JPH05206499A - インジウム・アンチモン光検出器 - Google Patents
インジウム・アンチモン光検出器Info
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- JPH05206499A JPH05206499A JP4223616A JP22361692A JPH05206499A JP H05206499 A JPH05206499 A JP H05206499A JP 4223616 A JP4223616 A JP 4223616A JP 22361692 A JP22361692 A JP 22361692A JP H05206499 A JPH05206499 A JP H05206499A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
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- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
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- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
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Abstract
(57)【要約】
【目的】赤外線および可視光線を検出できる高帯域イン
ジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイスおよび
その構造の形成方法を提供すること。 【構成】ＩｎＳｂの基板（１２）の受光面（２２）か
ら、酸化物を全て除去し、パッシベ−ション層および
（または）可視光線を一部遮断する層（２６、２８）
を、ＩｎＳｂに反応してその場所にキャリア・トラップ
を発生させたりフラッシング（ｆｌａｓｈｉｎｇ）を引
き起こしたりすることのないような構造を形成する材料
を用いて、前記受光面に形成し、光遮断波長および可視
光を一部遮断する層の厚み（２８）を選定し、可視光領
域でデバイス（１０）に発生するアバランシェ効果を抑
制して、赤外線および可視光線を検出できるようにした
ＩｎＳｂ光検出デバイス。
ジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイスおよび
その構造の形成方法を提供すること。 【構成】ＩｎＳｂの基板（１２）の受光面（２２）か
ら、酸化物を全て除去し、パッシベ−ション層および
（または）可視光線を一部遮断する層（２６、２８）
を、ＩｎＳｂに反応してその場所にキャリア・トラップ
を発生させたりフラッシング（ｆｌａｓｈｉｎｇ）を引
き起こしたりすることのないような構造を形成する材料
を用いて、前記受光面に形成し、光遮断波長および可視
光を一部遮断する層の厚み（２８）を選定し、可視光領
域でデバイス（１０）に発生するアバランシェ効果を抑
制して、赤外線および可視光線を検出できるようにした
ＩｎＳｂ光検出デバイス。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高帯域インジウム・ア
ンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器、特に素子の受光面を不
活性化させることにより、フラッシング（ｆｌａｓｈｉ
ｎｇ）による赤外領域の光に対する感度の低下を取り除
き、赤外線輻射と同様に可視光線も検出できるようにし
た光検出器に関するものである。
ンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器、特に素子の受光面を不
活性化させることにより、フラッシング（ｆｌａｓｈｉ
ｎｇ）による赤外領域の光に対する感度の低下を取り除
き、赤外線輻射と同様に可視光線も検出できるようにし
た光検出器に関するものである。
【０００２】
【従来技術とその課題】従来、フォトダイオ−ド・アレ
イのような裏面が照射されるインジウム・アンチモン
（ＩｎＳｂ）光検出デバイスは、波長が１μｍから５．
５μｍの範囲にある赤外線輻射の検出に用いられてき
た。しかし、それらは可視光線および赤外光線の両領域
とも検出することには使用できなかった。それは、裏面
にパッシベ−ション／反射防止膜を被覆した従来のイン
ジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイスでは、
フラッシング効果（ｆｌａｓｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）
が本質的に避けられないものであることによる。
イのような裏面が照射されるインジウム・アンチモン
（ＩｎＳｂ）光検出デバイスは、波長が１μｍから５．
５μｍの範囲にある赤外線輻射の検出に用いられてき
た。しかし、それらは可視光線および赤外光線の両領域
とも検出することには使用できなかった。それは、裏面
にパッシベ−ション／反射防止膜を被覆した従来のイン
ジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイスでは、
フラッシング効果（ｆｌａｓｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）
が本質的に避けられないものであることによる。
【０００３】従来のパッシベ−ション／反射防止膜は、
光検出デバイスの裏面すなわち受光面に陽極処理を施す
ことによって形成される。図１は、陽極処理により薄膜
を被覆した従来のインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）
光検出器の光に対する相対感度を波長の関数として表し
たものである。図１によると、光に対する感度は１μｍ
以下の可視光の範囲では低い値を示し、波長と共に増加
し、波長が５μｍのあたりでピ−クを示し、以後は急激
に低下する。これは非常に不都合な特性である。という
のは、光子に対する最適な感度特性とは、素子を動作さ
