JPH0766981B2 - 赤外線センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は赤外線領域の光信号を電気信号に変換する赤外
線センサに関する。

（従来の技術） 従来の技術としてショットキ障壁型赤外線センサについ
て説明する。

第７図はショットキ障壁型赤外線センサの一例の縦断面
図であり、金属・ｐ形半導体ショットキ接触構造を有す
る裏面照射型のものである。この赤外線センサは、両面
とも鏡面に磨かれたｐ形単結晶Si基板42の赤外光14の入
射面すなわち裏面には反射防止膜13が施されており、こ
の基板表面には光電変換領域となる白金モノシリサイド
（PtSi）膜43が設けられている。このPtSi膜43の周囲に
は、電界集中を緩和するためｎ形のガードリング44が施
されている。PtSi膜43の周辺の基板表面は熱酸化膜（Si
O₂）８で覆われ、さらにPtSi膜43上及び熱酸化膜８上が
CVD法等で形成されたシリコン酸化物（SiO,SiO₂）ある
いはシリコン窒化物（SiN,Si₃N₄など）等から成る絶縁
膜９で覆われている。また、PtSi膜43を透過した赤外光
を再利用するため、絶縁膜上のPtSi膜と対向する部分に
アルミニウム等の金属反射膜11が設けられている。すな
わち、ｐ形単結晶Si基板42/PtSi膜43/絶縁膜9/金属反射
膜11の多層構造で光学的共振状態を生み出し、センサの
使用波長帯域における中心波長の赤外光で生ずる定在波
の腹がちょうどPtSi膜43の部分にくるように、絶縁膜９
の厚さが最適設計されている。このPtSi膜43において光
電変換によって発生した光信号電荷をセンサ外部に取り
出すため、PtSi膜43の一部とオーミック接触するｎ形の
高濃度不純物領域45が設けられ、ここからアルミニウム
等の金属配線10が引き出されている。センサの表面側最
外部は保護膜12で覆われている。

なお、金属・ｎ形半導体ショットキ接触構造の場合に
は、半導体の導電形がｐ形→ｎ形、ｎ形→ｐ形のように
入れ替わる。また、表面照射型のセンサでは基板裏面の
反射防止膜13及び表面側の金属反射膜11が無く、表面の
絶縁膜９及び保護膜12が反射防止膜の役割りも果たすよ
うになる。

この従来例の赤外線センサは、シリコン集積回路製造プ
ロセスを利用でき、アレイ化が容易なので、固体の赤外
線イメージセンサの受光部に応用される。この受光部は
光信号電荷を金属配線10で直接読み出す構造ではなく、
電荷転送機構あるいはMOS型走査・読出し機構によって
光信号電荷が読み出される構造になっている。

なお、PtSi・ｐ形単結晶Si構造によって形成されるショ
ットキ障壁は、0.2〜0.25eV程度と低く、室温では熱励
起によりショットキ障壁を横切ることのできるキャリア
が多く、それに伴って暗電流が大きいので、PtSi・ｐ形
単結晶Si・ショットキ障壁型赤外線センサは液体窒素温
度付近に冷却して使用される。このショットキ障壁型赤
外線センサの金属材料や半導体材料が異なることによ
り、ショットキ障壁がさらに小さい場合には、暗電流が
増加するので、より低温で動作させる必要があり、逆に
ショットキ障壁がもっと大きい場合には暗電流が減少す
るので、さほど冷却しなくてよい。すなわち、各場合の
ショットキ障壁に対応する冷却温度で使用される。

次に、ショットキ障壁型赤外線センサの光電変換機構に
ついて、第８図（ａ），（ｂ）を用いて説明する。第８
図（ａ），（ｂ）は金属・ｐ形半導体ショットキ接触の
場合及び金属・ｎ形半導体ショットキ接触の場合のエネ
ルギ帯構造を示している。第８図においては、赤外光14
の入射方向は裏面照射型の場合に対応している。表面照
射型の場合には金属側から入射する。半導体の禁制帯幅
E_g以上のエネルギを持つ光は、半導体内の入射面近傍に
おいてほとんど吸収されてしまうが、禁制帯幅E_gより小
さいエネルギの光（このような光は通常赤外光）ではそ
の光エネルギを吸収して半導体の価電子帯Ａ中の電子Ｄ
が伝導帯Ｃへ帯間遷移する確率が無いので半導体54（ま
たは55）（ｐ形Si基板42に相当）中をほとんど損失なく
透過し、金属46（PtSi43に相当）に入射する。金属内で
はフェルミ準位E_f下が電子Ｄで満たされており、ここへ
赤外光が入射すると電子はその光エネルギhv（h:プラン
ク定数、v:光の振動数）を吸収し、フェルミ準位下から
フェルミ準位上の空準位へ遷移してホット電子Ｆとホッ
トホールＧを形成する。これらホット電子とホットホー
ルは再結合するまで金属中を運動するが、この運動はど
の方向へもほぼ等確率で発生する。

第８図（ａ）の構造では、運動中金属・ｐ形半導体界面
に達したホットホールのうち、ショットキ障壁Φ_SBより
大きいエネルギを持ちその運動量の界面に対する垂直成
分に相当するエネルギがショットキ障壁Φ_SBより大きい
ものが、金属からｐ形半導体中へ注入され、金属中に取
り残されたホット電子とｐ形半導体中へ注入されたホッ
トホールとが信号電荷となる。なお、ホットホールの持
つエネルギとは、フェルミ準位を基準（零）とし、エネ
ルギ帯構造図において下向きを正として測られたホット
ホールのエネルギを指す。

一方、第８図（ｂ）の構造では、金属中におけるホット
電子とホットホールの運動中金属・ｎ形半導体界面に達
したホット電子のうちショットキ障壁Φ_SBより大きいエ
ネルギを持ちその運動量の界面に対する垂直成分に相当
するエネルギがショットキ障壁Φ_SBより大きいものが、
金属からｎ形半導体中へ注入され、金属中に取り残され
たホットホールとｎ形半導体中へ注入されたホット電子
とが信号電荷となる。なお、ホット電子の持つエネルギ
もホットホールの持つエネルギの場合と同様にフェルミ
準位を基準（零）として測られるものであるが、エネル
ギの正負の向きはホットホールの場合と逆で、こちらは
エネルギ帯構造図において上向きを正として測られたホ
ット電子のエネルギを指す。

表面照射型の場合や禁制帯幅E_g以上のエネルギを持つ光
を透過する程度に半導体を薄膜化あるいは薄板化した裏
面照射型の場合、利用可能な光エネルギの上限は禁制帯
幅E_gより大きくなる。このとき半導体において価電子帯
から伝導帯への電子の光励起によって生成される自由電
子・ホール対も信号電荷に寄与する。

