JPH0574953B2 - - Google Patents
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- JPH0574953B2 JPH0574953B2 JP60027556A JP2755685A JPH0574953B2 JP H0574953 B2 JPH0574953 B2 JP H0574953B2 JP 60027556 A JP60027556 A JP 60027556A JP 2755685 A JP2755685 A JP 2755685A JP H0574953 B2 JPH0574953 B2 JP H0574953B2
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-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01L31/08—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- 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
- H01L31/1032—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type the devices comprising active layers formed only by AIIBVI compounds, e.g. HgCdTe IR photodiodes
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
本発明は、Hg1-xCdxTe結晶を用いた光起電力
型素子に於いて、そのHg1-xCdxTe結晶基板（或
いは結晶層）の表面を保護するために該Hg1-x
CdxTe結晶に格子整合させたCd1-yZnyTe或いは
CdSzTe1-zからなる膜を形成することに依り、結
晶基板（或いは結晶層）と保護層との界面近傍に
於ける固定電荷や界面準位を低減し、光起電力型
素子の特性を向上し得るようにするものである。
型素子に於いて、そのHg1-xCdxTe結晶基板（或
いは結晶層）の表面を保護するために該Hg1-x
CdxTe結晶に格子整合させたCd1-yZnyTe或いは
CdSzTe1-zからなる膜を形成することに依り、結
晶基板（或いは結晶層）と保護層との界面近傍に
於ける固定電荷や界面準位を低減し、光起電力型
素子の特性を向上し得るようにするものである。
本発明は、光起電力（photo voltaic：PV）型
素子の改良に関する。
素子の改良に関する。
一般に、Hg1-xCdxTe結晶は前記したような光
起電力型素子の材料として極めて有用である。
起電力型素子の材料として極めて有用である。
第２図はHg1-xCdxTe結晶を用いた従来の光起
電力型素子を表す要部切断側面図である。
電力型素子を表す要部切断側面図である。
図に於いて、１１はｐ型HgCdTe基板、１２は
ｎ型HgCdTe領域、１３は厚さ〜１〔μｍ〕程度
のZnSからなる保護膜、１４はInからなるｎ側オ
ーミツク電極、１５はAuからなるｐ側オーミツ
ク電極をそれぞれ示している。
ｎ型HgCdTe領域、１３は厚さ〜１〔μｍ〕程度
のZnSからなる保護膜、１４はInからなるｎ側オ
ーミツク電極、１５はAuからなるｐ側オーミツ
ク電極をそれぞれ示している。
第２図について説明したところから明らかなで
あるようにHg1-xCdxTe結晶を用いた光起電力型
素子では保護膜１３としてZnSを利用している。
あるようにHg1-xCdxTe結晶を用いた光起電力型
素子では保護膜１３としてZnSを利用している。
然しながら、ZnS膜は多孔質である多結晶の集
まりであり、Hg1-xCdxTe結晶とZnS間との界面
近傍には固定電荷や界面準位が多くなる。
まりであり、Hg1-xCdxTe結晶とZnS間との界面
近傍には固定電荷や界面準位が多くなる。
従つて、光起電力型素子に於いては、表面再結
合電流や表面トンネル電流が増大し、特性が低下
する旨の欠点がある。
合電流や表面トンネル電流が増大し、特性が低下
する旨の欠点がある。
本発明は、Hg1-xCdxTe結晶に対する保護膜と
してZnSを用いることは止めて、前記のような欠
点をもたない光起電力型素子を提供しようとす
る。
してZnSを用いることは止めて、前記のような欠
点をもたない光起電力型素子を提供しようとす
る。
本発明一実施例を製造する場合を解説する為の
