JPH06132558A - 赤外線検出器 - Google Patents
赤外線検出器Info
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- JPH06132558A JPH06132558A JP4278687A JP27868792A JPH06132558A JP H06132558 A JPH06132558 A JP H06132558A JP 4278687 A JP4278687 A JP 4278687A JP 27868792 A JP27868792 A JP 27868792A JP H06132558 A JPH06132558 A JP H06132558A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｓｉ基板表面の不純物層および結晶欠陥によ
る影響を受けない、ＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接合型赤
外線検出器を提供する。 【構成】 Ｐ型Ｓｉ基板２と、Ｐ型Ｓｉ基板２上に形成
され１０18ｃｍ-3以下のＰ型不純物濃度を有するＳｉバ
ッファ層２１と、Ｓｉバッファ層２１上に形成されるＧ
ｅＳｉ層１とからなる。 【効果】 均一なバリアハイトと結晶性のよいＧｅＳｉ
層とを有する赤外線検出器が得られる。
る影響を受けない、ＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接合型赤
外線検出器を提供する。 【構成】 Ｐ型Ｓｉ基板２と、Ｐ型Ｓｉ基板２上に形成
され１０18ｃｍ-3以下のＰ型不純物濃度を有するＳｉバ
ッファ層２１と、Ｓｉバッファ層２１上に形成されるＧ
ｅＳｉ層１とからなる。 【効果】 均一なバリアハイトと結晶性のよいＧｅＳｉ
層とを有する赤外線検出器が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＧｅＳｉとＳｉとの
ヘテロ接合を赤外線の光検出に利用した赤外線検出器に
関するものである。
ヘテロ接合を赤外線の光検出に利用した赤外線検出器に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１０μｍ帯（８〜１３μｍ帯）の赤外線
を検知するための赤外線検出器として、従来、ＧｅＳｉ
とＳｉとのヘテロ接合を利用した構造のものがある。こ
の赤外線検出器は、ＣＳＤ方式およびＣＣＤ方式等の赤
外線固体撮像素子の光検出部として用いられている。
を検知するための赤外線検出器として、従来、ＧｅＳｉ
とＳｉとのヘテロ接合を利用した構造のものがある。こ
の赤外線検出器は、ＣＳＤ方式およびＣＣＤ方式等の赤
外線固体撮像素子の光検出部として用いられている。
【０００３】図３は、このＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接
合を利用した赤外線検出器が用いられているＣＳＤ方式
の赤外線固体撮像素子の一例の配置を示す配置図であ
る。図３を参照して、この赤外線固体撮像素子は、Ｇｅ
ＳｉとＳｉとのヘテロ接合を用いた赤外線検出器４３
と、垂直方向に電荷を転送するＣＳＤよりなる垂直シフ
トレジスタ４４と、水平方向に電荷を転送するＣＣＤ方
式よりなる水平シフトレジスタ４５と、外部へ電荷を読
出す出力部４６と、トランスファーゲート（ＴＧ）スキ
ャナ４７と、ＣＳＤスキャナで一水平ライン上のゲート
電極３６（垂直シフトレジスタ４４の構成要素）とが、
走査線配線３７で電気的に接続され、ＴＧスキャナ４７
からの読出パルスとＣＳＤスキャナ４８からの転送パル
スが印加できるようになっている。
合を利用した赤外線検出器が用いられているＣＳＤ方式
の赤外線固体撮像素子の一例の配置を示す配置図であ
る。図３を参照して、この赤外線固体撮像素子は、Ｇｅ
ＳｉとＳｉとのヘテロ接合を用いた赤外線検出器４３
と、垂直方向に電荷を転送するＣＳＤよりなる垂直シフ
トレジスタ４４と、水平方向に電荷を転送するＣＣＤ方
式よりなる水平シフトレジスタ４５と、外部へ電荷を読
出す出力部４６と、トランスファーゲート（ＴＧ）スキ