第８図（ａ）の構造におけるホットホールならびに同図
（ｂ）の構造におけるホット電子が寿命の尽きるまでに
移動する距離と比べ金属が薄くなると、半導体基板と逆
方向に運動する該ホットホールならびに該ホット電子の
うちにも金属・絶縁物界面によって反射され、半導体基
板方向へ移動して金属・半導体界面に達し、半導体中へ
注入されるものも現われてくる。また、金属・半導体界
面に達した該ホットホールならびに該ホット電子のう
ち、ショットキ障壁Φ_SBより大きいエネルギを持ってい
ても、界面に対する運動量の垂直成分に相当するエネル
ギがショットキ障壁Φ_SB以下のものは、金属・半導体界
面によって反射されるが、金属・半導体界面と金属・絶
縁物界面とで反射を繰り返すうちに金属・半導体界面へ
の入射角が変化し、運動量の垂直成分に相当するエネル
ギがショットキ障壁Φ_SBより大きくなるものも現われ、
半導体中へ注入される現象が生じるようになる。

これらの現象は第８図（ａ）の構造におけるホットホー
ルならびに同図（ｂ）の構造におけるホット電子の半導
体への注入確率を向上させる効果を持ち、金属が薄い程
顕著となる。ただし、金属が薄くなると赤外光の吸収の
確率が低下するので、金属の厚さには量子効率に対して
最適値が存在する。このためショットキ障壁型赤外線セ
ンサにおいてショットキ接触を成す金属は通常最適値程
度に薄膜化されている。

（発明が解決しようとする課題） このようなショットキ障壁型赤外線センサには、次のよ
うな欠点がある。

（１）光電変換領域である金属膜は、通常多結晶である
ため、ホットホールやホット電子の散乱中心となる結晶
粒界や格子欠陥が高密度で存在している。なお、半導体
材料が単結晶シリコンの場合によく利用される金属膜と
して、PtSiのようにエピタキシャルシリサイドと呼ばれ
る配向性の強いものもあるが、このエピタキシャルシリ
サイドにも基板との間に格子不整合があり、それに起因
する応力を緩和するため結晶粒界や格子欠陥が発生して
いるので、状況は通常の金属膜の場合とたいして異なら
ない。ホットホールやホット電子は結晶格子の熱擾乱、
結晶粒界、格子欠陥などによって散乱され、その際に持
っているエネルギの一部を失うので、結晶粒界や格子欠
陥が高密度で存在することは、ホットホールやホット電
子の寿命を縮める要因となる。

（２）金属と半導体とのショットキ接触は一種のヘテロ
接合のようなものであるため、ホモ接合と比較して界面
特性が不良であり、金属・ｐ形半導体ショットキ接触に
おいてはホットホールの半導体への注入効率を、また、
金属・ｎ形半導体ショットキ接触においてはホット電子
の半導体への注入効率をそれぞれ低下させる。

（３）このセンサが利用できるのは、裏面照射型の場
合、半導体の禁制帯幅をE_gとすると、 Φ_SB＜hv＜E_g …（１） の範囲のエネルギhvを持つ光であるが、金属において
は、フェルミ準位下には電子が、また、フェルミ準位上
には空準位が各々広いエネルギ範囲に渡って存在してい
るので、このエネルギ範囲にある光を吸収しても、金属
・ｐ形半導体ショットキ接触においては一部の光エネル
ギがショットキ障壁Φ_SB以下のエネルギしか持たないホ
ットホールを励起するのに費され、また、金属・ｎ形半
導体ショットキ接触においては一部の光エネルギがショ
ットキ障壁Φ_SB以下のエネルギしか持たないホット電子
を励起するのに費される。

この現象は金属・ｐ形半導体ショットキ接触において
は、 E_f−Φ_SB≦E_e≦E_f …（２） の範囲のエネルギ準位E_eにある電子が光エネルギhvを吸
収して遷移した場合に生じ、また金属・ｎ形半導体ショ
ットキ接触においては、 E_f−hv＜E_e′≦E_f−hv＋Φ_SB …（３） の範囲のエネルギ準位E_e′にある電子が光エネルギhvを
吸収して遷移した場合に生じ、これらの状況は第８図
（ａ），（ｂ）にも示されている。

ショットキ障壁Φ_SB以下のエネルギしか持たない上記の
ホットホールならびにホット電子においてもトンネル効
果により半導体中へ注入される確率が完全に零とはなら
ない。しかし、この注入過程による効率は極めて悪く、
注入される上記のホットホールならびにホット電子は微
々たるものであるので、（２），（３）式の条件に該当
する電子の励起によって吸収される光エネルギはほとん
ど無駄になる。このような光エネルギの損失は、第７図
のように裏面照射型において半導体基板／金属電極／絶
縁膜／金属反射膜の多層構造を備え、光学的共振状態に
させたとき、特に顕著となる。

なお、（１）式から明らかなように、禁制帯幅E_gが大き
い半導体材料から成るセンサでは、検出可能な波長域が
可視領域に及ぶものもある。また、表面照射型の場合や
禁制帯幅E_g以上のエネルギを持つ光を透過する程度に半
導体を薄膜化あるいは薄板化した裏面照射型の場合、利
用可能な光エネルギの上限は禁制帯幅E_gより大きくな
る。

（４）センサの遮断波長を決定付けるショットキ障壁
は、金属と半導体の組合せでほとんど決定してしまうの
で、センサの遮断波長を任意の値に設定できない。

ショットキ障壁型赤外線センサの感度Ｒを表わす式とし
ては次式が知られている。

だたし、C₁：定数、λ：光の波長、c:光速度 この（４）式から明らかなように、ショットキ障壁Φ_SB
が小さい方が遮断波長は長波長となり、各波長に対する
感度Ｒが大きくなる。一方、ショットキ障壁Φ_SBが小さ
い程熱励起によってショットキ障壁Φ_SBを越えられるホ
ールあるいは電子が多くなり、（従来の技術）の欄で述
べたように暗電流が大きくなるため、より低温に冷却す
る必要があり冷却方法が難しくなる。従って、遮断波長
をむやみに長波長化しても好結果が得られるわけではな
い。冷却方式によって決まる到達温度において動作可能
な長波長側限界の遮断波長をセンサに持たせることが高
性能化に繋がる。しかし、このような遮断波長の設定は
ショットキ障壁型赤外線センサに関しては金属と半導体
の適切な組合せが無い限りほとんど不可能である。