図である第１図を借りて説明する。
図である第１図を借りて説明する。
即ち、本発明に依つて得られる光起電力型素子
に於いては、Hg1-xCdxTe結晶基板（或いは結晶
層）１の表面を保護する為にHg1-xCdxTe結晶に
格子整合されたCd1-yZnyTe（或いはCdSzTe1-z）
からなる保護膜２が形成されている。
に於いては、Hg1-xCdxTe結晶基板（或いは結晶
層）１の表面を保護する為にHg1-xCdxTe結晶に
格子整合されたCd1-yZnyTe（或いはCdSzTe1-z）
からなる保護膜２が形成されている。
表面再結合電流或いは表面トンネル電流が少な
くなつて特性は向上する。
くなつて特性は向上する。
第１図Ａ乃至Ｅは本発明一実施例を製造する場
合について解説する為の工程要所に於ける光起電
力型素子の要部切断側面図をそれぞれ表してい
る。以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
合について解説する為の工程要所に於ける光起電
力型素子の要部切断側面図をそれぞれ表してい
る。以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
第１図Ａ参照
(a) ｐ型Hg1-xCdxTe結晶基板１を用意する。
尚、Hg1-xCdxTe結晶はノン・ドープの状態で
ｐ型である。
尚、Hg1-xCdxTe結晶はノン・ドープの状態で
ｐ型である。
第１図Ｂ参照
(b) 液相エピタキシヤル成長（liquid phase
epitaxy：LPE）法、スパツタリング法、蒸着
法など適宜の技法を採用してCd1-yZnyTe保護
膜２を厚さ約0.5〔μｍ〕程度に形成する。
epitaxy：LPE）法、スパツタリング法、蒸着
法など適宜の技法を採用してCd1-yZnyTe保護
膜２を厚さ約0.5〔μｍ〕程度に形成する。
この場合、ｐ型Hg1-xCdxTe結晶基板１に於
けるｘ値が如何なる値になつていくも、Cd1-y
ZnyTe保護膜２に於ける組成、即ち、ｙ値を適
切に選択することに依り、格子定数を確実に一
致させることが可能である。
けるｘ値が如何なる値になつていくも、Cd1-y
ZnyTe保護膜２に於ける組成、即ち、ｙ値を適
切に選択することに依り、格子定数を確実に一
致させることが可能である。
例えばHg0.7Cd0.3Te結晶に対して、Cd0.96
Zn0.04Teを対応させると、その格子定数は一致
し、また、それ等のエネルギ・バンド・ギヤツ
プを比較すると、 Hg0.7Cd0.3Te：〜0.25〔eV〕 であり、そして、 Cd0.96Zn0.04Te：〜1.6〔eV〕 である 第１図Ｃ参照 (c) 通常のフオト・リソグラフイ技術のレジス
ト・プロセスを適用することに依り、ｎ型不純
物拡散領域形成予定部分上に開口３Ａを有する
フオト・レジスト膜３を形成する。
Zn0.04Teを対応させると、その格子定数は一致
し、また、それ等のエネルギ・バンド・ギヤツ
プを比較すると、 Hg0.7Cd0.3Te：〜0.25〔eV〕 であり、そして、 Cd0.96Zn0.04Te：〜1.6〔eV〕 である 第１図Ｃ参照 (c) 通常のフオト・リソグラフイ技術のレジス
ト・プロセスを適用することに依り、ｎ型不純
物拡散領域形成予定部分上に開口３Ａを有する
フオト・レジスト膜３を形成する。
(d) イオン注入法を適用することに依り、硼素イ
オンの打ち込みを行い、ｎ型不純物拡散領域４
を形成する。
オンの打ち込みを行い、ｎ型不純物拡散領域４
を形成する。
この際のドーズ量は約１×1013〔cm-2〕程度、
また、注入エネルギは約100〔KeV〕程度にし
て良い。
また、注入エネルギは約100〔KeV〕程度にし
て良い。
第１図Ｄ参照
(e) LPE法、スパツタリング法、蒸着法など適
宜の技法を適用してZnSからなる保護膜５を厚
さ約１〔μｍ〕程度に形成する。
宜の技法を適用してZnSからなる保護膜５を厚
さ約１〔μｍ〕程度に形成する。
このZnSからなる保護膜５は、先に形成した
Cd1-yZnyTeからなる保護膜２の厚みを補うも
のであり、必要に応じて形成すれば良く、この
ようにZnS保護膜５を形成しても、それが基板
１との界面に存在しなければ本発明の目的は充
分に達成することができる。
Cd1-yZnyTeからなる保護膜２の厚みを補うも
のであり、必要に応じて形成すれば良く、この
ようにZnS保護膜５を形成しても、それが基板
１との界面に存在しなければ本発明の目的は充
分に達成することができる。
第１図Ｅ参照