ャナ４７と、ＣＳＤスキャナで一水平ライン上のゲート
電極３６（垂直シフトレジスタ４４の構成要素）とが、
走査線配線３７で電気的に接続され、ＴＧスキャナ４７
からの読出パルスとＣＳＤスキャナ４８からの転送パル
スが印加できるようになっている。
【０００４】図４は、図３に示した赤外線固体撮像素子
のＸ−Ｙ断面の構造を示した断面構造図である。図４を
参照して、Ｐ型Ｓｉ半導体基板２上のＧｅＳｉ層１は、
基板２とヘテロ接合を形成しており光電変換層になって
いる。また、ＧｅＳｉ層１の周辺での電界集中を緩和
し、暗電流を防止するためのＮ+ 型領域よりなるガード
リング３３と、赤外線検出器４３より垂直シフトレジス
タ４４へ信号電荷を転送するトランスファーゲート部の
Ｎ+ 型領域３４と、垂直シフトレジスタを構成するＣＳ
ＤのＮ型埋込チャネル３５およびゲート電極３６とが設
けられている。さらに、アルミ配線よりなる走査線配線
３７と、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜３９，４０
と、光電変換層１の上に層間絶縁膜４０を挟んで形成さ
れ、光電変換層１を透過した赤外光を反射して光電変換
層１に再入射させるためのＡｌ反射膜４１と、フィール
ド絶縁膜の下部に形成された分離のためのチャネルスト
ップＰ+ 不純物層４２とを備える。
のＸ−Ｙ断面の構造を示した断面構造図である。図４を
参照して、Ｐ型Ｓｉ半導体基板２上のＧｅＳｉ層１は、
基板２とヘテロ接合を形成しており光電変換層になって
いる。また、ＧｅＳｉ層１の周辺での電界集中を緩和
し、暗電流を防止するためのＮ+ 型領域よりなるガード
リング３３と、赤外線検出器４３より垂直シフトレジス
タ４４へ信号電荷を転送するトランスファーゲート部の
Ｎ+ 型領域３４と、垂直シフトレジスタを構成するＣＳ
ＤのＮ型埋込チャネル３５およびゲート電極３６とが設
けられている。さらに、アルミ配線よりなる走査線配線
３７と、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜３９，４０
と、光電変換層１の上に層間絶縁膜４０を挟んで形成さ
れ、光電変換層１を透過した赤外光を反射して光電変換
層１に再入射させるためのＡｌ反射膜４１と、フィール
ド絶縁膜の下部に形成された分離のためのチャネルスト
ップＰ+ 不純物層４２とを備える。
【０００５】図３および図４を参照して、次に動作につ
いて説明する。Ｐ型Ｓｉ半導体基板２の裏面より入射し
た赤外光は、ヘテロ接合の光電変換層１に到達し、そこ
で光電変換されて信号電荷が生じる。この光信号電荷が
光電変換層１のヘテロ接合の容量とＮ+ 型領域よりなる
ガードリング３３の容量に蓄積される。蓄積された信号
電荷はゲート電極３６にＴＧスキャナ４７より読出パル
スを印加するとによりＮ型埋込チャネル３５へ転送され
る。ヘテロ接合の光電変換層１は、読出パルス印加時に
信号電荷を読出すと同時に読出パルスの電圧に応じた電
圧までリセットされる。リセット後、次に読出されるま
で、赤外線検出器４３は光信号電荷を検出し蓄積する。
ＣＳＤ方式ではまず走査線配線３７の１本がＴＧスキャ
ナで選択され、読出パルスがこの走査線配線３７につな
がる一水平ライン上のゲート電極３６に印加され、一水
平ラインの光信号電荷がＮ型埋込チャネル３５へ転送さ
れる。次に、ＣＳＤスキャナより垂直転送パルスを走査
線配線３７からゲート電極３６に印加することにより、
信号電荷は垂直方向に転送され水平シフトレジスタに入
る。ゲート電極３６は、信号を読出すトランスファーゲ
ートの電極と信号を転送するＣＳＤの転送ゲートを兼ね
ている。次に、水平シフトレジスタのＣＣＤにより信号
電荷は水平方向へ転送され、出力４６から一水平ライン
の映像信号として外部へ読出される。次に、ＴＧスキャ
ンで選択するラインを１段ずらして読出し、パルスを印
加し同様な動作を繰返すことにより、一画面の映像出力
を得る。また、Ａｌ反射膜４１は、光電変換層１で吸収
されずに透過した赤外光を反射して光電変換層１へ再入
射させ、感度の向上を図るものである。
いて説明する。Ｐ型Ｓｉ半導体基板２の裏面より入射し
た赤外光は、ヘテロ接合の光電変換層１に到達し、そこ