本発明の目的は、これらの問題点を解決し、ホットホー
ルやホット電子の寿命を長くして効率を改善すると共
に、遮断波長の最適設計を可能とした赤外線センサを提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の赤外線センサは、第１導電形の縮退半導体から
成る光電変換領域と；第１導電形の非縮退半導体から成
り、前記光電変換領域からホットホールあるいはホット
電子が注入されるキャリア注入領域と；これら光電変換
領域とキャリア注入領域との間に存在し、不純物濃度が
このキャリア注入領域より低い第１導電形半導体、真性
半導体、あるいは少なくとも動作条件下で前記光電変換
領域との接合界面から伸びる空乏層と、前記キャリア注
入領域との接合界面から伸びる空乏層とによって完全空
乏化状態となる不純物濃度及び厚さを有する第２導電形
半導体から成るポテンシャル障壁領域と；これら光電変
換領域とポテンシャル障壁領域とを電気的に接続する短
絡機構とを有し、これら光電変換領域とポテンシャル障
壁領域とキャリア注入領域とがホモ接合構造を構成する
ことを特徴とする。

（作用） 本発明の赤外線センサにおける光電変換の動作を第５図
（ａ），（ｂ）及び第６図（ａ），（ｂ）を用いて説明
する。

第５図は第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形とする場
合、第６図は逆に第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形
とする場合のエネルギ帯構造及び光電変換機構を示して
いる。両図とも、（ａ）は零バイアス時、（ｂ）はバイ
アス印加時であり、赤外光の入射方向は裏面照射型に対
応している。

まず、第５図の第１導電形がｐ形、第２導電形がｎ形の
場合について述べる。光電変換領域１はｐ形縮退半導体
から成り立っているので、非縮退状態では価電子帯端Ev
近傍に局在していたアクセプタ不純物準位が局在性を失
って広がりを持ち、価電子帯Ａと重なりを生じている。
この状態ではフェルミ準位E_fが価電子帯内部に入り込ん
でくるため、この領域では接合界面近傍を除いてフェル
ミ準位E_fと価電子帯端Evとの間に空準位Ｈが存在してい
る。

キャリア注入領域３はｐ形非縮退半導体から成り、これ
ら領域1,3の間に存在するポテンシャル障壁領域２は、
アクセプタ不純物濃度がキャリア注入領域より低いｐ形
半導体か、真性半導体か、あるいは少なくとも動作条件
下で、光電変換領域との接合界面から伸びる空乏層と、
キャリア注入領域との接合界面から伸びる空乏層とによ
って完全空乏化状態となるドナ不純物濃度及び厚さを有
するｎ形半導体から成り立っているので、フェルミ準位
E_fはキャリア注入領域においては価電子帯端Ev近傍に存
在し、ポテンシャル障壁領域においては三領域の中で最
も伝導帯端E_cの近くに存在する。従って、ポテンシャル
障壁領域２及び他の二領域1,3のポテンシャル障壁領域
２との接合界面近傍には価電子帯中のホールに対して障
害となるポテンシャル障壁が形成される。特に、光電変
換領域１における価電子帯中のホールに対するポテンシ
ャル障壁はΦ_Ｈである。

本赤外線センサにおいては、従来の裏面照射型のショッ
トキ障壁型赤外線センサの場合と同様、禁制帯幅E_g以上
のエネルギを持つ光は半導体内の入射面近傍においてほ
とんど吸収されてしまうが、使用波長帯の赤外光14すな
わち禁制帯幅E_gより小さいエネルギの光はキャリア注入
領域３及びポテンシャル障壁領域２においてほとんど吸
収されずに透過し、光電変換領域１に入射する。

光電変換領域１では価電子帯中のフェルミ準位下の電子
Ｄが入射した赤外光のエネルギhvを吸収し、フェルミ準
位下からフェルミ準位E_fと価電子帯端Evとの間の空準位
へ遷移してホット電子ＦとホットホールＧを形成する。
これらホット電子とホットホールは再結合するまで光電
変換領域中を運動するが、この運動はどの方向へもほぼ
等確率で発生する。運動中ポテンシャル障壁領域に達し
たホットホールのうちポテンシャル障壁Φ_Ｈより大きい
エネルギを持ち、その運動量のポテンシャル障壁領域横
断面に対する垂直成分に相当するエネルギがポテンシャ
ル障壁Φ_Ｈより大きいものがポテンシャル障壁領域を通
過してキャリア注入領域へ注入され、光電変換領域に取
り残されたホット電子とキャリア注入領域へ注入された
ホットホールとが信号電荷となる。

次に、第６図の第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形の
場合について述べる。光電変換領域１はｎ形縮退半導体
から成り立っているので、非縮退状態では伝導帯端E_c近
傍に局在していたドナ不純物準位が局在性を失って広が
りを持ち、伝導帯Ｃと重なりを生じている。この状態で
はフェルミ準位E_fが伝導帯内部に入り込んでくるため、
この領域では接合界面近傍を除いてフェルミ準位E_fと伝
導帯端E_cとの間が電子Ｄで占められている。

キャリア注入領域３はｎ形非縮退半導体から成り、二領
域の間に存在するポテンシャル障壁領域２はドナ不純物
濃度がキャリア注入領域より低いｎ形半導体か、真性半
導体か、あるいは少なくとも動作条件下で、光電変換領
域との接合界面から伸びる空乏層と、キャリア注入領域
との接合界面から伸びる空乏層とによって完全空乏化状
態となるアクセプタ不純物濃度及び厚さを有するｐ形半
導体から成り立っているので、フェルミ準位E_fはキャリ
ア注入領域においては伝導帯端E_c近傍に存在し、ポテン
シャル障壁領域においては三領域の中で最も価電子帯端
Ev近くに存在する。

従って、ポテンシャル障壁領域２及び他の二領域1,3の
ポテンシャル障壁領域２との接合界面近傍には伝導帯中
の電子に対して障害となるポテンシャル障壁が形成され
る。特に、光電変換領域１における伝導帯中の電子に対
するポテンシャル障壁はΦ_Ｅである。使用波長帯の赤外
光14は、前述の場合と同様キャリア注入領域３及びポテ
ンシャル障壁領域２ではほとんど吸収されずに透過し、
光電変換領域１に入射する。

