JPH0567799A - フオトダイオード - Google Patents
フオトダイオードInfo
- Publication number
- JPH0567799A JPH0567799A JP3226278A JP22627891A JPH0567799A JP H0567799 A JPH0567799 A JP H0567799A JP 3226278 A JP3226278 A JP 3226278A JP 22627891 A JP22627891 A JP 22627891A JP H0567799 A JPH0567799 A JP H0567799A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- conductivity type
- insb
- single crystal
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 光電変換効率を高くするために低不純物濃度
層を使用することによる直列抵抗によって信号の読み出
し時定数の増大を防止し、信号の高速読み出しを可能と
するものである。 【構成】 単結晶基板１表面に不純物ドープ領域２，４
を有し、その上に低不純物濃度のエピタキシャル半導体
結晶層３をもつ。 【効果】 パルス光入射に対する出力信号の遅れが２０
μｓｅｃから２μｓｅｃ以下に短縮化した。
層を使用することによる直列抵抗によって信号の読み出
し時定数の増大を防止し、信号の高速読み出しを可能と
するものである。 【構成】 単結晶基板１表面に不純物ドープ領域２，４
を有し、その上に低不純物濃度のエピタキシャル半導体
結晶層３をもつ。 【効果】 パルス光入射に対する出力信号の遅れが２０
μｓｅｃから２μｓｅｃ以下に短縮化した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線の検出に用いられ
るフォトダイオードに係り、例えばエネルギバンドキャ
ップが１ｅＶ以下の半導体ＩｎＳｂを用いた波長１μｍ
以上の赤外線検出用フォトダイオードに関する。
るフォトダイオードに係り、例えばエネルギバンドキャ
ップが１ｅＶ以下の半導体ＩｎＳｂを用いた波長１μｍ
以上の赤外線検出用フォトダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎＳｂにベリリウムイオンＢｅ+ など
をイオン注入するとアクセプタ準位が形成され、プレー
ナ構造のｐ+ ｎ接合を形成することができる。ＩｎＳｂ
フォトダイオードも、ｎ形基板表面にｐ+ 層を形成した
構造のｐ+ ｎ接合が用いられている。ｐ+ ｎ接合を形成
している表面は、取出し電極の配線が設けられているた
め、この表面から光入射を行うと、電極部に入った光は
反射されてしまい受光部となるｐ+ ｎ接合の全面を有効
に利用することができない。特に、フォトダイオードを
一直線上に並べた１次元アレイ素子や、ｘｙ面上に並べ
た２次元アレイ素子においては電極配線が占める面積が
大きくなり、表面反射による損失が顕著となる。そこ
で、ｐ+ ｎ接合を形成している表面と反対側の表面（裏
面）から光を入射させ、ｐ+ ｎ接合の全面積で有効に光
電度換を行う方法が提案された（ＳＰＩＥ ６８６，ｐ
２，１９８６）それは、基板として赤外線に対して透明
で絶縁性のＣｄＴｅ単結晶を用い、その上にＩｎＳｂを
エピタキシャル結晶成長させ、表面にｐ+ ｎ接合を形成
するというものである。従来使用されているエピタキシ
ャルＩｎＳｂは、ドナー濃度が１０16ｃｍ-3台で抵抗値
が低いことから、高抵抗のＣｄＴｅ単結晶基板表面を加
工することなく、ＩｎＳｂのエピタキシャル結晶成長を
行っていた。
をイオン注入するとアクセプタ準位が形成され、プレー
ナ構造のｐ+ ｎ接合を形成することができる。ＩｎＳｂ
フォトダイオードも、ｎ形基板表面にｐ+ 層を形成した