で光電変換されて信号電荷が生じる。この光信号電荷が
光電変換層１のヘテロ接合の容量とＮ+ 型領域よりなる
ガードリング３３の容量に蓄積される。蓄積された信号
電荷はゲート電極３６にＴＧスキャナ４７より読出パル
スを印加するとによりＮ型埋込チャネル３５へ転送され
る。ヘテロ接合の光電変換層１は、読出パルス印加時に
信号電荷を読出すと同時に読出パルスの電圧に応じた電
圧までリセットされる。リセット後、次に読出されるま
で、赤外線検出器４３は光信号電荷を検出し蓄積する。
ＣＳＤ方式ではまず走査線配線３７の１本がＴＧスキャ
ナで選択され、読出パルスがこの走査線配線３７につな
がる一水平ライン上のゲート電極３６に印加され、一水
平ラインの光信号電荷がＮ型埋込チャネル３５へ転送さ
れる。次に、ＣＳＤスキャナより垂直転送パルスを走査
線配線３７からゲート電極３６に印加することにより、
信号電荷は垂直方向に転送され水平シフトレジスタに入
る。ゲート電極３６は、信号を読出すトランスファーゲ
ートの電極と信号を転送するＣＳＤの転送ゲートを兼ね
ている。次に、水平シフトレジスタのＣＣＤにより信号
電荷は水平方向へ転送され、出力４６から一水平ライン
の映像信号として外部へ読出される。次に、ＴＧスキャ
ンで選択するラインを１段ずらして読出し、パルスを印
加し同様な動作を繰返すことにより、一画面の映像出力
を得る。また、Ａｌ反射膜４１は、光電変換層１で吸収
されずに透過した赤外光を反射して光電変換層１へ再入
射させ、感度の向上を図るものである。
【０００６】このような赤外線固体撮像素子に用いられ
る赤外線検出器について、さらに説明する。
る赤外線検出器について、さらに説明する。
【０００７】図５は、図３および図４に示すＧｅＳｉと
Ｓｉとのヘテロ接合を利用した赤外線検出器の断面図で
ある。図５を参照して、この赤外線検出器は、Ｐ型Ｓｉ
基板２と、その上に形成されたＧｅＳｉ層１とからな
る。Ｐ型Ｓｉ基板２には、比抵抗が２０〜４０Ω・ｃｍ
程度の高抵抗のものが用いられる。また、ＧｅＳｉ層１
は、ＧｅとＳｉの混晶物であり、後述するようにこのＧ
ｅとＳｉの混晶比によって、赤外線検出器の検出波長が
決定される。ＧｅＳｉ層１の膜厚は１０〜５０ｎｍであ
り、１×１０19〜５×１０20ｃｍ-3程度の高いボロン濃
度を有している。
Ｓｉとのヘテロ接合を利用した赤外線検出器の断面図で
ある。図５を参照して、この赤外線検出器は、Ｐ型Ｓｉ
基板２と、その上に形成されたＧｅＳｉ層１とからな
る。Ｐ型Ｓｉ基板２には、比抵抗が２０〜４０Ω・ｃｍ
程度の高抵抗のものが用いられる。また、ＧｅＳｉ層１
は、ＧｅとＳｉの混晶物であり、後述するようにこのＧ
ｅとＳｉの混晶比によって、赤外線検出器の検出波長が
決定される。ＧｅＳｉ層１の膜厚は１０〜５０ｎｍであ
り、１×１０19〜５×１０20ｃｍ-3程度の高いボロン濃
度を有している。
【０００８】次に、このＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接合
を利用した赤外線検出器の検出原理について説明する。
を利用した赤外線検出器の検出原理について説明する。
【０００９】図６は、ＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接合を
利用した赤外線検出器のエネルギバンド図である。図６
を参照して、層１はＧｅＳｉ層、層２はＳｉ基板、破線
１１はＧｅＳｉ層１とＳｉ基板２とのヘテロ接合面を示
している。また、曲線４より上は伝導帯、曲線５より下
は価電子帯であり、破線６はフェルミレベルを示す。
利用した赤外線検出器のエネルギバンド図である。図６
を参照して、層１はＧｅＳｉ層、層２はＳｉ基板、破線
１１はＧｅＳｉ層１とＳｉ基板２とのヘテロ接合面を示
している。また、曲線４より上は伝導帯、曲線５より下
は価電子帯であり、破線６はフェルミレベルを示す。
【００１０】入射赤外線９がＧｅＳｉ層１に入射する
と、ＧｅＳｉ層１中のホール３が励起される。入射赤外
線９は、そのエネルギがバリアハイト８より大きい場合
には、バリアを超えることができ、信号となる。この信
号を読出すことにより、赤外線を電気信号として検出す