光電変換領域では伝導帯中のフェルミ準位E_fと伝導帯端
E_cとの間の電子が入射した赤外光のエネルギhvを吸収
し、フェルミ準位下からフェルミ準位上へ遷移してホッ
ト電子ＦとホットホールＧを形成する。これらホット電
子とホットホールは光電変換領域中で前述と同様の運動
をするが、運動中ポテンシャル障壁領域に達したホット
電子のうちポテンシャル障壁Φ_Ｅより大きいエネルギを
持ち、その運動量のポテンシャル障壁領域横断面に対す
る垂直成分に相当するエネルギがポテンシャル障壁Φ_Ｅ
より大きいものがポテンシャル障壁領域を通過してキャ
リア注入領域へ注入され、光電変換領域に取り残された
ホットホールとキャリア注入領域へ注入されたホット電
子とが信号電荷となる。

このように本発明の赤外線センサにおける基本的な光電
変換は電子のエネルギ帯内遷移に基づいているが、この
センサを構成する半導体の禁制帯幅以上のエネルギを持
つ光が三領域の接合部近傍に達した場合、前述した光電
変換領域における電子のエネルギ帯内遷移に基づく光電
変換の他に、三領域における価電子帯から伝導帯への電
子のエネルギ帯間遷移に基づく光電変換が起こる。表面
照射型の場合や禁制帯幅以上のエネルギを持つ光を透過
する程度に薄膜化、あるいは薄板化した裏面照射型の場
合には禁制帯幅以上のエネルギを持つ光が三領域の接合
部近傍に達する割合が非常に高く、このような光を検出
することは本発明の赤外線センサの中心的な用途ではな
いが利用することが可能となる。

また、禁制帯幅以上のエネルギを持つ光が入射しなくて
も熱励起による価電子帯から伝導帯への電子のエネルギ
帯間遷移確率は通常零ではないので、これに基づくエネ
ルギ帯間遷移も起こる。三領域の接合部近傍で電子がエ
ネルギ帯間遷移すると、第１導電形がｐ形の場合（第５
図）には伝導帯に遷移した電子がポテンシャル障壁領域
における伝導帯のポテンシャル極小部分に集まり、第１
導電形がｎ形の場合（第６図）には電子が遷移して価電
子帯に発生したホールがポテンシャル障壁領域における
価電子帯のポテンシャル極大部分（ホールに対してポテ
ンシャルの極小部分）に集まる。

このポテンシャル障壁領域に集まった自由キャリアは除
去する必要があり、そのために本発明の赤外線センサ
は、光電変換領域とポテンシャル障壁領域とを電気的に
接続する短絡機構を有している。第１導電形がｐ形の場
合、エネルギ帯間遷移によって伝導帯の自由電子と対を
成して生成された価電子帯のホールは光電変換領域とキ
ャリア注入領域とに振り分けられる。第１導電形がｎ形
の場合は逆にエネルギ帯間遷移によって生成された伝導
帯の自由電子が光電変換領域とキャリア注入領域とに振
り分けられる。どちらの場合もエネルギ帯間遷移によっ
て生成された自由電子・ホール対が光電変換領域とポテ
ンシャル障壁領域とに分離されたときは前記短絡機構を
介して相殺（対消滅）されるので、信号電荷として利用
することはできない。しかし、自由電子・ホール対がポ
テンシャル障壁領域とキャリア注入領域とに分離された
ときは各々を独立に外部へ抽出し得るので、この場合に
は信号電荷として利用可能である。

なお、本赤外線センサもショットキ障壁型赤外線センサ
の場合と同様にポテンシャル障壁が小さいことが原因で
室温において暗電流が大きい場合には冷却して使用しな
ければならない。

以上のような構成の本発明の赤外線センサにおいては、
次のようにショットキ障壁型赤外線センサの持つ問題点
が解決される。

（１）本赤外線センサの光電変換領域は金属的な電気特
性を有するものの、他の領域と同種の半導体から成り立
っているので、そのセンサの素材として単結晶半導体を
用いることによって、光電変換領域を単結晶にすること
ができる。この場合、ショットキ障壁型赤外線センサの
光電変換領域（金属膜）に比べ、ホットホールやホット
電子の散乱中心が極く低密度の光電変換領域であり、ホ
ットホールやホット電子は長寿命となる。

（２）本赤外線センサにおいては、光電変換領域、ポテ
ンシャル障壁領域及びキャリア注入領域が同種の半導体
から成るホモ接合構造なので、領域間に良好な界面特性
を持たせることができる。従って、各領域界面からは、
ショットキ障壁型赤外線センサのショットキ接触界面に
見られるようなホットホールやホット電子の注入効率を
低下させる要因が排除される。

（３）本赤外線センサが利用できる光のエネルギ範囲を
示す式は裏面照射型の場合、ショットキ障壁型赤外線セ
ンサにおける（１）式と同形であり、第１導電形がｐ形
の場合は（１）式中のΦ_SBをΦ_Ｈに置き換え、第１導電
形がｎ形の場合は（１）式中のΦ_SBをΦ_Ｅに置き換える
ことにより得ることができる。従って、ショットキ障壁
型赤外線センサと同一の半導体素材を使用し、ポテンシ
ャル障壁Φ_ＨあるいはΦ_Ｅが動作条件下でショットキ障
壁Φ_SBと同じ大きさになるように設計された赤外線セン
サは、そのショットキ障壁型赤外線センサと利用できる
光の波長帯域が等しくなる。しかし、本赤外線センサで
は検出可能なエネルギ範囲の光を吸収したにもかかわら
ず、ｐ形の光電変換領域の場合におけるポテンシャル障
壁Φ_Ｈ以下のエネルギを持つホットホールの励起や、ｎ
形の光電変換領域の場合におけるポテンシャル障壁Φ_Ｅ
以下のエネルギを持つホット電子の励起に、その光エネ
ルギが費される現象は、各々の構造に対応するショット
キ障壁型赤外線センサに見られた類似の現象に比べて大
幅に抑制されており、無駄な光の吸収をかなり減少させ
ることができる。

これは、本赤外線センサの光電変換領域において、ｐ形
の場合禁制帯幅E_gより小さいエネルギの光を吸収して電
子が遷移できる空準位がフェルミ準位E_fから価電子帯端
Evまでの限られた狭範囲に存在し、ｎ形の場合禁制帯幅
E_gより小さいエネルギの光を吸収して遷移可能な電子が
伝導帯端E_cからフェルミ準位E_fまでの限られた狭範囲に
存在することに起因している。