せる全ての波長において一定の特性を示すときだからで
ある。
光検出デバイスの裏面すなわち受光面に陽極処理を施す
ことによって形成される。図１は、陽極処理により薄膜
を被覆した従来のインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）
光検出器の光に対する相対感度を波長の関数として表し
たものである。図１によると、光に対する感度は１μｍ
以下の可視光の範囲では低い値を示し、波長と共に増加
し、波長が５μｍのあたりでピ−クを示し、以後は急激
に低下する。これは非常に不都合な特性である。という
のは、光子に対する最適な感度特性とは、素子を動作さ
せる全ての波長において一定の特性を示すときだからで
ある。
【０００４】従来は、赤外線輻射の検出のためにインジ
ウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器を使用する手段
として、フィルタ−を設けていた。このフィルタ−は、
図２に示す特性を持つもので、可視光線および紫外線の
波長領域の光子を選択的に素子に到達しないようにする
ものである。当然、この手段を取ると、素子を可視光線
検出には提供できなくなる。
ウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器を使用する手段
として、フィルタ−を設けていた。このフィルタ−は、
図２に示す特性を持つもので、可視光線および紫外線の
波長領域の光子を選択的に素子に到達しないようにする
ものである。当然、この手段を取ると、素子を可視光線
検出には提供できなくなる。
【０００５】可視光線の波長領域におけるインジウム・
アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器のもう一つの問題は、
図１に示すように波長が０．７μｍ以下になると、アバ
ランシェ効果が生ずることである。波長が０．７μｍよ
り減少するにつれて、光に対する感度は急激に増加し、
素子を画像系に適用しようとしても、ブル−ミングのた
めに、短波長領域の輻射の検出には本質的に使用できな
くなる。
アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器のもう一つの問題は、
図１に示すように波長が０．７μｍ以下になると、アバ
ランシェ効果が生ずることである。波長が０．７μｍよ
り減少するにつれて、光に対する感度は急激に増加し、
素子を画像系に適用しようとしても、ブル−ミングのた
めに、短波長領域の輻射の検出には本質的に使用できな
くなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に示す
方法により、可視光線および赤外線を含む広範な波長領
域を実際に扱えるインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）
光検出デバイスを実現できる。
方法により、可視光線および赤外線を含む広範な波長領
域を実際に扱えるインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）
光検出デバイスを実現できる。
【０００７】本発明に従って、インジウム・アンチモン
（ＩｎＳｂ）光検出デバイスの受光面すなわち裏面か
ら、全てのインジウムおよびアンチモンの酸化物を除去
することによって、そこを純粋な状態にする。そして、
パッシベ−ション層および（または）可視光線を一部遮
断する層を、インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）に反
応せず、その場所にキャリア・トラップを発生させた
り、フラッシング（ｆｌａｓｈｉｎｇ）を引き起こした
りすることのないような構造を形成する材料を用いて、
前記受光面に形成する。パッシベ−ション層および（ま
たは）可視光線を一部遮断する層は、ゲルマニウムのよ
うな半導体の薄い層を含んでもよいし、また、二酸化珪
素／シリコンおよび（または）窒化珪素／シリコンのよ
うに可視光線を遮断する材料と併用する酸化物および窒
化物の薄い層を含んでもよい。光遮断波長および可視光
遮断層の厚さを選定し、可視光の波長領域において素子
に発生するアバランシェ効果を抑制する。
（ＩｎＳｂ）光検出デバイスの受光面すなわち裏面か
ら、全てのインジウムおよびアンチモンの酸化物を除去
することによって、そこを純粋な状態にする。そして、
パッシベ−ション層および（または）可視光線を一部遮
断する層を、インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）に反
応せず、その場所にキャリア・トラップを発生させた
り、フラッシング（ｆｌａｓｈｉｎｇ）を引き起こした
りすることのないような構造を形成する材料を用いて、
前記受光面に形成する。パッシベ−ション層および（ま
たは）可視光線を一部遮断する層は、ゲルマニウムのよ
うな半導体の薄い層を含んでもよいし、また、二酸化珪
素／シリコンおよび（または）窒化珪素／シリコンのよ
うに可視光線を遮断する材料と併用する酸化物および窒
化物の薄い層を含んでもよい。光遮断波長および可視光
遮断層の厚さを選定し、可視光の波長領域において素子
に発生するアバランシェ効果を抑制する。
【０００８】以上のこと並びに本発明の特徴や利点は、
以下に述べる実施例および参照番号が示す添付図面の部
分を見れば、当業者にとっては明かである。
以下に述べる実施例および参照番号が示す添付図面の部
分を見れば、当業者にとっては明かである。
【０００９】
【実施例および効果】従来の陽極処理により、インジウ
ム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器の裏面に薄膜を被
覆して不活性化する方法は、「インジウム・アンチモン
に陽極処理を施して形成した酸化薄膜の構成および特性
（T.Sakurai et al,"Formation andProperties of Anod
ic Oxide Films on Indium Antimonide",Japanese Jour
nalapplied physics, vol. 7, no. 12,Dec. 1968, pp.