ることができる。
と、ＧｅＳｉ層１中のホール３が励起される。入射赤外
線９は、そのエネルギがバリアハイト８より大きい場合
には、バリアを超えることができ、信号となる。この信
号を読出すことにより、赤外線を電気信号として検出す
ることができる。
【００１１】ここで、バリアハイト８をψ、価電子体の
不連続７をΔＥV 、フェルミレベル６をＥf とすると、 ψ＝ΔＥV −Ｅf という関係が成り立つ。一方、価電子帯の不連続７は、
ＧｅＳｉ層においてＳｉに対するＧｅの混晶比Ｘによっ
て決定される。したがって、Ｓｉに対するＧｅの混晶比
Ｘは、バリアハイト８を決定することになる。このバリ
アハイト８により、赤外線検出器の検出限界波長である
カットオフ波長が求められる。このカットオフ波長より
波長の長い赤外線は、バリアを超えることができず、検
出することができない。すなわち、ＧｅＳｉ層において
Ｓｉに対するＧｅの混晶比Ｘは、赤外線検出器の検出限
界であるカットオフ波長を決定することになる。たとえ
ば、Ｓｉに対するＧｅの混晶比Ｘが０．４２および０．
２２のときのカットオフ波長は、それぞれ９．９μｍお
よび１５．９μｍである。
不連続７をΔＥV 、フェルミレベル６をＥf とすると、 ψ＝ΔＥV −Ｅf という関係が成り立つ。一方、価電子帯の不連続７は、
ＧｅＳｉ層においてＳｉに対するＧｅの混晶比Ｘによっ
て決定される。したがって、Ｓｉに対するＧｅの混晶比
Ｘは、バリアハイト８を決定することになる。このバリ
アハイト８により、赤外線検出器の検出限界波長である
カットオフ波長が求められる。このカットオフ波長より
波長の長い赤外線は、バリアを超えることができず、検
出することができない。すなわち、ＧｅＳｉ層において
Ｓｉに対するＧｅの混晶比Ｘは、赤外線検出器の検出限
界であるカットオフ波長を決定することになる。たとえ
ば、Ｓｉに対するＧｅの混晶比Ｘが０．４２および０．
２２のときのカットオフ波長は、それぞれ９．９μｍお
よび１５．９μｍである。
【００１２】このＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接合を利用
した赤外線検出器の製造において、Ｓｉ基板２上にＧｅ
Ｓｉ層１を形成する際、従来、たとえば分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）法が用いられている。ＭＢＥ法は、超高真
空中での真空蒸着法であって、低温成長および成膜の原
子オーダの制御が特徴である。低温で一原子層単位で結
晶成長させることができるので、ＧｅとＳｉのような格
子定数が異なる２種類のものを結晶成長させることがで
きる。
した赤外線検出器の製造において、Ｓｉ基板２上にＧｅ
Ｓｉ層１を形成する際、従来、たとえば分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）法が用いられている。ＭＢＥ法は、超高真
空中での真空蒸着法であって、低温成長および成膜の原
子オーダの制御が特徴である。低温で一原子層単位で結
晶成長させることができるので、ＧｅとＳｉのような格
子定数が異なる２種類のものを結晶成長させることがで
きる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｉ基
板上にＭＢＥ法を用いてＧｅＳｉ層を形成する際、基板
上にボロン等の不純物が付着してしまう。この付着した
不純物は、ＧｅＳｉ層とＳｉ基板とのヘテロ接合界面の
電界強度を変化させ、ショットキ効果等によってバリア
ハイトが変化してしまうため、赤外線検出器のカットオ
フ波長が制御できなくなるという問題があった。
板上にＭＢＥ法を用いてＧｅＳｉ層を形成する際、基板
上にボロン等の不純物が付着してしまう。この付着した
不純物は、ＧｅＳｉ層とＳｉ基板とのヘテロ接合界面の
電界強度を変化させ、ショットキ効果等によってバリア
ハイトが変化してしまうため、赤外線検出器のカットオ
フ波長が制御できなくなるという問題があった。
【００１４】また、Ｓｉ基板表面には、結晶欠陥が存在
する。このような結晶欠陥を有する基板上に成膜された
ＧｅＳｉ層は、結晶性が悪い。そのため、リーク電流の