このような空準位及び電子の分布により本赤外線センサ
において、検出可能なエネルギ範囲の光で無駄な吸収を
生じる条件は次のように極く限定される。

ｉ）光電変換領域がｐ形縮退半導体の場合、フェルミ準
位E_fと価電子帯端Evとのエネルギ準位差をΔE_fvとする
と、 Φ_Ｈ＜hv≦Φ_Ｈ＋ΔE_fv …（５） のエネルギ範囲の光が入射してそのエネルギhvによっ
て、 E_f−Φ_Ｈ≦E_e″≦Ev−hv＝E_f−hv＋ΔE_fv …（６） の範囲のエネルギ準位にある電子が遷移する場合に限
り、生成されるホットホールのエネルギがポテンシャル
障壁Φ_Ｈ以下である。

ii）光電変換領域がｎ形縮退半導体の場合、フェルミ準
位E_fと伝導帯端E_cとのエネルギ準位差をΔE_fcとする
と、 Φ_Ｅ＜hv≦Φ_Ｅ＋ΔE_fc …（７） のエネルギ範囲の光が入射して、そのエネルギhvによっ
て、 E_c≦E_e≦E_f＋Φ_Ｅ−hv …（８） の範囲のエネルギ準位E_eにある電子が遷移する場合に
限り、生成されるホット電子のエネルギがポテンシャル
障壁Φ_Ｅ以下である。

なお、ここで「無駄な光の吸収」と称した過程によって
形成される上記のホットホールならびにホット電子も、
トンネル効果のため光電変換領域からキャリア注入領域
への注入確率が完全な零ではないことを注意しておく。

また、禁制帯幅E_gが大きい半導体材料から成る赤外線セ
ンサでは、ショットキ障壁型赤外線センサの場合と同様
に、検出可能な波長域が可視領域に及ぶものもある。

さらに表面照射型の場合や禁制帯幅E_g以上のエネルギを
持つ光を透過する程度に薄膜化あるいは薄板化した裏面
照射型の場合に利用可能な光エネルギの上限が禁制帯幅
E_gより大きくなる点は前述のとおりである。

（４）本赤外線センサでは、遮断波長を決定付けるポテ
ンシャル障壁Φ_ＨあるいはΦ_Ｅを、ポテンシャル障壁領
域における導電形、不純物濃度及び厚さの設定を変える
ことによって、このセンサを構成する半導体素材の通常
のpn接合で形成される拡散電位による障壁程度までを上
限として任意の大きさに形成することができる。この特
質により、ショットキ障壁型赤外線センサではほとんど
不可能であった冷却方式を考慮した遮断波長の最適設計
も行なうことができる。なお、本赤外線センサでは第５
図（ｂ）及び第６図（ｂ）に示すように、ポテンシャル
障壁Φ_Ｈ及びΦ_Ｅにバイアス電圧依存性があるので設計
のときにはバイアス条件を考慮する必要がある。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例の縦断面図である。この
実施例は、従来の裏面照射型のPtSi・ｐ形単結晶Si・シ
ョットキ障壁型赤外線センサと類似した構造の裏面照射
型赤外線センサである。本実施例では、両面とも鏡面に
磨かれた単結晶Si基板を素材としたが、単素子の赤外線
センサの場合、他の半導体材料を素材としても製造する
ことができる。

まず、単結晶Si基板５内においてバルク状態の領域がキ
ャリア注入領域３であり、赤外光14の入射面すなわち裏
面には反射防止膜13を施している。この基板５の導電形
を第１導電形とすると、表面には第１導電形で縮退する
程度に不純物を高濃度添加した光電変換領域１を設け、
この光電変換領域１とキャリア注入領域３との間にポテ
ンシャル障壁領域２を形成している。ポテンシャル障壁
領域２はキャリア注入領域３より不純物濃度が低い第１
導電形か、真性か、あるいは少なくとも動作条件下で完
全空乏化状態となる第２導電形である。

光電変換領域１及びポテンシャル障壁領域２の周囲には
電界集中を緩和するため第２導電形ガードリング６を設
けている。光電変換領域１とキャリア注入領域３とが直
接接する部分が生じるとセンサとして働かなくなるの
で、ポテンシャル障壁領域２と第２導電形ガードリング
６とは充分な重なりを持たせて形成してある。光電変換
領域１周辺の基板表面は熱酸化膜（SiO₂）８で覆ってあ
り、さらに光電変換領域１上及び熱酸化膜８上をCVD法
等で形成したシリコン酸化物（SiO,SiO₂）あるいはシリ
コン窒化物（SiN,Si₃N₄など）等から成る絶縁膜９で覆
ってある。この絶縁膜９としてシリコン窒化物を用いる
場合には熱膨張係数の差を緩和するため光電変換領域１
上に先にCVD法等で薄いシリコン酸化膜を形成する必要
がある。

光電変換領域１を透過した赤外光を再利用するため絶縁
膜９上の光電変換領域１と対向する部分にアルミニウム
等の金属反射膜11を設けている。キャリア注入領域３と
ポテンシャル障壁領域２の部分の単結晶Si基板5/光電変
換領域1/絶縁膜9/金属反射膜11の多層構造で光学的共振
状態を生み出し、センサの使用波長帯域における中心波
長の赤外光で生ずる定在波の腹がちょうど光電変換領域
１の部分にくるように、絶縁膜９の厚さを最適設計して
ある。

光電変換領域１で発生した光信号電荷をセンサ外部に取
り出すため、光電変換領域１にはポテンシャル障壁領域
２と接している部分から第２導電形ガードリング６の内
部に局所的に長く伸びた信号電荷抽出部がある。また、
第２導電形ガードリング６の内部には、第２導電形ガー
ドリング６とアルミニウム等の金属配線10とをオーミッ
ク接続させるための第２導電形高濃度不純物領域７が、
光電変換領域１の信号電荷抽出部と隣接するように形成
してある。金属配線10は光電変換領域１の信号電荷抽出
部と第２導電形高濃度不純物領域７の両者と接触・合金
化させ、そこから外部に引き出している。

この実施例においては、光電変換領域１とポテンシャル
障壁領域２とを電気的に接続する短絡機構４は第２導電
形ガードリング6,第２導電形高濃度不純物領域7,金属配
線10,及び光電変換領域１の信号電荷抽出部から成り立
っている。センサの表面側最外部は保護膜12で覆ってあ
る。

次に、この実施例の製造工程の一例をのべる。

まず、両面とも鏡面に磨かれた第１導電形単結晶Si基板
５の表面に熱酸化膜（SiO₂）を形成し、第１図には描か
れていないが、単結晶Si基板５とのオーミックコンタク
ト形成領域部分の熱酸化膜（SiO₂）を除去する。この熱
酸化膜（SiO₂）をマスクとして拡散法を用いて第１導電
形不純物を単結晶Si基板５に高濃度添加する。酸化性雰
囲気において熱処理し、添加不純物を単結晶Si基板５の
深部へ押込むとともに表面に厚い熱酸化膜（SiO₂）を形
成する。続いて第２導電形ガードリング６を形成する部
分の熱酸化膜（SiO₂）を除去する。この熱酸化膜（Si
O₂）をマスクとしてイオン注入法を用いて第２導電形不
純物を単結晶Si基板５に添加し、熱処理を行なって注入
不純物を電気的に活性化させるとともに単結晶Si基板５
深部へ押込み、第２導電形ガードリング６ができる。