(f) 通常のフオト・リリグラフイ技術を適用する
ことに依り、ZnS保護膜５とCd1-yZnyTe保護
膜２のパターニングを行い、電極コンタクト窓
を形成する。
ことに依り、ZnS保護膜５とCd1-yZnyTe保護
膜２のパターニングを行い、電極コンタクト窓
を形成する。
(g) 表面側にはIn膜を形成してから通常のフオ
ト・リリグラフイ技術にてパターニングするこ
とに依りｎ側オーミツク・コンタクト電極６を
形成し、そして、裏面側にはAu膜を全面に形
成してｐ側オーミツク・コンタクト電極７とす
る。
ト・リリグラフイ技術にてパターニングするこ
とに依りｎ側オーミツク・コンタクト電極６を
形成し、そして、裏面側にはAu膜を全面に形
成してｐ側オーミツク・コンタクト電極７とす
る。
以上のようにして製造された光起電力型素子で
は、保護膜２として用いたCd1-yZnyTe結晶が基
板１であるHg1-xCdxTe結晶と格子定数が一致し
且つエネルギ・バンド・ギヤツプが大きくなつて
いる。表面再結合電流Igは、 Ig＝1/2qσVthNSTniAs ……(1) ｑ：電子の電荷 σ：キヤリヤの捕獲断面積 Vth：熱速度 ni：真性キヤリヤ密度 NST：表面捕獲準位密度 As：キヤリヤの生成に関する表面積で与えられ、
また、niは、 ni＝NcNvexp（−E0／2kT） ……(2) Nc：伝導帯の状態密度 Nv：価電子帯の状態密度 E0：半導体のバンド・ギヤツプ ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 で与えられる（要すれば、「Physics and
Technology of Semiconductor Device」A.S.
Grove、1967、を参照）。
は、保護膜２として用いたCd1-yZnyTe結晶が基
板１であるHg1-xCdxTe結晶と格子定数が一致し
且つエネルギ・バンド・ギヤツプが大きくなつて
いる。表面再結合電流Igは、 Ig＝1/2qσVthNSTniAs ……(1) ｑ：電子の電荷 σ：キヤリヤの捕獲断面積 Vth：熱速度 ni：真性キヤリヤ密度 NST：表面捕獲準位密度 As：キヤリヤの生成に関する表面積で与えられ、
また、niは、 ni＝NcNvexp（−E0／2kT） ……(2) Nc：伝導帯の状態密度 Nv：価電子帯の状態密度 E0：半導体のバンド・ギヤツプ ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 で与えられる（要すれば、「Physics and
Technology of Semiconductor Device」A.S.
Grove、1967、を参照）。
式(1)及び式(2)から、バンド・ギヤツプE0が大
きい程、真性キヤリヤ密度niが小さくなつて表面
再結合電流Igは小さくなる。また、バンド・ギヤ
ツプE0が大きい程、表面トンネル電流も小さく
なる。
きい程、真性キヤリヤ密度niが小さくなつて表面
再結合電流Igは小さくなる。また、バンド・ギヤ
ツプE0が大きい程、表面トンネル電流も小さく
なる。
一般に、結晶構造が同じで、格子定数が事なる
二種類の結晶が積層されている場合、その二種類
の結晶の界面であるヘテロ界面には結晶欠陥の一
種であるミス・フイツト転位が存在する。この転
位は、不対電子を伴う為、バンド間準位や固定電
荷の原因になる。このようなバンド間準位などが
pn接合内に存在するとリーク電流の原因となつ
て、素子特性を劣化させる。
二種類の結晶が積層されている場合、その二種類
の結晶の界面であるヘテロ界面には結晶欠陥の一
種であるミス・フイツト転位が存在する。この転
位は、不対電子を伴う為、バンド間準位や固定電
荷の原因になる。このようなバンド間準位などが
pn接合内に存在するとリーク電流の原因となつ
て、素子特性を劣化させる。
ミス・フイツト転位がどの程度多いかは、次式
で表すことができる。即ち、閃亜鉛型結晶構造を
もち、格子定数がa1及びa2である二種類の結晶に
於ける（111）面の結合面に於いては、 ４／√３（１／a2 2−１／a1 2） ＝４／√３｛（a1＋a2）（a1−a2）／a2 2・a1 2｝a1＞
a2 である。即ち、前記式で与えられる数の不対電子
が存在する。従つて、格子定数の差（a1−a2）大
きい程、固定電荷や界面準位は多くなる。
で表すことができる。即ち、閃亜鉛型結晶構造を
もち、格子定数がa1及びa2である二種類の結晶に
於ける（111）面の結合面に於いては、 ４／√３（１／a2 2−１／a1 2） ＝４／√３｛（a1＋a2）（a1−a2）／a2 2・a1 2｝a1＞