構造のｐ+ ｎ接合が用いられている。ｐ+ ｎ接合を形成
している表面は、取出し電極の配線が設けられているた
め、この表面から光入射を行うと、電極部に入った光は
反射されてしまい受光部となるｐ+ ｎ接合の全面を有効
に利用することができない。特に、フォトダイオードを
一直線上に並べた１次元アレイ素子や、ｘｙ面上に並べ
た２次元アレイ素子においては電極配線が占める面積が
大きくなり、表面反射による損失が顕著となる。そこ
で、ｐ+ ｎ接合を形成している表面と反対側の表面（裏
面）から光を入射させ、ｐ+ ｎ接合の全面積で有効に光
電度換を行う方法が提案された（ＳＰＩＥ ６８６，ｐ
２，１９８６）それは、基板として赤外線に対して透明
で絶縁性のＣｄＴｅ単結晶を用い、その上にＩｎＳｂを
エピタキシャル結晶成長させ、表面にｐ+ ｎ接合を形成
するというものである。従来使用されているエピタキシ
ャルＩｎＳｂは、ドナー濃度が１０16ｃｍ-3台で抵抗値
が低いことから、高抵抗のＣｄＴｅ単結晶基板表面を加
工することなく、ＩｎＳｂのエピタキシャル結晶成長を
行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】フォトダイオードとし
て光電変換効率を向上させる手段の一つとしてｎ形Ｉｎ
Ｓｂのドナー濃度を低くして高抵抗のν形を用い、空乏
層領域を広げる方法が有効である。この場合、ν領域が
高抵抗であるため、基板側電極に至る電流経過に大きな
直列抵抗が入ってしまい、光電流が低下したり、応答時
間が長くなるなどの不具合が生じる。
て光電変換効率を向上させる手段の一つとしてｎ形Ｉｎ
Ｓｂのドナー濃度を低くして高抵抗のν形を用い、空乏
層領域を広げる方法が有効である。この場合、ν領域が
高抵抗であるため、基板側電極に至る電流経過に大きな
直列抵抗が入ってしまい、光電流が低下したり、応答時
間が長くなるなどの不具合が生じる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係るフォトダイ
オードは、受光光線の波長に対し透光性を有する半導体
単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成され極めて低い
不純物濃度の一導電型ν領域と、前記一導電型ν領域の
半導体単結晶基板側にこの基板との接続面を含み半導体
単結晶基板からの不純物拡散により形成された一導電型
領域と、前記一導電型ν領域の一部に形成されこれと接
合を形成する反対導電型の高不純物濃度領域と、前記高
不純物濃度領域および前記一導電型領域の夫々に設けら
れた電極を具備したことを特徴とするものである。上記
フォトダイオードの構成を一例のＩｎＳｂ素子につき述
べる。ＩｎＳｂをエピタキシャル結晶成長させる基板単
結晶表面に熱拡散によってＩｎＳｂを低抵抗にするよう
な不純物をドープし、その後ＩｎＳｂをエピタキシャル
結晶成長させて、その表面にｐ+ ｎ接合のフォトダイオ
ードを形成する。不純物としてＳｉを用いると、Ｓｉは
ＩｎＳｂの中に入ってイオン化し、浅いドナー準位を作
るので、ν領域の底部を低抵抗に変え、基板側電流経過
の直列抵抗成分を低減させることができる。
オードは、受光光線の波長に対し透光性を有する半導体
単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成され極めて低い
不純物濃度の一導電型ν領域と、前記一導電型ν領域の
半導体単結晶基板側にこの基板との接続面を含み半導体
単結晶基板からの不純物拡散により形成された一導電型
領域と、前記一導電型ν領域の一部に形成されこれと接
合を形成する反対導電型の高不純物濃度領域と、前記高
不純物濃度領域および前記一導電型領域の夫々に設けら
れた電極を具備したことを特徴とするものである。上記
フォトダイオードの構成を一例のＩｎＳｂ素子につき述
べる。ＩｎＳｂをエピタキシャル結晶成長させる基板単