次に、全面の熱酸化膜（SiO₂）を除去し、再び表面を熱
酸化する。その上にCVD法を用いてシリコン窒化膜を成
長させ、第２導電形ガードリング６及びその内側領域以
外の部分上にあるシリコン窒化膜を除去し、熱酸化して
第２導電形ガードリング６周辺に厚い熱酸化膜（SiO₂）
を形成する。シリコン窒化膜を全て除去した後、第２導
電形高濃度不純物領域７を形成する部分の熱酸化膜（Si
O₂）を除去する。そして、残った熱酸化膜（SiO₂）をマ
スクとして拡散法を用いて第２導電形不純物を単結晶Si
基板５に高濃度添加する。

それから第２導電形不純物拡散中に形成されたガラス層
（熱酸化膜（SiO₂）に拡散不純物が浸み込んで形成され
る層）を除去する。この結果、熱酸化膜（SiO₂）は第２
導電形ガードリング６周辺の厚い部分のみ残る。その後
改めて単結晶Si基板５表面上を熱酸化し、さらに熱処理
を行なって第２導電形不純物を深部へ押込み、第２導電
形高濃度不純物領域７ができあがる。

次に、表面にアルミニウム等から成る金属膜を形成し、
受光部を形成する部分の金属膜と熱酸化膜（SiO₂）を除
去する。金属膜及び熱酸化膜（SiO₂）をマスクとしてま
ず第２導電形不純物をイオン注入し、続いて第１導電形
不純物をイオン注入する。これらのイオン注入における
注入条件は、それぞれポテンシャル障壁領域２および光
電変換領域１が備えるべき電気的特性と深さとに応じて
いる。特に、ポテンシャル障壁領域２を構成する半導体
の種類は、第２導電形不純物の添加濃度が単結晶Si基板
５の不純物濃度に比べて低いか、同じか、あるいは高い
かに応じて、それぞれ電気的特性上キャリア注入領域３
より不純物濃度が低い第１導電形半導体か、真性半導体
か、あるいは第２導電形半導体かが決定する。このイオ
ン注入後、金属膜を除去し注入不純物を電気的に活性化
させるため熱処理を行なうが、この熱処理は注入直後の
不純物分布がほとんど不変で結晶性回復と不純物の活性
化は良好に成される条件で行なう。このような熱処理条
件は熱酸化膜（SiO₂），オーミックコンタクト形成領域
（図示せず），第２導電形ガードリング6,あるいは第２
導電形高濃度不純物領域７を形成するときに施された熱
処理（拡散法も含む）と比較すると、かなり低温で短時
間である。従って、ポテンシャル障壁領域２及び光電変
換領域１を形成した後に、不純物分布が変化するような
高温を伴う製造プロセスは避ける。

次の段階では、光電変換領域１及びその周囲の熱酸化膜
８上にCVD法等で絶縁膜９を金属配線を施すのに適した
厚さに形成する。光電変換領域１の信号電荷抽出部と第
２導電形高濃度不純物領域７とが隣接する領域及び単結
晶Si基板５とのオーミックコンタクト形成領域上の熱酸
化膜（SiO₂）８と絶縁膜９に金属配線10との接触をさせ
るための穴を開口し、アルミニウム等から成る金属膜を
表面上に形成する。その金属膜は金属配線10（単結晶Si
基板５との電気的接続をするための金属配線を含む）の
パターン部分を残し、他の部分を除去する。

光電変換領域１の信号電荷抽出部及び第２導電形高濃度
不純物領域７と金属配線10との接触界面及び単結晶Si基
板５とのオーミックコンタクト形成領域と金属配線10と
の接触界面を合金化するため熱処理を行なうが、このと
きの熱処理条件は単結晶Si基板５内部の不純物分布にほ
とんど影響を及ぼさない温度と時間にする。この金属配
線10形成後、再び表面上にCVD法等で絶縁膜９を形成
し、光電変換領域１上の絶縁膜９が全体で光学的共振状
態を生ずるのに最適な厚さとなるようにする。その膜上
に耐酸性及び汚染防止のためカバーを施し、単結晶Si基
板５裏面から汚染物質や以前のプロセスで形成された酸
化物あるいは窒化物を除去した後、裏面にCVD法等で反
射防止膜13を形成する。絶縁膜９上のカバーを除去し、
同様のカバーを反射防止膜13上に施す。その後アルミニ
ウム等から成る金属膜を絶縁膜９に形成し、金属反射膜
11を設ける部分のみ残して他の部分を除去する。ここま
で加工が終わった素子の表面にCVD法等を用いて保護膜1
2を施した後、金属配線10の外部配線（ボンディング）
を施すためのパッド部分上の絶縁膜９及び保護膜12にス
ルーホールを開け、裏面のカバーを除去して本実施例が
完成する。

この製造プロセス例が示すように、この赤外線センサに
は特に難しい製造技術を必要としない。また、この製造
例ではポテンシャル障壁領域２及び光電変換領域１を形
成するのにイオン注入法を用いているが、エピタキシャ
ル成長法を利用することもできる。

本実施例のような単素子の赤外線センサでは、単結晶Si
以外の半導体材料を素材とした場合、半導体材料そのも
のを酸化して形成した酸化膜を、不純物の拡散やイオン
注入を行なうときのマスク及び半導体基板表面を覆う保
護膜として殆んど利用できないので、半導体材料が替わ
るばかりでなく熱酸化膜８の部分もCVD法等で形成した
絶縁膜に置き換えたような構造となる。

次に、第１の実施例の動作について説明する。単結晶Si
基板５裏面から入射した赤外光14は、キャリア注入領域
３及びポテンシャル障壁領域２を透過し、光電変換領域
１において吸収され電気信号に変換される。ここで第１
導電形がｐ形の場合、信号電荷のホット電子とホットホ
ールはそれぞれ光電変換領域１とキャリア注入領域３と
に分離され、第１導電形がｎ形の場合ｐ形の場合とは逆
に分離される。キャリア注入領域３の信号電荷は接地さ
れ、光電変換領域１の信号電荷は金属配線10を経て外部
に取り出される。