1491-1496) 」に記述されている。インジウム・アンチ
モン（ＩｎＳｂ）の基板すなわちウェハは、水酸化カリ
ウム（ＫＯＨ）の電界質溶液の中に浸され、そこに正電
位が供給される。負電位は、水銀電極（現在はプラチナ
が一般的に使用される）に供給される。水銀電極も、水
酸化カリウム（ＫＯＨ）電界質溶液の中に浸されてい
る。前記インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）のウェハ
が陽極として作用して電解作用が発生し、ウェハ上にア
ノ−ド・パッシベ−ションをなす酸化膜が形成される。
ム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器の裏面に薄膜を被
覆して不活性化する方法は、「インジウム・アンチモン
に陽極処理を施して形成した酸化薄膜の構成および特性
（T.Sakurai et al,"Formation andProperties of Anod
ic Oxide Films on Indium Antimonide",Japanese Jour
nalapplied physics, vol. 7, no. 12,Dec. 1968, pp.
1491-1496) 」に記述されている。インジウム・アンチ
モン（ＩｎＳｂ）の基板すなわちウェハは、水酸化カリ
ウム（ＫＯＨ）の電界質溶液の中に浸され、そこに正電
位が供給される。負電位は、水銀電極（現在はプラチナ
が一般的に使用される）に供給される。水銀電極も、水
酸化カリウム（ＫＯＨ）電界質溶液の中に浸されてい
る。前記インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）のウェハ
が陽極として作用して電解作用が発生し、ウェハ上にア
ノ−ド・パッシベ−ションをなす酸化膜が形成される。
【００１０】「陽極処理を施したインジウム・アンチモ
ンの表面に関する研究（R.Hung etal,"Surface Study
of Anodized Indium Antimonide",Journal of appliedP
hysics, vol. 41, no. 5, April 1970, pp 2185-2189
）」には、以下のことが述べられている。陽極酸化膜
の主成分は、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）の結晶であ
り、前記酸化膜の隙間には、高濃度のアンチモンが分布
している（陽極酸化膜には、酸化アンチモン（Ｓｂ2 Ｏ
3 ）も酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）に対して２対１の
割合で存在する）。酸化膜とインジウム・アンチモンの
界面に密接して存在するアンチモン・イオンは、キャリ
ア・トラップを形成する。
ンの表面に関する研究（R.Hung etal,"Surface Study
of Anodized Indium Antimonide",Journal of appliedP
hysics, vol. 41, no. 5, April 1970, pp 2185-2189
）」には、以下のことが述べられている。陽極酸化膜
の主成分は、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）の結晶であ
り、前記酸化膜の隙間には、高濃度のアンチモンが分布
している（陽極酸化膜には、酸化アンチモン（Ｓｂ2 Ｏ
3 ）も酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）に対して２対１の
割合で存在する）。酸化膜とインジウム・アンチモンの
界面に密接して存在するアンチモン・イオンは、キャリ
ア・トラップを形成する。
【００１１】フラッシング（ｆｌａｓｈｉｎｇ）は、可
視光線あるいは紫外線輻射の光子によって発生されたホ
ットエレクトロンより生じ、そのホットエレクトロン
は、パッシベ−ション層の電子トラップに捕獲される、
という認識の基に本発明は成り立っている。その捕獲さ
れた電子は、半導体デバイスのＰＮ接合に収集される前
に、光に誘起された少数キャリア（Ｎ型基板では正孔）
と再結合して、赤外線に対する感度を低下させる。
視光線あるいは紫外線輻射の光子によって発生されたホ
ットエレクトロンより生じ、そのホットエレクトロン
は、パッシベ−ション層の電子トラップに捕獲される、
という認識の基に本発明は成り立っている。その捕獲さ
れた電子は、半導体デバイスのＰＮ接合に収集される前
に、光に誘起された少数キャリア（Ｎ型基板では正孔）
と再結合して、赤外線に対する感度を低下させる。
【００１２】酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）および酸化
アンチモン（Ｓｂ2 Ｏ3 ）も、さらにインジウムおよび
（または）アンチモンと酸素を伴って反応することによ
って形成されるいかなる酸化物も、自然酸化膜と呼ぶ。
本発明は、インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出