発生等の問題があった。
する。このような結晶欠陥を有する基板上に成膜された
ＧｅＳｉ層は、結晶性が悪い。そのため、リーク電流の
発生等の問題があった。
【００１５】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、均一なバリアハイトおよび結晶性のよいＧｅＳｉ層
を有する、ＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接合を利用した赤
外線検出器を得ることにある。
し、均一なバリアハイトおよび結晶性のよいＧｅＳｉ層
を有する、ＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接合を利用した赤
外線検出器を得ることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明による赤外線検
出器は、半導体基板と、半導体基板上に形成され、か
つ、１０18ｃｍ-3以下の、半導体基板の導電型と同じ導
電型の不純物濃度を有するＳｉバッファ層と、Ｓｉバッ
ファ層上に形成されるＧｅＳｉ層とからなる。
出器は、半導体基板と、半導体基板上に形成され、か
つ、１０18ｃｍ-3以下の、半導体基板の導電型と同じ導
電型の不純物濃度を有するＳｉバッファ層と、Ｓｉバッ
ファ層上に形成されるＧｅＳｉ層とからなる。
【００１７】好ましくは、Ｓｉバッファ層の膜厚は、Ｇ
ｅＳｉ層とＳｉバッファ層とのヘテロ接合面からＳｉバ
ッファ層側に延びた空乏層より厚いとよい。
ｅＳｉ層とＳｉバッファ層とのヘテロ接合面からＳｉバ
ッファ層側に延びた空乏層より厚いとよい。
【００１８】
【作用】この発明によれば、半導体基板とＧｅＳｉ層と
の間に、Ｓｉバッファ層が設けられる。このＳｉバッフ
ァ層の不純物濃度は、１０18ｃｍ-3以下である。また、
このＳｉバッファ層の膜厚は、ＧｅＳｉ層とＳｉバッフ
ァ層とのヘテロ接合面からＳｉバッファ層側に延びた空
乏層より厚い。そのため、ＧｅＳｉとＳｉとの接合界面
を半導体基板の表面から遠ざけることができ、半導体基
板の表面に付着した不純物からの影響を避け、ヘテロ接
合面での電界強度を変化させることがないため、均一な
バリアハイトを有する赤外線検出器を得ることができ
る。
の間に、Ｓｉバッファ層が設けられる。このＳｉバッフ
ァ層の不純物濃度は、１０18ｃｍ-3以下である。また、
このＳｉバッファ層の膜厚は、ＧｅＳｉ層とＳｉバッフ
ァ層とのヘテロ接合面からＳｉバッファ層側に延びた空
乏層より厚い。そのため、ＧｅＳｉとＳｉとの接合界面
を半導体基板の表面から遠ざけることができ、半導体基
板の表面に付着した不純物からの影響を避け、ヘテロ接
合面での電界強度を変化させることがないため、均一な
バリアハイトを有する赤外線検出器を得ることができ
る。
【００１９】また、この発明では、Ｓｉバッファ層上に
ＧｅＳｉ層が形成される。そのため、半導体基板表面の
結合欠陥による影響を受けることなく、結晶性のよいＧ
ｅＳｉ層を形成することができる。
ＧｅＳｉ層が形成される。そのため、半導体基板表面の
結合欠陥による影響を受けることなく、結晶性のよいＧ
ｅＳｉ層を形成することができる。
【００２０】
【実施例】実施例１ 図１は、この発明による赤外線検出器の一実施例の断面
図である。
図である。
【００２１】図１を参照して、この赤外線検出器は、Ｐ
型Ｓｉ基板２と、その上に形成されたＳｉバッファ層２
１と呼ばれるＳｉエピタキシャル層と、さらにその上に
形成されたＧｅＳｉ層１とからなっている。Ｐ型Ｓｉ基
板２とＧｅＳｉ層１は、図３に示した従来の赤外線検出
器と同様のものである。
型Ｓｉ基板２と、その上に形成されたＳｉバッファ層２
１と呼ばれるＳｉエピタキシャル層と、さらにその上に
形成されたＧｅＳｉ層１とからなっている。Ｐ型Ｓｉ基
板２とＧｅＳｉ層１は、図３に示した従来の赤外線検出
器と同様のものである。
【００２２】Ｓｉバッファ層２１は、分子線エピタキシ
（ＭＢＥ）法、気相成長（ＣＶＤ）法等の方法を用い
て、基板上にＳｉをエピタキシャル成長させることによ
って、形成された。また、Ｓｉバッファ層２１の厚さ
は、５０００Åとした。
