JPH05343729A - 配列型赤外線検知器 - Google Patents

配列型赤外線検知器

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JPH05343729A
JPH05343729A JP4153167A JP15316792A JPH05343729A JP H05343729 A JPH05343729 A JP H05343729A JP 4153167 A JP4153167 A JP 4153167A JP 15316792 A JP15316792 A JP 15316792A JP H05343729 A JPH05343729 A JP H05343729A
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JP
Japan
Prior art keywords
signal processing
photodiode
hgcdte
layer
infrared detector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4153167A
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English (en)
Inventor
Akira Ajisawa
昭 味澤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH05343729A publication Critical patent/JPH05343729A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 配列型赤外線検知器において、高集積化が容
易なループホール構造で、量子高率が高く暗電流の低い
高感度な素子を得る。 【構成】 信号処理部2を有するシリコンチップ1上に
接着された、ホトダイオード8が形成されているHgC
dTe結晶の表面、裏面近傍のHgCdTeキャップR
/4、6の禁制帯幅を、結晶内部のHgCdTe赤外線
吸収R/5の禁制帯幅に比べ大きくした構造。赤外線吸
収R/5で発生したキャリア(電子)は、バンドギャプ
の差により、結晶欠陥の多くはいっている表面、裏面近
傍へは拡散しにくくなるため、表面再結合によるキャリ
アの消滅はなく高い量子効果が得られる。またpn接合
での表面リーク電流も抑えられダイオードの低暗電流が
図れる。これらによりループホール構造において十分高
感度な配列型赤外線検知器が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は禁制帯幅の狭い半導体を
用いた赤外線検知器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に赤外線検知器においては禁制帯幅
の狭い半導体を用いたものが高感度であることが知られ
ている。特に、単体の検知素子を一次元、二次元に配列
した構成をとった検知器は赤外線撮像装置に用いる場合
非常に有効である。
【0003】従来の配列型赤外線検知器として高集積化
に適し特性的にも比較的優れているものに”アドバンス
ト・インフラレッド・ディテクターズ・アンド・システ
ムズ”(1983年12頁)に示されている構造の検知
器がある。この構造は一般にループホール構造と呼ば
れ、その断面の概略図を図2に示す。同図において、本
検知器は、赤外線検知部となるホトダイオード18が配
列して形成されているHg0.8 Cd0.2 Te層17と、
電荷信号注入層24を有しているシリコンCCDを含む
信号処理用チップ23とが、絶縁性の接着剤19により
貼り合わされた構造となっている。Hg0.8 Cd0.2
e層17には配列中の各赤外線検知部に対応した貫通孔
22が開けられており、各ホトダイオード18は貫通孔
22の周辺部に形成されている。貫通孔22を介し、接
続用配線電極21、金属パッド20を用いて、各赤外線
検知部となっているホトダイオード18と電荷信号注入
層24が電気的に接続されている。Hg0.8 Cd0.2
e層17に貫通孔22を開け、接続用配線電極21等を
用いての電気的な接続を行う都合上、Hg0.8 Cd0.2
Te層17は信号処理用チップ23に貼りつけた後、研
磨され10μm程度の厚さとなっている。また各ホトダ
イオードのピッチは40μmである。
【0004】表面より入射された赤外光14はHg0.8
Cd0.2 Te層17で吸収され、発生したホトキャリア
は拡散長だけ拡散する。そのうちホトダイオード18に
到達したものが電極21を介し電荷信号注入層24に送
り込まれ、信号処理用チップ23によって画像として出
力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造の配列型赤外線検知器には以下に述べる欠点が存在す
る。
【0006】一般にこのような赤外線検知器の感度はダ
イオードの量子効率と暗電流によって決まり、量子効率
が高く暗電流が小さいほど高感度な検知器と言える。図
2の構造において入射した赤外光14によりHgCdT
e層17で発生した電子または正孔は拡散長10〜50
μm程度拡散する。そのうちホトダイオード18のpn
接合に達したものが外部に取り出せ光電流として寄与す
る。しかしながら図2に示す従来の構造の場合HgCd
Te層17の表面及び裏面の約1μm程度近傍には製作
工程中に生じる欠陥が多く存在しているため、この領域
で発生した電子または正孔が、欠陥などによってトラッ
プされる、いわゆる表面再結合によりホトダイオードの
量子効率は著しく低下する。
【0007】また暗電流に関しても、ホトダイオード1
8のpn接合部分の表面あるいは裏面に近い領域では空
乏層内に存在する欠陥を介して発生する発生電流、図2
には示していないが表面保護膜との界面では界面準位を
介した表面リーク電流等がかなり大きいと考えられる。
【0008】このように従来の構造では、量子効率を上
げ暗電流を低減した高感度な赤外線検知器を得ることが
困難であった。
【0009】本発明の目的は、これらの欠点を除いた配
列型赤外線検知器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の配列型赤外線検
知器は、出力信号処理部を有するシリコンチップ上の化