器の受光面から自然酸化膜およびそれに関係するキャリ
ア・トラップを除去することによって、フラッシング
（ｆｌａｓｈｉｎｇ）の問題を解決する。
アンチモン（Ｓｂ2 Ｏ3 ）も、さらにインジウムおよび
（または）アンチモンと酸素を伴って反応することによ
って形成されるいかなる酸化物も、自然酸化膜と呼ぶ。
本発明は、インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出
器の受光面から自然酸化膜およびそれに関係するキャリ
ア・トラップを除去することによって、フラッシング
（ｆｌａｓｈｉｎｇ）の問題を解決する。
【００１３】ここで図３は、本発明におけるインジウム
・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイス（１０）の実
施例の概略図である。インジウム・アンチモン（ＩｎＳ
ｂ）のウェハすなわち基板（１２）の前面（１４）に
は、少なくとも一つの感光性の半導体接合が形成されて
いる。前記基板（１２）は、代表的には、テルルのよう
なＮ型のド−パントで軽くド−プされている。高濃度に
ド−プされたＰ+ 領域（１６）は、ベリリウムのイオン
注入によって、前記前面（１４）に形成される。フォト
ダイオ−ドを構成する感光性の半導体接合（１８）は、
Ｐ+ 領域（１６）とＮ型基板（１２）の界面に形成され
る。オ−ミック接合（２０）は、Ｐ+ 領域（１６）上に
形成される。フォトダイオ−ドの回路を完成するため
に、図にシンボルで表されているように、基板（１２）
を接地する。
・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイス（１０）の実
施例の概略図である。インジウム・アンチモン（ＩｎＳ
ｂ）のウェハすなわち基板（１２）の前面（１４）に
は、少なくとも一つの感光性の半導体接合が形成されて
いる。前記基板（１２）は、代表的には、テルルのよう
なＮ型のド−パントで軽くド−プされている。高濃度に
ド−プされたＰ+ 領域（１６）は、ベリリウムのイオン
注入によって、前記前面（１４）に形成される。フォト
ダイオ−ドを構成する感光性の半導体接合（１８）は、
Ｐ+ 領域（１６）とＮ型基板（１２）の界面に形成され
る。オ−ミック接合（２０）は、Ｐ+ 領域（１６）上に
形成される。フォトダイオ−ドの回路を完成するため
に、図にシンボルで表されているように、基板（１２）
を接地する。
【００１４】前記基板（１２）には、裏面すなわち受光
面（２２）があり、矢印の方向（２４）から素子（１
０）に入射する光を受け、光検出ができるように設計さ
れている。ここで、前記受光面（２２）は素子の裏面で
はなく表面側に形成されていてもよい。基板（１２）
は、光によって発生したキャリアが受光面（２２）の下
から前記接合（１８）まで拡散し接合（１８）でキャリ
アが収集されるように、十分な薄さをもっている。本発
明では、製造工程中に、受光面（２２）は、そこから全
てのインジウムおよびアンチモンの自然酸化膜を完全に
除去することによって、純粋な状態にされる。
面（２２）があり、矢印の方向（２４）から素子（１
０）に入射する光を受け、光検出ができるように設計さ
れている。ここで、前記受光面（２２）は素子の裏面で
はなく表面側に形成されていてもよい。基板（１２）
は、光によって発生したキャリアが受光面（２２）の下
から前記接合（１８）まで拡散し接合（１８）でキャリ
アが収集されるように、十分な薄さをもっている。本発
明では、製造工程中に、受光面（２２）は、そこから全
てのインジウムおよびアンチモンの自然酸化膜を完全に
除去することによって、純粋な状態にされる。
【００１５】本発明においては、パッシベ−ション層お
よび（または）可視光線を遮断する層（２６，２８）
は、インジウムおよび（または）アンチモンには反応せ
ず、また自然酸化膜も、その場所にキャリア・トラップ
を発生させたりフラッシング（ｆｌａｓｈｉｎｇ）を引
き起こしたりする他のいかなる物質も構造も、形成する
ことのない材料によって、前記裏面（２２）上に形成さ
れる。前記パッシベ−ション層および（または）可視光
線を一部遮断する層（２６，２８）の材料は、ゲルマニ
ウム、テルル化カドミウム、あるいはガリウム・砒素の
ような半導体材料でもよいし、または、二酸化珪素のよ
うな酸化物および（または）可視光線を一部遮断する薄
いシリコンの層が続くシリコン・ナイトライドのような
窒化物でもよいが、本発明の範囲はそれに限定されな
い。また、前記パッシベ−ション層および（または）可
視光線を一部遮断する層（２６，２８）は、受光面（２
２）に形成されるときにキャリア・トラップを発生させ
ない材料でもよいし、雰囲気を取り囲むことによって反
応が起こらないようにして受光面（２２）を不活性化す
る材料でもよいし、素子が働くように選択した波長の範
囲にある光のみに対して十分に透過性のある材料でもよ
い。
よび（または）可視光線を遮断する層（２６，２８）
は、インジウムおよび（または）アンチモンには反応せ