結晶表面に熱拡散によってＩｎＳｂを低抵抗にするよう
な不純物をドープし、その後ＩｎＳｂをエピタキシャル
結晶成長させて、その表面にｐ+ ｎ接合のフォトダイオ
ードを形成する。不純物としてＳｉを用いると、Ｓｉは
ＩｎＳｂの中に入ってイオン化し、浅いドナー準位を作
るので、ν領域の底部を低抵抗に変え、基板側電流経過
の直列抵抗成分を低減させることができる。
【０００５】なお、上記ν領域はｎ型不純物濃度が５×
１０15ｃｍ-3以下の低濃度で、かつ導電型がｎ型である
等の特徴を有するものである。
１０15ｃｍ-3以下の低濃度で、かつ導電型がｎ型である
等の特徴を有するものである。
【０００６】
【作用】エピタキシャル結晶成長を行うＣｄＴｅ単結晶
基板表面にＳｉをドープし、その後ＩｎＳｂのエピタキ
シャル結晶成長を施すと、この熱工程（４００〜４５０
℃、約６０分）によってＩｎＳｂとＣｄＴｅ単結晶基板
の境界部に、ＣｄＴｅ側からＩｎＳｂ側へＳｉの熱拡散
が進行し、ＩｎＳｂの底部に低抵抗のｎ型層が形成され
る。これによって、ｐ+ ｎ接合の横に設けられた基板側
電極１１（図２（ｃ））に至る横方向抵抗が低減し、光
電流の低下や、応答時間の遅れが解消できた。
基板表面にＳｉをドープし、その後ＩｎＳｂのエピタキ
シャル結晶成長を施すと、この熱工程（４００〜４５０
℃、約６０分）によってＩｎＳｂとＣｄＴｅ単結晶基板
の境界部に、ＣｄＴｅ側からＩｎＳｂ側へＳｉの熱拡散
が進行し、ＩｎＳｂの底部に低抵抗のｎ型層が形成され
る。これによって、ｐ+ ｎ接合の横に設けられた基板側
電極１１（図２（ｃ））に至る横方向抵抗が低減し、光
電流の低下や、応答時間の遅れが解消できた。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例のフォトダイオード
につき図１および図２を参照して説明する。
につき図１および図２を参照して説明する。
【０００８】一例の赤外線検出用フォトダイオードは、
後に説明する製造工程に係る図１（ａ）〜（ｄ）、およ
び図２（ａ）〜（ｃ）の工程により構成され、図２
（ｃ）に示す素子の構造が得られる。この図２（ｃ）に
示される一例のフォトダイオードは、１は受光光線の波
長に対し透光性を有するＣｄＴｅ単結晶基板、３はＣｄ
Ｔｅ前記単結晶基板１上に形成され極めて低い不純物濃
度の一導電型ν領域のＩｎＳｂ領域、４は前記一導電型
ＩｎＳｂ領域におけるＣｄＴｅ単結晶基板側にこの基板
との接続面を含み半導体単結晶基板１に予め導入されて
いる不純物のＳｉの拡散により形成された一導電型領
域、６は前記一導電型ＩｎＳｂ領域３の一部に形成され
これと接合を形成する反対導電型の高不純物濃度領域、
１２は前記高不純物濃度領域６に設けられた電極、１１
は前記一導電型ＩｎＳｂ領域３に設けられた電極を具備
し構成されている。ν領域とは極めて低い不純物濃度領
域のことで１×１０15ｃｍ-3以下の不純物領域が一般的
である。
後に説明する製造工程に係る図１（ａ）〜（ｄ）、およ
び図２（ａ）〜（ｃ）の工程により構成され、図２
（ｃ）に示す素子の構造が得られる。この図２（ｃ）に
示される一例のフォトダイオードは、１は受光光線の波
長に対し透光性を有するＣｄＴｅ単結晶基板、３はＣｄ
Ｔｅ前記単結晶基板１上に形成され極めて低い不純物濃
度の一導電型ν領域のＩｎＳｂ領域、４は前記一導電型
ＩｎＳｂ領域におけるＣｄＴｅ単結晶基板側にこの基板
との接続面を含み半導体単結晶基板１に予め導入されて
いる不純物のＳｉの拡散により形成された一導電型領
域、６は前記一導電型ＩｎＳｂ領域３の一部に形成され
これと接合を形成する反対導電型の高不純物濃度領域、
１２は前記高不純物濃度領域６に設けられた電極、１１
は前記一導電型ＩｎＳｂ領域３に設けられた電極を具備
し構成されている。ν領域とは極めて低い不純物濃度領
域のことで１×１０15ｃｍ-3以下の不純物領域が一般的
である。
【０００９】次に、このフォトダイオードの構造につき