a2 である。即ち、前記式で与えられる数の不対電子
が存在する。従つて、格子定数の差（a1−a2）大
きい程、固定電荷や界面準位は多くなる。
本発明では、前記したように、例えばHg0.8
Cd0.2Te結晶の表面にCd0.96Zn0.04Te結晶を保護膜
として形成するようにしている。この場合、
Hg0.8Cd0.2Ｔのｅエネルギ・バンド・ギヤツプ
（約0.2〔eV〕）に比較してCd0.96Zn0.04Teのエネル
ギ・バンド・ギヤツプ（約1.6〔eV〕）は大きく、
しかも、これら二種類の結晶は格子定数を一致さ
せることが可能であるから、ミス・フイツト転位
は発生せず、バンド間準位や固定電荷が少なくす
ることができて、高性能の光起電力型素子が実現
される。尚、エネルギ・バンド・ギヤツプが広い
ことと固定電荷が少なくなることは直接的な関連
はないが、保護膜をウインドワとして活用するに
は、光を良好に透過することが必要であり、その
為にはエネルギ・バンド・ギヤツプが広くなけれ
ばならず、従つて、その材料としてエネルギ・バ
ンド・ギヤツプが広く、且つ、その部分で赤外線
が吸収されないようにミス・フイツト転位がない
ものを選択する必要がある。
Cd0.2Te結晶の表面にCd0.96Zn0.04Te結晶を保護膜
として形成するようにしている。この場合、
Hg0.8Cd0.2Ｔのｅエネルギ・バンド・ギヤツプ
（約0.2〔eV〕）に比較してCd0.96Zn0.04Teのエネル
ギ・バンド・ギヤツプ（約1.6〔eV〕）は大きく、
しかも、これら二種類の結晶は格子定数を一致さ
せることが可能であるから、ミス・フイツト転位
は発生せず、バンド間準位や固定電荷が少なくす
ることができて、高性能の光起電力型素子が実現
される。尚、エネルギ・バンド・ギヤツプが広い
ことと固定電荷が少なくなることは直接的な関連
はないが、保護膜をウインドワとして活用するに
は、光を良好に透過することが必要であり、その
為にはエネルギ・バンド・ギヤツプが広くなけれ
ばならず、従つて、その材料としてエネルギ・バ
ンド・ギヤツプが広く、且つ、その部分で赤外線
が吸収されないようにミス・フイツト転位がない
ものを選択する必要がある。
尚、保護膜２としてはCd1-yZnyTe結晶の外、
CdSzTe1-z結晶を用いても格子定数をHg1-xCdx
Te結晶と一致させることができるし、また、エ
ネルギ・バンド・ギヤツプも大きい。
CdSzTe1-z結晶を用いても格子定数をHg1-xCdx
Te結晶と一致させることができるし、また、エ
ネルギ・バンド・ギヤツプも大きい。
本発明の光起電力素子では、pn接合を生成さ
せる為の、反対導電型不純物拡散領域が選択的に
形成された一導電型Hg1-xCdxTe（０＜ｘ＜１）
結晶基板（或いは結晶層）と、前記反対導電型不
純物拡散領域が選択的に形成された前記一導電型
Hg1-xCdxTe（０＜ｘ＜１）結晶基板（或いは結
晶層）上の全面に形成されてHg1-xCdxTe結晶に
格子整合したCd1-yZnyTe（０＜ｙ＜１）或いは
CdSzTe1-z（０＜ｚ＜１）らなる保護膜とを備え
ている。
せる為の、反対導電型不純物拡散領域が選択的に
形成された一導電型Hg1-xCdxTe（０＜ｘ＜１）
結晶基板（或いは結晶層）と、前記反対導電型不
純物拡散領域が選択的に形成された前記一導電型
Hg1-xCdxTe（０＜ｘ＜１）結晶基板（或いは結
晶層）上の全面に形成されてHg1-xCdxTe結晶に
格子整合したCd1-yZnyTe（０＜ｙ＜１）或いは
CdSzTe1-z（０＜ｚ＜１）らなる保護膜とを備え
ている。
この構成に依ると、結晶基板と保護膜とがなす
ヘテロ界面近傍に於ける固定電荷や界面準位が少
なくなるので、表面再結合電流、或いは、表面ト
ンネル電流が低減されて特性は向上し、特に、格
子不整合に依る転位（ミスフイツト転位）は存在
しないので、それに起因するリーク電流が皆無と
なる。尚、実験に依れば、波長が10〔μｍ〕帯の
光起電力型素子で、格子不整合に起因する転位
（ミスフイツト転位）の密度がpn接合近傍で７×
106／cmである場合、転位がない場合と比較する
リーク電流が約２倍にもなる。
ヘテロ界面近傍に於ける固定電荷や界面準位が少
なくなるので、表面再結合電流、或いは、表面ト
ンネル電流が低減されて特性は向上し、特に、格
子不整合に依る転位（ミスフイツト転位）は存在
しないので、それに起因するリーク電流が皆無と
なる。尚、実験に依れば、波長が10〔μｍ〕帯の
光起電力型素子で、格子不整合に起因する転位