ず、また自然酸化膜も、その場所にキャリア・トラップ
を発生させたりフラッシング（ｆｌａｓｈｉｎｇ）を引
き起こしたりする他のいかなる物質も構造も、形成する
ことのない材料によって、前記裏面（２２）上に形成さ
れる。前記パッシベ−ション層および（または）可視光
線を一部遮断する層（２６，２８）の材料は、ゲルマニ
ウム、テルル化カドミウム、あるいはガリウム・砒素の
ような半導体材料でもよいし、または、二酸化珪素のよ
うな酸化物および（または）可視光線を一部遮断する薄
いシリコンの層が続くシリコン・ナイトライドのような
窒化物でもよいが、本発明の範囲はそれに限定されな
い。また、前記パッシベ−ション層および（または）可
視光線を一部遮断する層（２６，２８）は、受光面（２
２）に形成されるときにキャリア・トラップを発生させ
ない材料でもよいし、雰囲気を取り囲むことによって反
応が起こらないようにして受光面（２２）を不活性化す
る材料でもよいし、素子が働くように選択した波長の範
囲にある光のみに対して十分に透過性のある材料でもよ
い。
【００１６】必要であれば、反射防止膜すなわち層（３
０）を、可視光線を一部遮断する層（２８）上に形成し
てもよい。前記層（３０）は、酸化インジウム（Ｉｎ2
Ｏ3 ）、一酸化珪素（ＳｉＯ）あるいはセレン化亜鉛
（ＺｎＳｅ）のような従来の反射防止材料を数千オング
ストロ−ムの厚さに形成してもよい。代わりに、高帯域
に適用するときには、いくつかの層よりなる反射防止膜
を、可視光線を一部遮断するパッシベ−ション層（２
６）上に形成してもよい。これは、とくに図示していな
い。
０）を、可視光線を一部遮断する層（２８）上に形成し
てもよい。前記層（３０）は、酸化インジウム（Ｉｎ2
Ｏ3 ）、一酸化珪素（ＳｉＯ）あるいはセレン化亜鉛
（ＺｎＳｅ）のような従来の反射防止材料を数千オング
ストロ−ムの厚さに形成してもよい。代わりに、高帯域
に適用するときには、いくつかの層よりなる反射防止膜
を、可視光線を一部遮断するパッシベ−ション層（２
６）上に形成してもよい。これは、とくに図示していな
い。
【００１７】前記パッシベ−ション層および（または）
可視光線を一部遮断する層（２６，２８）は、従来の薄
膜蒸着技術を用いてゲルマニウムのような半導体材料よ
り形成してもよいし、従来のプラズマ堆積技術を用いて
酸化物および（または）窒化珪素を形成し、続いて従来
の薄膜蒸着技術を用いてシリコンのような可視光線を一
部遮断する材料を蒸着して形成してもよいが、本発明の
範囲はそれに限定されない。ここで層（２８）が、ゲル
マニウムより形成される場合には、厚さはおよそ１００
オングストロ−ムから１５０オングストロ−ムの範囲の
値を選定している。層（２６）は、ＳｉＯ2 および（ま
たは）Ｓｉ3 Ｎ4 より形成される場合には、その厚さは
およそ１００オングストロ−ムから１５０オングストロ
−ムの範囲の値を選定し、およそ２０００オングストロ
−ムの厚みのＳｉの層（２８）を層（２６）の上に設け
てもよい前述したように、波長が０．７μｍ以下の領域
で生ずるアバランシェ現象は、光検出／イメ−ジングに
極めて有害なブル−ミング効果を与える。これを、可視
光線を遮断するパッシベ−ション層（２８）の光遮断波
長および厚みを選定することによって減少させ、本発明
における素子が、可視光の波長領域でも有効に動作する
ように拡張することは可能である。前記遮断波長は、お
よそ１μｍから２μｍの範囲の値を選定する。ゲルマニ
ウムの遮断波長は、およそ１．８μｍであるが、シリコ
ンでは１．１μｍである。
可視光線を一部遮断する層（２６，２８）は、従来の薄
膜蒸着技術を用いてゲルマニウムのような半導体材料よ
り形成してもよいし、従来のプラズマ堆積技術を用いて
酸化物および（または）窒化珪素を形成し、続いて従来
の薄膜蒸着技術を用いてシリコンのような可視光線を一
部遮断する材料を蒸着して形成してもよいが、本発明の
範囲はそれに限定されない。ここで層（２８）が、ゲル
マニウムより形成される場合には、厚さはおよそ１００
オングストロ−ムから１５０オングストロ−ムの範囲の
値を選定している。層（２６）は、ＳｉＯ2 および（ま
たは）Ｓｉ3 Ｎ4 より形成される場合には、その厚さは
およそ１００オングストロ−ムから１５０オングストロ
−ムの範囲の値を選定し、およそ２０００オングストロ
−ムの厚みのＳｉの層（２８）を層（２６）の上に設け
てもよい前述したように、波長が０．７μｍ以下の領域
で生ずるアバランシェ現象は、光検出／イメ−ジングに
極めて有害なブル−ミング効果を与える。これを、可視
光線を遮断するパッシベ−ション層（２８）の光遮断波
長および厚みを選定することによって減少させ、本発明
における素子が、可視光の波長領域でも有効に動作する
ように拡張することは可能である。前記遮断波長は、お
よそ１μｍから２μｍの範囲の値を選定する。ゲルマニ
ウムの遮断波長は、およそ１．８μｍであるが、シリコ
ンでは１．１μｍである。
【００１８】前記層（２８）の光伝導度は、遮断波長で
低下し始め、層（２８）の厚みで決まる比率で波長の減
少に伴って減少する。これは、入射光強度の低減の原因