（ＭＢＥ）法、気相成長（ＣＶＤ）法等の方法を用い
て、基板上にＳｉをエピタキシャル成長させることによ
って、形成された。また、Ｓｉバッファ層２１の厚さ
は、５０００Åとした。
【００２３】図２は、このように構成される赤外線検出
器のエネルギバンド図である。図２（ａ）および図２
（ｂ）は、Ｓｉバッファ層２１のＰ型不純物濃度Ｎ
A が、それぞれ１．０×１０15ｃｍ-3および１．０×１
０18ｃｍ-3の場合を示している。
器のエネルギバンド図である。図２（ａ）および図２
（ｂ）は、Ｓｉバッファ層２１のＰ型不純物濃度Ｎ
A が、それぞれ１．０×１０15ｃｍ-3および１．０×１
０18ｃｍ-3の場合を示している。
【００２４】図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、
層１はＧｅＳｉ層、層２はＳｉ基板、層２１はＳｉバッ
ファ層、破線１２はＧｅＳｉ層１とＳｉバッファ層２１
とのヘテロ接合面、破線１３はＳｉバッファ層２１とＳ
ｉ基板２との接合面を示している。図４と同様に、曲線
４より上は伝導帯、曲線５より下は価電子帯であり、破
線６はフェルミレベルを示す。また、図２（ａ）および
図２（ｂ）において、ＧｅＳｉ層１とＳｉバッファ層２
１とのヘテロ接合面１２からＳｉバッファ層２１側に延
びた空乏層１０を、概略的に示した。
層１はＧｅＳｉ層、層２はＳｉ基板、層２１はＳｉバッ
ファ層、破線１２はＧｅＳｉ層１とＳｉバッファ層２１
とのヘテロ接合面、破線１３はＳｉバッファ層２１とＳ
ｉ基板２との接合面を示している。図４と同様に、曲線
４より上は伝導帯、曲線５より下は価電子帯であり、破
線６はフェルミレベルを示す。また、図２（ａ）および
図２（ｂ）において、ＧｅＳｉ層１とＳｉバッファ層２
１とのヘテロ接合面１２からＳｉバッファ層２１側に延
びた空乏層１０を、概略的に示した。
【００２５】ここで、ＧｅＳｉ層１とＳｉバッファ層２
１とのヘテロ接合面１２において、空乏層１０の延びを
Ｗ、電磁強度をＥmax とすると、次の式が得られる。
１とのヘテロ接合面１２において、空乏層１０の延びを
Ｗ、電磁強度をＥmax とすると、次の式が得られる。
【００２６】 Ｗ＝√（２ε（Ｖbi＋ＶR −ＫＴ／ｑ）／ｑＮA ） Ｅmax ＝ｑＮA ×Ｗ／ε ただし、εは誘電率、ｑは電子電荷量、ＮA は不純物濃
度、Ｖbiはビルトインポテンシャル、ＶR は逆方向電
圧、Ｋはボルツマン定数、Ｔは温度である。
度、Ｖbiはビルトインポテンシャル、ＶR は逆方向電
圧、Ｋはボルツマン定数、Ｔは温度である。
【００２７】たとえば、図２（ａ）のエネルギバンド図
に示すように、Ｓｉバッファ層２１の不純物濃度ＮA ＝
１．０×１０15ｃｍ-3の場合、Ｖbi＝０．１ｅＶ、ＶR
＝０とすると、空乏層１０の延びＷ＝３．５×１０
3 Å、電界強度Ｅmax ＝５．４×１０3 Ｖ／ｃｍとな
る。また、図２（ｂ）のエネルギバンド図に示すよう
に、Ｓｉバッファ層２１の不純物濃度ＮA ＝１．０×１
０18ｃｍ-3の場合は、空乏層１０の延びＷ＝１．１×１
０2 Å、電界強度Ｅmax ＝１．７×１０5 Ｖ／ｃｍとな
る。
に示すように、Ｓｉバッファ層２１の不純物濃度ＮA ＝
１．０×１０15ｃｍ-3の場合、Ｖbi＝０．１ｅＶ、ＶR
＝０とすると、空乏層１０の延びＷ＝３．５×１０
3 Å、電界強度Ｅmax ＝５．４×１０3 Ｖ／ｃｍとな
る。また、図２（ｂ）のエネルギバンド図に示すよう
に、Ｓｉバッファ層２１の不純物濃度ＮA ＝１．０×１
０18ｃｍ-3の場合は、空乏層１０の延びＷ＝１．１×１
０2 Å、電界強度Ｅmax ＝１．７×１０5 Ｖ／ｃｍとな
る。
【００２８】このように、図２（ａ）および図２（ｂ）
を比較して、Ｓｉバッファ層２１のＰ型不純物濃度ＮA
が大きくなるほど、空乏層１０の延びＷは小さくなり、
ヘテロ接合面１２での電界強度Ｅmax が強くなる。この
電界強度の増加は、バリアを超えるトンネル電流を増加
させ、信号電荷と分離できなくなってしまう。そのた
め、Ｓｉバッファ層の不純物濃度には上限がある。そこ
で、電界強度Ｅmax の上限を１．０×１０5 Ｖ／ｃｍ程
度と考えると、Ｓｉバッファ層のＰ型不純物濃度ＮA は
