JPH09232617A - 赤外線検知素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一導電型の水銀・カドミウム・テルル合金層に
反対導電型層が形成されてなる赤外線検知素子に関し、
分光特性をあまり変化させないで、暗電流をより小さ
く、ゼロバイアス微分抵抗（Ｒ₀ ）や逆方向の微分抵抗
（Ｒ_d ）を一層高くする。 【解決手段】深さ方向に向かってカドミウムの組成比が
減少している一導電型の水銀・カドミウム・テルル合金
層に反対導電型層が形成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検知素子及
びその製造方法に関し、より詳しくは、一導電型の水銀
・カドミウム・テルル層に反対導電型層が形成されてな
る赤外線検知素子及びその製造方法に関する。水銀・カ
ドミウム・テルルを用いた赤外線検知素子は、高い量子
効率を特徴とし、特に、光起電力型センサ（ホトダイオ
ード）を用いたものは、発熱が少なく、将来の赤外線検
知素子として有望視されている。

【０００２】

【従来の技術】図１３（ａ）〜（ｃ）は、赤外線検知素
子としてのホトダイオードアレイの製造方法について示
す断面図である。まず、図１３（ａ）に示すように、カ
ドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）基板に液相成長等により
水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ）層２
を形成する。

【０００３】次いで、図１３（ｂ）に示すように、フォ
トレジスト等をマスクとしてＨｇ_{1- x} Ｃｄ_x Ｔｅ層２に
選択的にボロンをイオン注入し、ｎ型の拡散層３ａ，３
ｂを形成する。次に、図１３（ｃ）に示すように、保護
膜４を形成した後、保護膜４をパターニングして拡散層
３ａ，３ｂ上にコンタクトホールを形成する。続いて、
コンタクトホールを通してそれぞれ拡散層３ａ，３ｂと
接触する電極５ａ，５ｂを形成すると、ホトダイオード
アレイが完成する。

【０００４】このようにして作製されたホトダイオード
の特性を図１０に示す。図１０は、カットオフ波長λ_co
＝１０．５μｍ、温度Ｔ＝８０Ｋ、Ｆ／１．５の場合
で、ホトダイオード１９の電流−電圧特性と、微分抵抗
の印加電圧に対する依存性を示す特性図である。ホトダ
イオードの特性を向上させるためには、暗電流は小さい
程よく、ゼロバイアス微分抵抗（Ｒ₀ ）及び逆方向バイ
アスの微分抵抗（Ｒ_d ）は高い程よい。ショットノイズ
やその他のノイズが小さくなるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして作製されたホトダイオードは、感度向上等の
ため、それらの特性のさらなる改良が望まれている。即
ち、ホトダイオードのゼロバイアス微分抵抗Ｒ₀ 及び逆
方向バイアス微分抵抗Ｒ_d の最大値Ｒ_dmaxはともに、図
１１に示すように、バンドギャップが狭くなるほど、即
ち、Ｈｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層２のＸ値が小さくなるほど、
或いはカットオフ波長（λ_co）が長波長になるほど小さ
くなり、暗電流が増えてくる。暗電流の低減のために
は、高いＸ値にするほどよいが、図１２に示すように、
センサとして必要なカットオフ波長や感光領域を得るた
めには限度がある。特に、Ｈｇ_{1- x} Ｃｄ_x Ｔｅ層を液相
成長により成長させた場合には、成長につれて含有され
るカドミウムがＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層の基板側から表面
にかけて減少していく、即ち、カドミウムの組成比Ｘが
減少していくような組成勾配を有する。このようなｐ型
のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層の表層にｎ型の拡散層を形成す
ると、バンドギャップが狭くなっている領域にホトダイ
オードを形成することになり、暗電流が大きくなるとい
う問題がある。

【０００６】また、電界効果による放出電流或いはトン
ネル電流を抑制するため、イオン注入によりｎ⁺ 層を形
成し、続くアニールによりｎ^- 層を形成する従来例の方
法によれば、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、形成
されるｎ^- 層は深さ方向のみであり、ｎ⁺ 層の横の方に
は形成されない。従って、そこの空乏層は横方向にはあ
まり広がらず、狭くなるため、ｎ⁺ 層の横の領域では電
界がなお強く、電界効果により或いはトンネル効果によ
り、ここを通して大きなリーク電流が発生する。このた
め、ゼロバイアス微分抵抗（Ｒ₀ ）及び逆方向バイアス
の微分抵抗（Ｒ _d ）の特性を向上させることができない
という問題がある。