となり、その程度は波長の逆関数で表される。波長が
０．５μｍ以下の領域では、アバランシェ効果が、光に
対する最大感度を与える原因となる。前記可視光線を遮
断する層（２８）の遮断効果は、入射光強度を減少さ
せ、その結果、波長の減少と共に光に対する感度を低減
させる。これらの二つの効果は互いに相殺し合い、それ
ゆえ可視光の波長領域における光に対する感度を、従来
のインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器で可能
であった程度よりも更に均一の特性を与える。
低下し始め、層（２８）の厚みで決まる比率で波長の減
少に伴って減少する。これは、入射光強度の低減の原因
となり、その程度は波長の逆関数で表される。波長が
０．５μｍ以下の領域では、アバランシェ効果が、光に
対する最大感度を与える原因となる。前記可視光線を遮
断する層（２８）の遮断効果は、入射光強度を減少さ
せ、その結果、波長の減少と共に光に対する感度を低減
させる。これらの二つの効果は互いに相殺し合い、それ
ゆえ可視光の波長領域における光に対する感度を、従来
のインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出器で可能
であった程度よりも更に均一の特性を与える。
【００１９】図４および図５は、本発明における性能を
説明したものである。これらのグラフは、光子一つ当た
りの応答効率の尺度である光検出器の量子効率を、波長
の関数で表したものである。測定は、８０Ｋの温度で行
われる。図４は、ゲルマニウムからなる可視光線を一部
遮断する５０オングストロ−ムの厚さの層（２８）と、
その上に反射防止膜（３０）を形成した場合である。図
５は、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ3 Ｎ4 からなる１３０オングスト
ロ−ムの厚さのパッシベ−ション層（２６）と、続いて
シリコンからなる可視光線を一部遮断する２０００オン
グストロ−ムの厚さの層（２８）と、その上に反射防止
膜（３０）を形成した場合である。可視光および赤外光
の波長領域のいずれにおいても、図１で説明されている
従来の形態のものよりも、光に対する感度が非常に高い
ことが分かる。それらのスペクトラムは、可視領域から
２．５μｍの波長にかけて、光に対する感度が大きくう
ねっていることを示しているが、このうねりは反射防止
膜が赤外領域に対して調整されていることによる。
説明したものである。これらのグラフは、光子一つ当た
りの応答効率の尺度である光検出器の量子効率を、波長
の関数で表したものである。測定は、８０Ｋの温度で行
われる。図４は、ゲルマニウムからなる可視光線を一部
遮断する５０オングストロ−ムの厚さの層（２８）と、
その上に反射防止膜（３０）を形成した場合である。図
５は、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ3 Ｎ4 からなる１３０オングスト
ロ−ムの厚さのパッシベ−ション層（２６）と、続いて
シリコンからなる可視光線を一部遮断する２０００オン
グストロ−ムの厚さの層（２８）と、その上に反射防止
膜（３０）を形成した場合である。可視光および赤外光
の波長領域のいずれにおいても、図１で説明されている
従来の形態のものよりも、光に対する感度が非常に高い
ことが分かる。それらのスペクトラムは、可視領域から
２．５μｍの波長にかけて、光に対する感度が大きくう
ねっていることを示しているが、このうねりは反射防止
膜が赤外領域に対して調整されていることによる。
【００２０】図４および図５の特性を与える光検出器の
試作を実施した。その手順を以下に示す。 （１）Ｐ+ 領域（１６）、コンタクト（２０）および他
の関連する要素を、インジウム・アンチモン（ＩｎＳ
ｂ）の基板すなわちウェハ（１２）の前面（１４）に形
成した。有効に動作するフォトダイオ−ドの接合を形成
するため、基板すなわちウェハ（１２）の初期の厚さ
は、７５０μｍであった。 （２）前記基板（１２）の厚さがおよそ１５μｍに減少
するまで研磨を行った。 （３）前記基板（１２）の前面（１４）をサファイアの
スライドの上に付着させ、次に、パッシベ−ション層お
よび（または）可視光線を一部遮断する層（２６、２
８）が形成される領域以外の裏面（２２）の領域を、フ
ォトレジストの薄い膜を被せて保護した。 （４）前記裏面（２２）に、１５Ｔｏｒｒ、１５０Ｗの
条件で、１０分間、酸素を用いたプラズマ・エッチング
が施された。 （５）前記裏面（２２）に、２ステップのプロセスから
なる、ケミカル・エッチングが施された。ステップａの
条件は、塩酸と純水の割合が５０：５０の溶液中で３０
秒、ステップｂの条件は、乳酸と硝酸の割合が７０：１
０の溶液中で３分とした。ステップ４およびステップ５
を併用して、自然酸化膜およびステップ２の研磨プロセ
スによって引き起こされた結晶の損傷を取り除き、裏面
（２２）を純粋な状態にした。また、前記インジウム・
アンチモンの基板（１２）を食刻しており、最終的にお