（実施例２） 第２図、第３図は本発明の第２実施例の２次元赤外線CC
Dイメージセンサの単位画素の縦断面図及び全体構成図
である。アレイ化した赤外線イメージセンサに応用され
るシリコン・ショットキ障壁型赤外線センサをシリコン
から成る本発明の赤外線センサに置き換えたインターラ
イン転送CCD方式の赤外線イメージセンサが本実施例で
ある。従って、本実施例は単結晶Si基板を素材とし、単
位画素が第２図に示すように、赤外線センサ17、トラン
スファゲート18、及び垂直CCD19から成り立っている。

この赤外線センサ17の構造は、光電変換領域１からの信
号電荷読み出し部分及び短絡機構が若干異なる以外は第
１実施例と同様である。赤外線センサ17の短絡機構４は
第２導電形ガードリング６、第２導電形高濃度不純物領
域７、及びシリサイド膜15から成り立っている。シリサ
イド膜15は光電変換領域１とも第２導電形高濃度不純物
領域７ともオーミック接触となる。シリサイド膜15の代
わりに単なる金属膜を用いても同様の機能を持たせられ
るが、特性の安定性や信頼性を考慮するとこの部分はシ
リサイド膜が適している。また、第２導電形高濃度不純
物領域７は第２導電形ガードリング６の外部まで飛び出
しており、トランスファーゲート18部分のソース領域の
機能も兼ねている。

垂直CCD19の構造は、埋込みチャネル型であり、電荷の
転送方向に対して横方向のチャネル幅を限定するため、
垂直CCD19の両側端部で熱酸化膜８を厚くし、第１導電
形不純物を高濃度添加したチャネル阻止領域16を形成し
ている。第２図にはトランスファゲート18の部分の断面
を示しているので、赤外線センサ17側の垂直CCD19端部
には厚い熱酸化膜及びチャネル阻止領域16が存在しない
が、トランスファゲート18が占めている領域はわずか
で、その他の部分では垂直CCD19両端部に厚い酸化膜及
びチャネル阻止領域16を備えている。

この全体構成はインターライン転送方式であり、単位画
素を２次元に配列し、垂直・水平走査はそれぞれ垂直CC
D19と水平CCD20とで行なうようになっている。垂直CCD1
9は４相駆動、水平CCD20は２相駆動であり、水平CCD20
からは出力部21を経て信号を外部に出力する構造になっ
ている。

この２次元赤外線CCDイメージセンサの動作は、ショッ
トキ障壁型赤外線CCDイメージセンサの場合と同様であ
る。光電変換は赤外線センサ17を蓄積モードにして行な
うが、蓄積モードではトランスファゲート18がOFF状態
であり、赤外線センサ17は第１導電形がｐ形の場合に
は、第５図（ｂ）に示すように、また第１導電形がｎ形
の場合には第６図（ｂ）に示すように、それぞれバイア
スされた状態となっている。

赤外線センサ17裏面から入射した赤外光14が光電変換領
域１に達し、光電変換されると、発生した信号電荷が光
電変換領域１、第２導電形ガードリング６、第２導電形
高濃度不純物領域７、及びシリサイド膜15に蓄積され
る。蓄積される信号電荷は第１導電形がｐ形の場合に電
子、第１導電形がｎ形の場合にホールとなる。光電変換
領域１他前記三部分に信号電荷が蓄積されている期間
に、垂直CCD19は信号の読み出しを行なっている。一定
の蓄積時間信号電荷を蓄積した後トランスファゲート18
がON状態になり、光電変換領域１他前記三部分に蓄積さ
れた信号電荷が垂直CCD19に読み出される。

その後、トランスファゲートはOFF状態になり、光電変
換領域１他前記三部分は信号電荷の蓄積を再び開始す
る。垂直CCD19に読み出された信号電荷は一水平期間の
うちに一水平ライン分が水平CCD20へ転送され、順次水
平CCD20から出力部21を経て外部へ読み出される。出力
部21はキャパシタとソース・ホロワ・アンプから成り立
っており、信号電荷に電荷−電位変換及びインピーダン
ス変換を施して電圧の形態で信号を出力する。この一水
平ライン分の信号の読み出しを一水平期間毎に繰り返
し、全画素の信号を光電変換領域他前記三部分の信号電
荷蓄積期間に読み出す。

固体のイメーシセンサには、インターライン転送CCD方
式の他にMOS方式等別の信号読み出し方式や１次元アレ
イのものがあるが、これらの受光部としてこの赤外線セ
ンサを用いることは可能である。また、Si以外の半導体
材料を素材としてこの赤外線センサをアレイ状に形成
し、単結晶Si基板上に形成した走査回路とハイブリッド
にすることによってイメージセンサを構成することもで
きる。

（実施例３） 第４図は本発明の第３の実施例の縦断面図である。本実
施例は、第１実施例の赤外線センサの光電変換領域１上
に第２ポテンシャル障壁領域22と第２キャリア注入領域
23を設け、第１導電形がｐ形の場合にはホットホール
が、また、第１導電形がｎ形の場合にはホット電子がそ
れぞれ光電変換領域１の二面から放出されるようになっ
ている。この効果によってセンサの量子効率が高められ
ている。第２ポテンシャル障壁領域22と第２キャリア注
入領域23とは、光電変換領域１形成後、その上に成長さ
せたエピタキシャルSi層24に形成している。エピタキシ
ャルSi層24は不純物分布が変化しない程度の温度で成長
させ、成長中に添加する不純物を制御して第２ポテンシ
ャル障壁領域22と第２キャリア注入領域23とを作り分け
る。

第２ポテンシャル障壁領域22と第２キャリア注入領域23
の周囲にも第２導電形第２ガードリング25を設けてい
る。この第２導電形第２ガードリング25はイオン注入法
を用いて形成するが、不純物注入後高温長時間の熱処理
を施して不純物を熱拡散によって深部へ押込むことがで
きないので、エピタキシャルSi層24が厚い場合にはエピ
タキシャル成長プロセスを複数回にわけ、これと第２導
電形第２ガードリング25形成のためのイオン注入プロセ
スとを交互に行なう。イオン注入後の熱処理は不純物分
布がほとんど不変で結晶性回復と注入不純物の活性化は
良好に成される条件で行なう。