（ミスフイツト転位）の密度がpn接合近傍で７×
106／cmである場合、転位がない場合と比較する
リーク電流が約２倍にもなる。
第１図Ａ乃至Ｅは本発明一実施例を製造する場
合を説明する為の工程要所に於ける光起電力型素
子の要部切断側面図、第２図は従来例の要部切断
側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、１はHg1-xCdxTe結晶基板、２は
Cd1-yZnyTe保護膜、３はフオト・レジスト膜、
３Ａは開口、４はｎ型不純物拡散領域、５はZnS
保護膜、６はInからなるｎ側オーミツク・コンタ
クト電極、７はAuからなるｐ側オーミツク・コ
ンタクト電極をそれぞれ示している。
合を説明する為の工程要所に於ける光起電力型素
子の要部切断側面図、第２図は従来例の要部切断
側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、１はHg1-xCdxTe結晶基板、２は
Cd1-yZnyTe保護膜、３はフオト・レジスト膜、
３Ａは開口、４はｎ型不純物拡散領域、５はZnS
保護膜、６はInからなるｎ側オーミツク・コンタ
クト電極、７はAuからなるｐ側オーミツク・コ
ンタクト電極をそれぞれ示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ pn接合を生成させる為の反対導電型不純物
拡散領域が選択的に形成された一導電型Hg1-x
CdxTe（０＜ｘ＜１）結晶基板（或いは結晶層）
と、 前記反対導電型不純物拡散領域が選択的に形成
された前記一導電型Hg1-xCdxTe（０＜ｘ＜１）
結晶基板（或いは結晶層）上の全面に形成されて
Hg1-xCdxTe結晶に格子接合したCd1-yZnyTe（０
＜ｙ＜１）或いはCdSzTe1-z（０＜ｚ＜１）から
なる保護膜と を備えてなることを特徴とする光起電力型素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60027556A JPS61188976A (ja) | 1985-02-16 | 1985-02-16 | 光起電力型素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60027556A JPS61188976A (ja) | 1985-02-16 | 1985-02-16 | 光起電力型素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61188976A JPS61188976A (ja) | 1986-08-22 |
| JPH0574953B2 true JPH0574953B2 (ja) | 1993-10-19 |
Family
ID=12224324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60027556A Granted JPS61188976A (ja) | 1985-02-16 | 1985-02-16 | 光起電力型素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61188976A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05267695A (ja) * | 1991-11-06 | 1993-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線撮像装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5979582A (ja) * | 1982-10-29 | 1984-05-08 | Fujitsu Ltd | 半導体素子の製造方法 |
-
1985
- 1985-02-16 JP JP60027556A patent/JPS61188976A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5979582A (ja) * | 1982-10-29 | 1984-05-08 | Fujitsu Ltd | 半導体素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61188976A (ja) | 1986-08-22 |
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