よそ８μｍから１２μｍの厚さとした。 （６）前記基板（１２）は、純水のバス中でリンスさ
れ、次に、Ｎ2 ガス流によって乾燥された。以下のパッ
シベ−ション層および可視光線を一部遮断する層（２
６、２８）を適用するステップは、前記裏面（２２）が
空気中に露出されても、そこへの自然酸化膜の形成が認
められないほど十分短い時間のうちに行われた。 （７）前記パッシベ−ション層および可視光線を一部遮
断する層（２６、２８）が、基板（１２）の裏面（２
２）上に形成された。ゲルマニウムの層は従来の電子線
薄膜蒸着法を用いて形成したが、二酸化珪素および窒化
珪素の層は従来のプラズマ堆積法によって形成した。後
者の場合、パッシベ−ション層（２６）は、ＳｉＯ2 、
Ｓｉ3 Ｎ4 およびシラン（ＳｉＨ4 ）を含むプラズマを
用いて形成された。 （８）反射防止膜（３０）を用いる場合には、その反射
防止膜（３０）は可視光線を一部遮断する層（２６、２
８）上に形成された。
試作を実施した。その手順を以下に示す。 （１）Ｐ+ 領域（１６）、コンタクト（２０）および他
の関連する要素を、インジウム・アンチモン（ＩｎＳ
ｂ）の基板すなわちウェハ（１２）の前面（１４）に形
成した。有効に動作するフォトダイオ−ドの接合を形成
するため、基板すなわちウェハ（１２）の初期の厚さ
は、７５０μｍであった。 （２）前記基板（１２）の厚さがおよそ１５μｍに減少
するまで研磨を行った。 （３）前記基板（１２）の前面（１４）をサファイアの
スライドの上に付着させ、次に、パッシベ−ション層お
よび（または）可視光線を一部遮断する層（２６、２
８）が形成される領域以外の裏面（２２）の領域を、フ
ォトレジストの薄い膜を被せて保護した。 （４）前記裏面（２２）に、１５Ｔｏｒｒ、１５０Ｗの
条件で、１０分間、酸素を用いたプラズマ・エッチング
が施された。 （５）前記裏面（２２）に、２ステップのプロセスから
なる、ケミカル・エッチングが施された。ステップａの
条件は、塩酸と純水の割合が５０：５０の溶液中で３０
秒、ステップｂの条件は、乳酸と硝酸の割合が７０：１
０の溶液中で３分とした。ステップ４およびステップ５
を併用して、自然酸化膜およびステップ２の研磨プロセ
スによって引き起こされた結晶の損傷を取り除き、裏面
（２２）を純粋な状態にした。また、前記インジウム・
アンチモンの基板（１２）を食刻しており、最終的にお
よそ８μｍから１２μｍの厚さとした。 （６）前記基板（１２）は、純水のバス中でリンスさ
れ、次に、Ｎ2 ガス流によって乾燥された。以下のパッ
シベ−ション層および可視光線を一部遮断する層（２
６、２８）を適用するステップは、前記裏面（２２）が
空気中に露出されても、そこへの自然酸化膜の形成が認
められないほど十分短い時間のうちに行われた。 （７）前記パッシベ−ション層および可視光線を一部遮
断する層（２６、２８）が、基板（１２）の裏面（２
２）上に形成された。ゲルマニウムの層は従来の電子線
薄膜蒸着法を用いて形成したが、二酸化珪素および窒化
珪素の層は従来のプラズマ堆積法によって形成した。後
者の場合、パッシベ−ション層（２６）は、ＳｉＯ2 、
Ｓｉ3 Ｎ4 およびシラン（ＳｉＨ4 ）を含むプラズマを
用いて形成された。 （８）反射防止膜（３０）を用いる場合には、その反射
防止膜（３０）は可視光線を一部遮断する層（２６、２
８）上に形成された。
【００２１】本発明のいくつかの実施例が図示および記
述されたが、非常に多くの変形および互いに異なる実施
例が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当
業者によって用いられるであろう。従って、本発明は、
実施例に特に記述されたことのみに限定されるわけでは
ない。様々の変形が考えられ、また請求項に定義された
本発明のおよび範囲から逸脱することなく創作され得
る。
述されたが、非常に多くの変形および互いに異なる実施
例が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当
業者によって用いられるであろう。従って、本発明は、
実施例に特に記述されたことのみに限定されるわけでは
ない。様々の変形が考えられ、また請求項に定義された
本発明のおよび範囲から逸脱することなく創作され得
る。
【図１】従来の陽極処理されたインジウム・アンチモン
（ＩｎＳｂ）光検出デバイスの、可視光遮断フィルタを
用いないときの、光に対する相対感度を表した説明図。
（ＩｎＳｂ）光検出デバイスの、可視光遮断フィルタを
用いないときの、光に対する相対感度を表した説明図。
【図２】従来の陽極処理されたインジウム・アンチモン
（ＩｎＳｂ）光検出デバイスの、可視光完全遮断フィル
タを用いたときの、光に対する相対感度を表した説明
図。
（ＩｎＳｂ）光検出デバイスの、可視光完全遮断フィル
タを用いたときの、光に対する相対感度を表した説明
図。
【図３】本発明の実施例における、光検出デバイスの簡
単な断面図。
単な断面図。
【図４】本発明における、パッシベ−ション層を含む光
検出デバイスの相対量子効率の説明図。
検出デバイスの相対量子効率の説明図。