合物半導体に、赤外線を吸収し光電流を発生するホトダ
イオードが配列して形成され、前記各ホトダイオードに
は出力信号処理部に対応した貫通孔が開けられ、前記ホ
トダイオードと前記シリコンチップの出力信号処理部は
前記貫通孔を通して電気的に接続されている配列型赤外
線検知器であって、前記化合物半導体の表面近傍領域及
び裏面近傍領域の禁制帯幅が前記化合物半導体の内部の
禁制帯幅に比べて大きいことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】本発明の配列型赤外線検知器は、シリコンチッ
プ上にある赤外線を検出する化合物半導体の表面及び裏
面近傍領域が化合物半導体内部の赤外線を検出する領域
に比べ禁制帯幅が大きい。そのため入射赤外光により発
生した電子または正孔は基板の内部に閉じこめられた状
態で拡散し、ホトダイオードのpn接合に到達する。従
って結晶欠陥の多い表面、裏面部分での再結合によるキ
ャリアの消滅確率は従来の構造に比べて非常に小さくな
り、本発明の構造では高い量子効率が得られる。更にp
n接合の表面特性に関しても、化合物半導体結晶の表
面、裏面近傍の禁制帯幅が大きいために、表面保護膜に
よる固定電荷の影響を受けにくく、また界面準位を介し
た表面リーク電流等の暗電流が低減され良好な特性のダ
イオードが得られる。
【0012】以上説明したように本発明を用いれば、高
集積化が容易なループホール構造で、量子効率が高く暗
電流の低い高感度な配列型赤外線検知器が得られる。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【0014】図1(a)は本発明の実施例を示す断面図
である。ここでは赤外線を吸収するための化合物半導体
としてHgCdTeを用い、主に10μm帯の波長の光
に感度を持つ場合につき示す。まず本発明の製造方法を
説明する。CdZnTe基板上p−Hg0.5 Cd0.5
eキャップ層6を5μm、p−Hg0.8 Cd0.2 Te赤
外線吸収層5を10μm、p−Hg0.5 Cd0.5 Teキ
ャップ層4を2μmをMBE法により順次エピタキシャ
ル成長したのち、p−Hg0.5 Cd0.5 Teキャップ層
6上に表面保護膜9としてZnSを蒸着する。信号処理
部2が形成された信号処理用シリコンチップ1上にCd
ZnTe基板上のp−Hg0.5 Cd0.5Teキャップ層
6、p−Hg0.8 Cd0.2 Te赤外線吸収層5、p−H
0.5 Cd0.5 Teキャップ層4をエピタキシャル成長
した層を下にし接着剤3を用いて接着し、p−Hg0.5
Cd0.5 Teキャップ層6が2〜3μm程度残るように
CdZnTe基板側より研磨する。次に、イオンミリン
グ法を用い、信号処理部2の位置に信号処理部2に達す
るまでp−Hg0.5 Cd0.5 Teキャップ層6、p−H
0.8 Cd0.2 Te赤外線吸収層5、p−Hg0.5 Cd
0.5 Teキャップ層4、保護膜9と接着剤3をミリング
し、貫通孔7を形成する。その後、n型のドーパントと
なるホウ素を部分的にイオン注入し貫通孔7の周辺部
に、ホトダイオード8を形成する。各ホトダイオードの
ピッチは30μm、径は10μmである。次に、貫通孔
7以外の部分には表面保護膜10としてZnSを蒸着
し、最後に電極用の金属を蒸着し、リフトオフ法により
接続用配線電極11を形成し、信号処理部2とホトダイ
オード8を電気的に接続させる。この様にして図1
(a)に示す本発明の配列型赤外線検知器が完成する。
【0015】次に図1(a)、(b)を用いて、本発明
の配列型赤外線検知器の動作について説明する。図1
(b)は図1(a)のA−A’方向の各HgCdTeに
対応した電子のエネルギー準位図を示したものである。
【0016】入射赤外光14がp−Hg0.5 Cd0.5
eキャップ層側から入射する。10μm帯の赤外光はp
−Hg0.8 Cd0.2 Te赤外線吸収層5で吸収され、キ
ャリア(電子またはホール)を発生する。そのうちの少
数キャリアである電子は拡散し、拡散長以内にあるホト
ダイオード8に達すると出力信号として信号処理部2よ
り出力される。この過程の中でいかに量子効率を高く
し、暗電流を小さくするかが赤外線検知器の高感度には
重要なことである。本発明では、図1(b)に示すよう
に、HgCdTe層の表面及び裏面近傍領域即ちp−H
0.5 Cd0.5 Teキャップ層6、p−Hg0.5 Cd
0.5 Teキャップ層4の禁制帯幅が赤外線を検出する領
域p−Hg0.8 Cd0.2 Te赤外線吸収層5の禁制帯幅
に比べ大きい。そのために発生した電子は赤外線吸収層
5に閉じこめられた状態で拡散するため、結晶欠陥の多
い表面、裏面部分での再結合により消滅する確率が非常
に低くなり、高い量子効果が得られる。またpn接合の
表面特性に関しても、作用の項で述べたことであるが、
HgCdTe結晶の表面、裏面近傍がp−Hg0.5 Cd
0.5 Teキャップ層6、p−Hg0.5 Cd0.5 Teキャ
ップ層4であり禁制帯幅が大きいために、表面保護膜
9、10による固定電荷の影響を受けにくく、また界面
準位を介した表面リーク電流等の暗電流が低減され良好
な特性のホトダイオードが実現できる。
【0017】本実施例では赤外線を吸収するための化合
物半導体としてp−HgCdTe層を用いた場合につい
て示したが、材料、極性、組成、更に各層の厚さ、ダイ
オードサイズ等に関しては本実施例に限るものではな
い。
【0018】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にお
いては、高集積化が容易なループホール構造で、量子効
率が高く暗電流の低い高感度な配列型赤外線検知器を提
供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図である。
【図2】従来例の構成を示す図である。
【符号の説明】
1、23 信号処理用シリコンチップ 2 信号処理部 3、19 接着剤 4、6 p−Hg0.5 Cd0.5 Teキャップ層 5 p−Hg0.8 Cd0.2 Te赤外線吸収層 7、22 貫通孔 8、18 ホトダイオード 9、10 表面保護膜 11、21 接続用配線電極 14 赤外光 17 p−Hg0.8 Cd0.2 Te層 20 金属パッド 24 電荷信号注入層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/14