【０００７】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、分光特性をあまり変化させない
で、暗電流をより小さく、ゼロバイアス微分抵抗
（Ｒ₀ ）及び逆方向バイアスの微分抵抗（Ｒ_d ）を一層
高くすることが可能な赤外線検知素子及びその製造方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、深さ方向に向かってカドミウムの組成比が減少
している一導電型の水銀・カドミウム・テルル層に反対
導電型層が形成されてなることを特徴とする赤外線検知
素子によって解決され、第２の発明である、第１の基板
上に深さ方向に向かってカドミウムの組成比が増加して
いる一導電型の水銀・カドミウム・テルル層を形成する
工程と、前記水銀・カドミウム・テルル層上に第２の基
板を形成する工程と、前記第１の基板を除去して前記第
２の基板上に前記水銀・カドミウム・テルル層を残す工
程と、前記水銀・カドミウム・テルル層にイオン注入
し、反対導電型層を形成する工程とを有することを特徴
とする第１の発明に記載の赤外線検知素子の製造方法に
よって解決され、第３の発明である、一導電型の水銀・
カドミウム・テルル層と高濃度の反対導電型層との間に
低濃度の反対導電型層が形成されてなることを特徴とす
る赤外線検知素子によって解決され、第４の発明であ
る、前記不純物導入層が形成されていた領域の下方にあ
たる領域の水銀・カドミウム・テルル層にイオン注入
し、さらに加熱処理して、高濃度の反対導電型層を形成
し、前記一導電型の水銀・カドミウム・テルル層と前記
高濃度の反対導電型層との間に低濃度の反対導電型層を
形成する工程とを有することを特徴とする第３の発明に
記載の赤外線検知素子の製造方法によって解決され、第
５の発明である、前記一導電型の水銀・カドミウム・テ
ルル層は、深さ方向に向かってカドミウムの組成比が減
少していること特徴とする第３の発明に記載の赤外線検
知素子によって解決され、第６の発明である、カドミウ
ムの組成比が高いところと低いところが横方向に分布し
ている一導電型の水銀・カドミウム・テルル層のカドミ
ウムの組成比が高いところに反対導電型層が形成されて
なることを特徴とする赤外線検知素子によって解決さ
れ、第７の発明である、基板表面を選択的にエッチング
し、凸部を形成する工程と、液相成長により一導電型の
水銀・カドミウム・テルル層を形成する工程と、前記水
銀・カドミウム・テルル層を平坦化する工程と、前記凸
部の上方の水銀・カドミウム・テルル層にイオン注入
し、さらに加熱処理して、高濃度の反対導電型層を形成
する工程とを有することを特徴とする第６の発明に記載
の赤外線検知素子の製造方法によって解決され、第８の
発明である、前記イオン注入するイオン種は、ボロン，
キセノン，クリプトン又はインジウムであることを特徴
とする第２、第４又は第７の発明のいずれかに記載の赤
外線検知素子の製造方法によって解決される。

【０００９】本願発明者の実験によれば、Ｃｄの組成比
の勾配を有するＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層の表の表層及び裏
の表層に同じようにしてｎ型の拡散層を形成した場合、
高いＸ値側にｎ型の拡散層を形成した方が、ほぼ同じ分
光特性で、暗電流はより小さくなり、ゼロバイアス微分
抵抗Ｒ₀ は一層高くなった。本発明の赤外線検知素子に
よれば、一導電型の水銀・カドミウム・テルル層は表面
から深さ方向にカドミウムの組成比を減少させているの
で、水銀・カドミウム・テルル層の表層に反対導電型層
を形成することにより、高いＸ値側で、即ちバンドギャ
ップの広いところにｐｎ接合を形成することが可能とな
る。

【００１０】また、カドミウムの組成比を深さ方向に向
かって減少させることにより赤外線が入射する基板側で
はバンドギャップを狭くすることができるので、赤外線
の波長に適合したバンドギャップの幅とすることがで
き、キャリアの生成効率をあまり落とさず、分光特性を
殆ど変化させずにすむ。これにより、ほぼ同じ分光特性
で、暗電流はより小さくなり、ゼロバイアス微分抵抗Ｒ
₀ を一層高くすることができる。