【図５】本発明において、図４と異なるパッシベ−ショ
ン層を含む光検出デバイスの相対量子効率の説明図。
ン層を含む光検出デバイスの相対量子効率の説明図。
１０…光検出デバイス、１２…インジウム・アンチモン
（ＩｎＳｂ）のウェハあるいは基板）、１４…基板の前
面、１６…Ｐ+ 領域、１８…半導体接合、２０…オ−ミ
ック接合、２２…基板の裏面すなわち受光面、２４…入
射光の方向、２６および２８…パッシベ−ション層およ
び（または）可視光線を一部遮断する層、３０…反射防
止膜あるいは層。
（ＩｎＳｂ）のウェハあるいは基板）、１４…基板の前
面、１６…Ｐ+ 領域、１８…半導体接合、２０…オ−ミ
ック接合、２２…基板の裏面すなわち受光面、２４…入
射光の方向、２６および２８…パッシベ−ション層およ
び（または）可視光線を一部遮断する層、３０…反射防
止膜あるいは層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーバート・エル・ヘティッチ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93117、ゴレタ、エバーグリーン・ドライ ブ 7522 (72)発明者 スティーブン・エル・ローレンス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93101、サンタ・バーバラ、ドゥ・ラ・ビ ナ・ストリート 1534
Claims (10)
- 【請求項１】 インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光
検出器の基板の受光面を不活性化する方法において、実
質的にすべてのインジウムおよびアンチモンの自然酸化
膜を前記受光面から除去するステップａと、パッシベ−
ション層および可視光線を一部遮断する層のうち少なく
とも一層を、インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）に反
応してその場所にキャリア・トラップを発生させる、と
いうことのない材料を用いて、前記受光面に形成するス
テップｂとを具備することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記ステップｂは、半導体材料を用い
て、可視光線を一部遮断する層を形成することを特徴と
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記ステップｂは、酸化物および窒化物
からなるグル−プから選択した材料を用いて、前記パッ
シベ−ション層を形成することを特徴とする請求項１に
記載の方法。 - 【請求項４】 前記ステップｂは、前記パッシベ−ショ
ン層を形成する材料を、二酸化珪素および窒化珪素から
なるグル−プから選択することを特徴とする請求項３に
記載の方法。 - 【請求項５】 インジウムおよびアンチモンの酸化膜が
実質的に形成されてない受光面を有するインジウム・ア
ンチモン（ＩｎＳｂ）基板と、インジウム・アンチモン
（ＩｎＳｂ）に反応してその場所にキャリア・トラップ
を発生させる、ということのない材料を用いて形成され
た、パッシベ−ション層および可視光線を一部遮断する
層のうち少なくとも一層を、具備することを特徴とする
インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイス。 - 【請求項６】 前記可視光線を一部遮断する層が、半導
体材料により形成されることを特徴とする請求項５に記
載のインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイ
ス。 - 【請求項７】 前記半導体材料が、ゲルマニウム、シリ
コン、テルル化カドミウムおよびガリウム砒素からなる
グル−プから選択されることを特徴とする請求項６に記
載のインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイ
ス。 - 【請求項８】 前記パッシベ−ション層が、酸化物また
は窒化物からなるグル−プから選択された材料を用いて
形成されることを特徴とする請求項５に記載のインジウ
ム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイス。 - 【請求項９】 前記材料が、二酸化珪素または窒化珪素
からなるグル−プから選択されることを特徴とする請求
項８に記載のインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検
出デバイス。 - 【請求項１０】 前記パッシベ−ション層が、二酸化珪
素および窒化珪素を用いて、当該層の厚さがおよそ１０
０オングストロ−ムから１５０オングストロ−ムの範囲
にあるように形成されたことを特徴とする請求項５に記
載のインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）光検出デバイ
ス。
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