１．０×１０18ｃｍ-3以下にする必要がある。したがっ
て、図１に示す赤外線検出器において、Ｓｉバッファ層
２１は、Ｐ型不純物濃度ＮA が１．０×１０18ｃｍ-3以
下のものが用いられている。
を比較して、Ｓｉバッファ層２１のＰ型不純物濃度ＮA
が大きくなるほど、空乏層１０の延びＷは小さくなり、
ヘテロ接合面１２での電界強度Ｅmax が強くなる。この
電界強度の増加は、バリアを超えるトンネル電流を増加
させ、信号電荷と分離できなくなってしまう。そのた
め、Ｓｉバッファ層の不純物濃度には上限がある。そこ
で、電界強度Ｅmax の上限を１．０×１０5 Ｖ／ｃｍ程
度と考えると、Ｓｉバッファ層のＰ型不純物濃度ＮA は
１．０×１０18ｃｍ-3以下にする必要がある。したがっ
て、図１に示す赤外線検出器において、Ｓｉバッファ層
２１は、Ｐ型不純物濃度ＮA が１．０×１０18ｃｍ-3以
下のものが用いられている。
【００２９】以上のように構成されるＧｅＳｉ層１とＳ
ｉバッファ層２１とのヘテロ接合を用いた赤外線検出器
から、アレイ状の検出器を作製した。光信号を読出す機
構を同一のＳｉ基板上に形成することにより、赤外線固
体撮像素子として用いることができた。
ｉバッファ層２１とのヘテロ接合を用いた赤外線検出器
から、アレイ状の検出器を作製した。光信号を読出す機
構を同一のＳｉ基板上に形成することにより、赤外線固
体撮像素子として用いることができた。
【００３０】実施例２ 上述の実施例１で、Ｓｉバッファ層２１のＰ型不純物濃
度よりＳｉ基板２の表面に高濃度の不純物層が付着して
いる場合には、Ｓｉバッファ層２１の膜厚は、ＧｅＳｉ
層１とのヘテロ接合面１２から延びる空乏層１０より厚
いものが用いられる。
度よりＳｉ基板２の表面に高濃度の不純物層が付着して
いる場合には、Ｓｉバッファ層２１の膜厚は、ＧｅＳｉ
層１とのヘテロ接合面１２から延びる空乏層１０より厚
いものが用いられる。
【００３１】空乏層１０がＳｉバッファ層１を超えてＳ
ｉ基板２まで達すると、基板２表面に付着している不純
物によって、ヘテロ接合面１２において電界強度が変化
し、ショットキ効果等によりバリアハイトが変化してし
まう。この不純物による影響を避けるためには、Ｓｉバ
ッファ層２１の膜厚が、ＧｅＳｉ層１とＳｉバッファ層
２１とのヘテロ接合面１２からＳｉバッファ層２１側に
延びた空乏層１０の延びより厚くなるように、Ｓｉバッ
ファ層２１を形成する必要がある。
ｉ基板２まで達すると、基板２表面に付着している不純
物によって、ヘテロ接合面１２において電界強度が変化
し、ショットキ効果等によりバリアハイトが変化してし
まう。この不純物による影響を避けるためには、Ｓｉバ
ッファ層２１の膜厚が、ＧｅＳｉ層１とＳｉバッファ層
２１とのヘテロ接合面１２からＳｉバッファ層２１側に
延びた空乏層１０の延びより厚くなるように、Ｓｉバッ
ファ層２１を形成する必要がある。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、半導
体基板の表面に付着した不純物および半導体基板の結晶
欠陥の影響を受けることがなく、均一なバリアハイトと
結晶性のよいＧｅＳｉ層とを有する赤外線検出器が得ら
れる。
体基板の表面に付着した不純物および半導体基板の結晶
欠陥の影響を受けることがなく、均一なバリアハイトと
結晶性のよいＧｅＳｉ層とを有する赤外線検出器が得ら
れる。
【図１】この発明に従う赤外線検出器の一例を示す断面
図である。
図である。
【図２】この発明に従う赤外線検出器のエネルギバンド
図である。
図である。
【図３】赤外線固体撮像素子の一例の配置を示す配置図
である。
である。
【図４】図３に示す固体撮像素子のＸ−Ｙ断面構造図で
ある。
ある。
【図５】従来の赤外線検出器の断面図である。
【図６】従来の赤外線検出器のエネルギバンド図であ
る。
る。
１ ＧｅＳｉ層 ２ Ｐ型Ｓｉ基板 ３ ホール ４ 伝導帯の下端 ５ 価電子帯の上端 ６ フェルミレベル ７ 価電子帯の不連続 ８ バリアハイト ９ 入射赤外線 １０ 空乏層 ２１ Ｓｉバッファ層 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成され、かつ、１０18ｃｍ-3以下