【００１１】ところで、液相成長法により基板上に一導
電型の水銀・カドミウム・テルル層を形成した場合、そ
の水銀・カドミウム・テルル層では基板側から表面に向
かってカドミウムの組成比が減少する、即ち表面から深
さ方向にカドミウムの組成比が増加することは避けられ
ない。このような水銀・カドミウム・テルル層を用いる
場合でも、本発明の製造方法においては、まず、第１の
基板上に水銀・カドミウム・テルル層を形成し、更に水
銀・カドミウム・テルル層上に第２の基板を形成した
後、第１の基板を除去している。従って、第２の基板上
に残った水銀・カドミウム・テルル層は表面から深さ方
向にカドミウムの組成比が減少することになる。この水
銀・カドミウム・テルル層の表層に反対導電型層を形成
すると、バンドギャップの広いところにｐｎ接合が形成
された本発明の赤外線検知素子が得られる。

【００１２】また、ホトダイオードの逆方向バイアス微
分抵抗Ｒ_d を向上させるためには、電界強度を弱めるよ
うに空乏層を広くする必要があり、そのためには、高濃
度の領域に隣接して低濃度層を形成する必要がある。通
常の半導体ではイオン注入後のアニールにより、注入し
たボロンイオン等を拡散させ、活性化させて低濃度の導
電型層を形成するが、ＨｇＣｄＴｅの場合は、特殊な事
情がある。例えば、ｎ ⁺ 層とｎ^- 層とを形成する場合、
ボロンを用いるが、ボロンイオン自体は導電型付与に寄
与せず、不活性のままであり、以下のような機構により
ｎ⁺ 層とｎ^- 層が形成される。

【００１３】即ち、イオン注入により生じた結晶欠陥に
よりｎ⁺ 層が形成される。そして、続くアニールにより
ｎ^- 層を形成する。このとき、イオン注入のイオンの衝
撃により格子点から格子間にはじき出されたＨｇ原子が
アニールによりｎ⁺ 層とｐ⁺層の界面に集合し、さらに
ｐ⁺ 層に拡散して、Ｈｇ空孔が埋められる。ＨｇＣｄＴ
ｅはＨｇ空孔が埋まった状態で低濃度のｎ^- 型を示す。

【００１４】しかし、従来、ｎ⁺ 層の横の方にはｎ^- 型
層が形成されず、ｐ⁺ 層が隣接するため、その部分の空
乏層に高電界がかかり、トンネル電流等が流れ易くなっ
て逆方向バイアスの微分抵抗を高くすることが難しかっ
た。本発明の赤外線検知素子によれば、一導電型の水銀
・カドミウム・テルル層の表層に、反対導電型の低濃度
層を介在させて反対導電型の高濃度層が形成されている
ため、高濃度層の深さ方向のみならず横の方にも低濃度
層が存在し、空乏層が横方向にも広がりやすくなり、そ
この電界も弱められることになる。従って、高電界によ
る放出電流やトンネル電流が流れなくなるため、逆方向
バイアスの微分抵抗を高くすることができる。

【００１５】このような構造は、本発明の製造方法のよ
うに、一導電型の水銀・カドミウム・テルル層にイオン
注入してその表層に不純物導入層を形成した後、不純物
導入層を除去して新たな一導電型の水銀・カドミウム・
テルル層を表出させ、その後不純物導入層が形成されて
いた領域の下方にあたる領域の水銀・カドミウム・テル
ル層にイオン注入し、さらに加熱処理して反対導電型層
を形成することにより実現される。この場合には、不純
物導入層が形成されていた領域の下方にあたる領域では
イオン注入による結晶欠陥が生じて水銀が拡散し易くな
っているため、この領域にイオン注入し、加熱処理する
と、イオン注入領域での水銀の拡散と、イオン注入領域
の深さ方向の隣接領域のみならず横方向の隣接領域への
拡散が起こる。これにより、反対導電型の高濃度層が形
成されるとともにその全隣接領域に低濃度の反対導電型
層が形成される。