エピタキシャルSi層24表面には第２キャリア注入領域23
と金属配線とをオーミック接続するための第１導電形高
濃度不純物領域26を形成している。この形成もイオン注
入法とほとんど不純物分布に変化を来たさない条件の熱
処理とで形成する。エピタキシャルSi層24はエッチング
により不要部分を取り除いてある。また、エピタキシャ
ルSi層24形成の時に熱酸化膜８上には多結晶Si層が形成
されるが、これもエピタキシャルSi層の不要部分をエッ
チングする時同時に除去する。エピタキシャルSi層24上
及びその周辺上をCVD法等で形成した絶縁膜９で覆い、
その上の光電変換領域１と対向する部分にアルミニウム
等の金属反射膜11を設けている。

キャリア注入領域３とポテンシャル障壁領域２の部分の
単結晶Si基板／光電変換領域1/エピタキシャルSi層24/
絶縁膜9/金属反射膜11の多層構造で光学的共振状態を生
み出し、センサの使用波長帯域における中心波長の赤外
光で生ずる定在波の腹がちょうど光電変換領域１の部分
にくるように、エピタキシャルSi層24と絶縁膜９の厚さ
を最適設計している。金属反射膜11の形成と同時に金属
配線10及び第２金属配線27も形成する。金属配線10は絶
縁膜９に開けた穴を通して光電変換領域１の信号電荷抽
出部及び第２導電形高濃度不純物領域７と接触・合金化
しており、第２金属配線27は絶縁膜９に開けた穴を通し
て第１導電形高濃度不純物領域26と接触・合金化してい
る。

この実施例では金属反射膜11と第２金属配線27とが分離
されていないが、これは金属反射膜11の端と絶縁膜９の
穴とが近接しているためであり、それらの間の距離を拡
げて金属反射膜11と第２金属配線27とを分離しても差し
支えない。センサの表面側最外部はCVD法等で形成した
保護膜12で覆っている。

本実施例においては、キャリア注入領域３と第２キャリ
ア注入領域23（第２金属配線27）を接地し、光電変換領
域１の信号電荷を検出する。この例では、第１導電形高
濃度不純物領域26と第２金属配線27を設けて第２キャリ
ア注入領域23のアースを取っているが、第１導電形高濃
度不純物領域26と第２金属配線27とが無く、キャリア注
入領域３と第２キャリア注入領域23とが直接繋がってい
る構造のものも製造可能である。

本実施例の赤外線センサは、別の半導体材料を素材とし
て製造できるが、その場合熱酸化膜を利用できないこと
が多く、通常代わりにCVD法等で形成した絶縁膜を用い
る。また、固体イメージセンサの受光部に第３実施例あ
るいは他の半導体材料から成る同構造の赤外線センサを
用いることも可能である。

なお、これら３つの実施例は全て裏面照射型であった
が、これらを表面照射型の構造に替えるには基板裏面の
反射防止膜13及び表面側の金属反射膜11を除去すればよ
く、この場合表面の絶縁膜９及び保護膜12が反射防止膜
の役割りも果たす。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の赤外線センサは、ショッ
トキ障壁型赤外線センサと光電変換機構が類似し、その
応用分野に互換性があると共に、ショットキ障壁型赤外
線センサと比較して次のような利点がある。

（１）光電変換領域におけるホットホールやホット電子
の寿命を長くできる。

（２）ホットホールあるいはホット電子が通過すべき接
合界面の特性を良好にできる。

（３）赤外光の有効利用ができる。

（４）センサの遮断波長を任意に設定することができ
る。

従って、ショットキ障壁型赤外線センサを用いた装置等
においてショットキ障壁型赤外線センサを本発明の赤外
線センサに置換することにより、その装置等を高性能化
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の赤外線センサの第１の実施例の縦断面
図、第２図及び第３図は本発明の第２の実施例である２
次元赤外線CCDイメージセンサの単位画素の縦断面図及
びその全体構成図、第４図は本発明の第３の実施例の縦
断面図、第５図（ａ），（ｂ）は本発明で第１導電形を
ｐ形，第２導電形をｎ形とする場合の零バイアス時及び
バイアス印加時のエネルギ帯構造図、第６図（ａ），
（ｂ）は本発明で第１導電形をｎ形，第２導電形をｐ形
とする場合の零バイアス時及びバイアス印加時のエネル
ギ帯構造図、第７図は従来のショットキ障壁型赤外線セ
ンサの一例の縦断面図、第８図（ａ），（ｂ）はショッ
トキ障壁型赤外線センサのｐ形半導体ショットキ接触の
場合及びｎ形半導体ショットキ接触の場合のエネルギ帯
構造図である。 １…光電変換領域、２…ポテンシャル障壁領域、３…キ
ャリア注入領域、４…短絡機構、５…第１導電形単結晶
Si基板、６…第２導電形ガードリング、７…第２導電形
高濃度不純物領域、８…熱酸化膜（SiO₂）、９…CVD法
等による絶縁膜、10…金属配線、11…金属反射膜、12…
保護膜、13…反射防止膜、14…赤外光、15…シリサイド
膜、16…第１導電形チャネル阻止領域、17…赤外線セン
サ、18…トランスファゲート、19…垂直CCD、20…水平C
CD、21…出力部、22…第２ポテンシャル障壁領域、23…
第２キャリア注入領域、24…エピタキシャルSi層、25…
第２導電形第２ガードリング、26…第１導電形高濃度不
純物領域、27…第２金属配線、42…ｐ形単結晶Si基板、
43…PtSi膜、44…ｎ形ガードリング、45…ｎ形高濃度不
純物領域、46…金属、48…第２導電形領域、49…ポリSi
電極、52…絶縁物、54…ｐ形半導体、55…ｎ形半導体、
Ａ…価電子帯、Ｂ…禁制帯、Ｃ…伝導帯、Ｄ…電子、Ｆ
…ホット電子、Ｇ…ホットホール、Ｈ…空準位、Ｋ…バ
イアス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電形の縮退半導体から成る光電変換
   領域と；第１導電形の非縮退半導体から成り、前記光電
   変換領域からホットホールあるいはホット電子が注入さ
   れるキャリア注入領域と；これら光電変換領域とキャリ
   ア注入領域との間に存在し、不純物濃度がこのキャリア
   注入領域より低い第１導電形半導体、真性半導体、ある
   いは少なくとも動作条件下で前記光電変換領域との接合
   界面から伸びる空乏層と、前記キャリア注入領域との接
   合界面から伸びる空乏層とによって完全空乏化状態とな
   る不純物濃度及び厚さを有する第２導電形半導体から成
   るポテンシャル障壁領域と；これら光電変換領域とポテ
   ンシャル障壁領域とを電気的に接続する短絡機構とを有
   し、これら光電変換領域とポテンシャル障壁領域とキャ
   リア注入領域とがホモ接合構造を構成することを特徴と
   する赤外線センサ。