基板 17 入力ダイオード 18 金属バンプ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水銀を構成元素として含む一伝導型の化
    合物半導体基板、或いは一伝導型の化合物半導体のエピ
    タキシャル層(12)を設けた化合物半導体基板(11)上に、
    前記エピタキシャル層(12)に対し逆伝導型の上部エピタ
    キシャル層(13)を形成し、 該上部エピタキシャル層の画素形成領域(5) 上を保護膜
    (15)で選択的に被覆し、該上部エピタキシャル層(13)が
    選択的に逆伝導型となる手段を用いて、上部エピタキシ
    ャル層(13)に逆伝導型不純物原子が導入された画素分離
    領域(14)、或いはP型とN型導電型不純物原子が混在す
    る補償領域の画素分離領域(14)を形成し、 該画素分離領域(14)で囲まれた領域を、画素形成領域
    (5) とすることを特徴とする光検知装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の保護膜(15)をホトレジスト
    膜、或いは酸化珪素、硫化亜鉛、或いは窒化珪素の保護
    膜とし、該保護膜(15)をマスクとして上部エピタキシャ
    ル層(13)に選択的に逆導電型層を形成する手段を、イオ
    ン注入法、或いは熱処理法としたことを特徴とする光検
    知装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1、或いは2の画素分離領域(14)
    と画素形成領域(5)の間に逆方向バイアス電圧を印加す
    る手段を設けたことを特徴とする光検知装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項2のイオン注入の代わりにアルゴ
    ンの原子ビーム、或いは電子線、またはα線を用いて上
    部エピタキシャル層(13)に損傷を与えることを特徴とす
    る光検知装置の製造方法。
JP3286938A 1991-11-01 1991-11-01 光検知装置の製造方法 Withdrawn JPH05129580A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0870113A (ja) * 1994-08-29 1996-03-12 Nec Corp 配列型赤外線検出器の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0870113A (ja) * 1994-08-29 1996-03-12 Nec Corp 配列型赤外線検出器の製造方法

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Effective date: 19990204