【００１６】また、最初の不純物導入層は水銀・カドミ
ウム・テルル層全面に形成されなくても、反対導電型層
の形成領域幅よりも幅の大きな領域に選択的に形成され
てもよい。更に、表面から深さ方向にカドミウムの組成
比が減少している一導電型の水銀・カドミウム・テルル
層の表層に高濃度の反対導電型層を形成し、水銀・カド
ミウム・テルル層の一導電型の領域と高濃度の反対導電
型層との間に低濃度の反対導電型層とを形成することに
より、上記した理由で、暗電流を抑制してゼロバイアス
微分抵抗Ｒ₀ を一層高くし、かつ高電界による放出電流
やトンネル電流を抑制して逆方向バイアスの微分抵抗を
高くすることが可能となる。

【００１７】また、Ｃｄの組成が高いところと低いとこ
ろが横方向に分布している一導電型の水銀・カドミウム
・テルル層の、Ｃｄの組成が高いところに反対導電型層
を形成している。これにより、ｐｎ接合でのリーク電流
を低減することができ、これによりゼロバイアス微分抵
抗Ｒ₀ を一層高くすることができる。しかも、深さ方向
にＣｄの組成比が減少する水銀・カドミウム・テルル層
を用いた場合には水銀・カドミウム・テルル層の表層で
はバンドギャップが広く、赤外線が照射されてもキャリ
アの生成効率が悪いが、この場合にはＣｄの組成が高い
ところと低いところが横方向に分布しているので、水銀
・カドミウム・テルル層の表層にもバンドギャップ幅の
狭いところが存在する。このため、反対導電型層の周辺
部に到達した赤外線もキャリア生成に有効に利用するこ
とができ、感度の向上に貢献する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。 （第１の実施の形態）図１（ａ）〜（ｄ），図２，図３
（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るホ
トダイオードアレイ（赤外線検知素子）及びその作製方
法について説明する断面図である。

【００１９】まず、図１（ａ）に示すように、ＣｄＴｅ
基板１１に液相成長或いは気相成長等により膜厚約１２
μｍのｐ⁺ 型のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層１２を形成する。
このとき、表面から凡そ７μｍのところでｘ値がほぼ0.
222 となるようにする。続いて、Ｈｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層
１２の表層に加速エネルギ１５０ｋｅＶ，ドーズ量１×
１０¹⁴ｃｍ^-2の条件でボロン（Ｂ）をイオン注入し、深
さ約２μｍの不純物導入層１３を形成する。このとき、
不純物導入層１３の下端から下方数μｍのところにかけ
てＨｇが拡散しやすい層１４が形成される。

【００２０】次いで、図１（ｂ）に示すように、化学的
及び物理的研磨法（ＣＭＰ法）やＢｒとメタノールの混
合液を用いたウエットエッチング法等により不純物導入
層１３を除去する。不純物導入層１３が形成されていた
領域の下方にあたる領域はイオン注入による結晶欠陥の
影響が残っているため、除去跡のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層
１２ａの表層は、Ｈｇが拡散しやすい層１４となる。

【００２１】次に、図１（ｃ）に示すように、フォトレ
ジスト等をマスクとしてＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層１２ａに
一辺が３０μｍの正方形状の領域に選択的にボロンをイ
オン注入する。イオン注入により格子点から格子間に叩
き出されたＨｇ原子により表面からの深さ約１．５〜２
μｍのｎ⁺ 型の拡散層（高濃度の反対導電型層）１５
ａ，１５ｂを形成する。

【００２２】次いで、図１（ｄ）に示すように、温度１
５０℃の条件で１時間アニールする。このとき、イオン
注入により格子点から格子間に叩き出されたＨｇ原子が
アニールによりｎ⁺ 型の拡散層１５ａ，１５ｂとｐ⁺ 型
のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層１２ａの境界に集合し、さらに
ｐ⁺ 型のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層１２ａに拡散して、Ｈｇ
空孔が埋められる。Ｈｇ_1-x Ｃｄ_x ＴｅはＨｇ空孔が埋
まった状態で低濃度のｎ^- 型を示す。この場合、拡散層
１５ａ，１５ｂはＨｇが拡散しやすい層１４内に形成さ
れているので、ｎ⁺ 型の拡散層１５ａ，１５ｂの下方の
みならず、拡散層１５ａ，１５ｂの横の方にもＨｇ原子
が拡散し、結局ｎ⁺ 型の拡散層１５ａ，１５ｂの全周囲
に隣接するｎ^- 型の拡散層（低濃度の反対導電型層）１
６ａ，１６ｂが形成される。ｎ^- 型の拡散層１６ａ，１
６ｂの層厚は１〜２μｍ程度となる。