製造工程順に図面を参照して説明する。
製造工程順に図面を参照して説明する。
【００１０】絶縁性ＣｄＴｅ単結晶基板（図１（ａ））
の表面に、加速電圧１５０ｋＶ、ドーズ量２×１０14ｃ
ｍ-2の条件でＳｉ+ イオン注入によりｎ型領域２を形成
した（図１（ｂ））。次にＬＰＥ法でＩｎＳｂのエピタ
キシャル結晶成長（４５０℃、約６０分）を施し、エピ
タキシャル膜厚２０μｍのＩｎＳｂ領域３を形成した
（図１（ｃ））。このＩｎＳｂのドナー濃度は７７Ｋで
１×１０15ｃｍ-3である。この段階で、前記ＣｄＴｅ基
板１からＩｎＳｂ領域３側にＳｉ+ の熱拡散が進行し、
低抵抗のｎ形領域４（図１（ｃ））が厚さ０．５μｍに
形成される。フォトダイオードとして受光部となるｐ+
ｎ接合は、前記ＩｎＳｂ領域３の表面にフォトレジスト
をイオン注入のマスクとして、加速電圧１００ｋＶ、ド
ーズ量１×１０14ｃｍ-2の条件で、Ｂｅ+ イオンを選択
的にイオン注入してｐ+ 領型６が形成される（図１
（ｄ））。次に、基板側の電極を、前記ＩｎＳｂ領域３
の底部から表面に至る電流経路を設けるためにトレンチ
溝７（図２（ａ））を形成し、その表面に不純物を拡散
して低抵抗ｎ+ 層９を設ける（図２（ｂ））。半導体表
面の露出部をパッシベーション膜ＺｎＳで被覆した後、
ｎ+ 領域およびｐ+ 領域にコンタクト窓を開口し、電極
金属を形成してＩｎＳｂ赤外フォトダイオードが製造で
きる（図２（ｃ））。裏面から光入射することにより、
ｐ+ ｎ接合の受光部を有効に利用することができる。
の表面に、加速電圧１５０ｋＶ、ドーズ量２×１０14ｃ
ｍ-2の条件でＳｉ+ イオン注入によりｎ型領域２を形成
した（図１（ｂ））。次にＬＰＥ法でＩｎＳｂのエピタ
キシャル結晶成長（４５０℃、約６０分）を施し、エピ
タキシャル膜厚２０μｍのＩｎＳｂ領域３を形成した
（図１（ｃ））。このＩｎＳｂのドナー濃度は７７Ｋで
１×１０15ｃｍ-3である。この段階で、前記ＣｄＴｅ基
板１からＩｎＳｂ領域３側にＳｉ+ の熱拡散が進行し、
低抵抗のｎ形領域４（図１（ｃ））が厚さ０．５μｍに
形成される。フォトダイオードとして受光部となるｐ+
ｎ接合は、前記ＩｎＳｂ領域３の表面にフォトレジスト
をイオン注入のマスクとして、加速電圧１００ｋＶ、ド
ーズ量１×１０14ｃｍ-2の条件で、Ｂｅ+ イオンを選択
的にイオン注入してｐ+ 領型６が形成される（図１
（ｄ））。次に、基板側の電極を、前記ＩｎＳｂ領域３
の底部から表面に至る電流経路を設けるためにトレンチ
溝７（図２（ａ））を形成し、その表面に不純物を拡散
して低抵抗ｎ+ 層９を設ける（図２（ｂ））。半導体表
面の露出部をパッシベーション膜ＺｎＳで被覆した後、
ｎ+ 領域およびｐ+ 領域にコンタクト窓を開口し、電極
金属を形成してＩｎＳｂ赤外フォトダイオードが製造で
きる（図２（ｃ））。裏面から光入射することにより、
ｐ+ ｎ接合の受光部を有効に利用することができる。
【００１１】他の実施例として、ＩｎＳｂ領域底部（基
板との接続側）から表面への配線にｎ+ 層９（図２
（ｃ））を用いず、金属配線をもって行ってもよい。
板との接続側）から表面への配線にｎ+ 層９（図２
（ｃ））を用いず、金属配線をもって行ってもよい。
【００１２】また、ＣｄＴｅ基板に拡散する不純物とし
て、前述した実施例ではＳｉを選んだが、その他のＧ
ｅ，Ｓｎなども適用することができる。
て、前述した実施例ではＳｉを選んだが、その他のＧ
ｅ，Ｓｎなども適用することができる。
【００１３】光電変換を行う半導体として本実施例では
ＩｎＳｂを使用したが、この他ＩｎＡｓなどのIII −Ｖ
族化合物半導体、あるいはII−VI族の化合物半導体も使
用できる。
ＩｎＳｂを使用したが、この他ＩｎＡｓなどのIII −Ｖ
族化合物半導体、あるいはII−VI族の化合物半導体も使
用できる。
【００１４】
【発明の効果】入射光として、波長４μｍのパルス光源
を用いてＩｎＳｂフォトダイオードの出力特性を測定し