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力信号処理部を有するシリコンチップ
    上の化合物半導体に赤外線を吸収し光電流を発生するホ
    トダイオードが配列して形成され、前記各ホトダイオー
    ドには出力信号処理部に対応した貫通孔が開けられ、前
    記ホトダイオードと前記シリコンチップの出力信号処理
    部は前記貫通孔を通して電気的に接続されている配列型
    赤外線検知器において、前記化合物半導体の表面近傍領
    域及び裏面近傍領域の禁制帯幅が前記化合物半導体の内
    部の禁制帯幅に比べて大きいことを特徴とする配列型赤
    外線検知器。
JP4153167A 1992-06-12 1992-06-12 配列型赤外線検知器 Withdrawn JPH05343729A (ja)

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JP4153167A JPH05343729A (ja) 1992-06-12 1992-06-12 配列型赤外線検知器

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009065161A (ja) * 2007-09-07 2009-03-26 Dongbu Hitek Co Ltd イメージセンサ及びその製造方法
JP2012064943A (ja) * 2010-09-16 2012-03-29 Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives バイスペクトル多層フォトダイオード検出器、及びそのような検出器を製造する方法
WO2013056582A1 (zh) * 2011-10-19 2013-04-25 清华大学 一种红外探测器及其制备方法

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JP2012064943A (ja) * 2010-09-16 2012-03-29 Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives バイスペクトル多層フォトダイオード検出器、及びそのような検出器を製造する方法
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Effective date: 19990831