の、前記半導体基板の導電型と同じ導電型の不純物濃度
を有するＳｉバッファ層と、 前記Ｓｉバッファ層上に形成されるＧｅＳｉ層とからな
る赤外線検出器。 - 【請求項２】 前記Ｓｉバッファ層の膜厚は、前記Ｇｅ
Ｓｉ層と前記Ｓｉバッファ層とのヘテロ接合面からＳｉ
バッファ層側に延びた空乏層より厚いことを特徴とす
る、請求項１記載の赤外線検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4278687A JPH06132558A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 赤外線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4278687A JPH06132558A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 赤外線検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132558A true JPH06132558A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17600778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4278687A Withdrawn JPH06132558A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 赤外線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06132558A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001077401A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Sharp Corp | 受光素子および回路内蔵型受光素子 |
| JP2017534182A (ja) * | 2014-11-13 | 2017-11-16 | アーティラックス インコーポレイテッドＡｒｔｉｌｕｘ Ｉｎｃ． | 光吸収装置 |
| US10074677B2 (en) | 2014-11-13 | 2018-09-11 | Artilux Inc. | Light absorption apparatus |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP4278687A patent/JPH06132558A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001077401A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Sharp Corp | 受光素子および回路内蔵型受光素子 |
| JP2017534182A (ja) * | 2014-11-13 | 2017-11-16 | アーティラックス インコーポレイテッドＡｒｔｉｌｕｘ Ｉｎｃ． | 光吸収装置 |
| US10074677B2 (en) | 2014-11-13 | 2018-09-11 | Artilux Inc. | Light absorption apparatus |
| US10128303B2 (en) | 2014-11-13 | 2018-11-13 | Artilux Inc. | Light absorption apparatus |
| US10861884B2 (en) | 2014-11-13 | 2020-12-08 | Artilux, Inc. | Light absorption apparatus |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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