たところ、ＣｄＴｅ基板にＳｉをドープしない従来の方
法によると、立上り時間（飽和値の９０％到達時間）が
２０μｓｅｃと大きかったのに対し、ＣｄＴｅ基板に２
×１０14ｃｍ-2のＳｉをドープした素子では、立上り時
間が２μｓｅｃ以下となり、６４×６４２次元アレイに
よる撮影が可能となった。
を用いてＩｎＳｂフォトダイオードの出力特性を測定し
たところ、ＣｄＴｅ基板にＳｉをドープしない従来の方
法によると、立上り時間（飽和値の９０％到達時間）が
２０μｓｅｃと大きかったのに対し、ＣｄＴｅ基板に２
×１０14ｃｍ-2のＳｉをドープした素子では、立上り時
間が２μｓｅｃ以下となり、６４×６４２次元アレイに
よる撮影が可能となった。
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る一実施例のフォ
トダイオードの製造工程の一部を示すいずれも断面図。
トダイオードの製造工程の一部を示すいずれも断面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１に引続き本発明に係る一
実施例のフォトダイオードの製造工程の一部を示すいず
れも断面図。
実施例のフォトダイオードの製造工程の一部を示すいず
れも断面図。
１…エピタキシャル結晶成長用基板 ２，４…不純物拡散領域 ３…エピタキシャルＩｎＳｂ領域 ５…イオン注入に対するレジスト膜 ６…イオン注入で形成されたｐ+ 領域 ７…トレンチ溝 ８，１０…パッシベーション膜 ９…ｎ+ …層 １１，１２…金属電極
Claims (1)
- 【請求項１】 受光光線の波長に対し透光性を有する半
導体単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成され極めて
低い不純物濃度の一導電型ν領域と、前記一導電型ν領
域の半導体単結晶基板側にこの基板との接続面を含み半
導体単結晶基板からの不純物拡散により形成された一導
電型領域と、前記一導電型ν領域の一部に形成され前記
一導電型ν領域と接合を形成する反対導電型の高不純物
濃度領域と、前記高不純物濃度領域および前記一導電型
領域の夫々に設けられた電極とを具備したことを特徴と
するフォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226278A JPH0567799A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | フオトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226278A JPH0567799A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | フオトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567799A true JPH0567799A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16842707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3226278A Pending JPH0567799A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | フオトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0567799A (ja) |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3226278A patent/JPH0567799A/ja active Pending
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