【００２３】次に、図２に示すように、陽極硫化膜とＺ
ｎＳ膜の２層膜からなる保護膜１７を形成した後、保護
膜１７をパターニングして拡散層１５ａ，１５ｂ上にコ
ンタクトホールを形成する。陽極硫化膜はキャリアの表
面再結合を引き起こす表面準位を低減するために用いら
れる。続いて、メッキ等によりコンタクトホール底部の
拡散層１５ａ，１５ｂに選択的にＩｎ膜を厚く形成し、
コンタクトホールを通してそれぞれ拡散層１５ａ，１５
ｂと接触するバンプ電極１８ａ，１８ｂを形成すると、
ホトダイオードアレイ（赤外線検知素子）１９が完成す
る。

【００２４】その後、図３（ａ），（ｂ）に示すよう
に、バンプ電極１８ａ，１８ｂを介してホトダイオード
アレイ１９と信号読み出し用半導体集積回路２０を接続
すると、赤外線検知装置が完成する。次に、赤外線検知
装置の動作を簡単に説明する。即ち、ホトダイオードア
レイ１９の基板１１側から赤外線を入射させると、ｐ⁺
型のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層１２ａ及びｎ^- 型の拡散層１
６ａ，１６ｂで電子や正孔（キャリア）が生成する。こ
のキャリアの生成によりｐｎ接合には光起電力が発生
し、ｐｎ接合を通して電流が流れるので、これを信号読
み出し用半導体集積回路２０で検出する。

【００２５】上記のように、本発明の第１の実施の形態
に係るホトダイオードにおいては、ｐ⁺ 型のＨｇ_1-x Ｃ
ｄ_x Ｔｅ層１２ａの表層には、ｎ⁺ 型の拡散層１５ａ，
１５ｂの全周囲に隣接してｎ^- 型の拡散層１６ａ，１６
ｂが形成されている。従って、縦方向のみならず横方向
にも空乏層が広がりやすくなり、そこの電界も弱められ
ることになる。これにより、高電界による放出電流やト
ンネル電流が流れなくなるため、逆方向バイアスの微分
抵抗（Ｒ_d ）を高くすることができる。実験によれば、
カットオフ波長λ_co＝１０．５μｍ、温度Ｔ＝８０Ｋ、
Ｆ／１．５で、Ｒ_d の最大値Ｒ_dmaxは、図１０に示す従
来の場合と比較して数倍向上した。

【００２６】なお、上記ではイオン注入するイオン種と
して、ボロンを用いているが、他のイオン種、例えばキ
セノン，クリプトン又はインジウム等を用いてもよい。 （第２の実施の形態）図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の
第２の実施の形態に係るホトダイオードアレイ及びその
作製方法について説明する断面図である。

【００２７】第１の実施の形態と異なるところは、ｐ型
のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層２２の表層であって最終的に残
るｎ⁺ 型の拡散層の平面領域幅よりも広い幅を有する領
域に不純物導入層２３ａ，２３ｂを選択的に形成してい
ることである。この場合にも、第１の実施の形態に係る
ホトダイオードと同様な効果を得ることができる。以下
に、その製造方法について説明する。

【００２８】まず、図４（ａ）に示すように、ＣｄＴｅ
基板２１に液相成長或いは気相成長等により膜厚約１２
μｍのｐ⁺ 型のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層２２を形成する。
続いて、図示しないレジストマスクを表面に形成して、
これをマスクとしてＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層２２の表層に
加速エネルギ１５０ｋｅＶ，ドーズ量１×１０ ¹⁴ｃｍ^-2
の条件でボロン（Ｂ）をイオン注入し、深さ約２μｍ，
一辺が３２〜３４μｍの正方形状の不純物導入層２３
ａ，２３ｂを形成する。このとき、不純物導入層２３
ａ，２３ｂの下端から下方数μｍのところにかけてＨｇ
が拡散しやすい層２４ａ，２４ｂが形成される。

【００２９】次いで、図４（ｂ）に示すように、ＣＭＰ
法や、Ｂｒとエタノールの混合液を用いたウエットエッ
チング法等により不純物導入層２３ａ，２３ｂを除去
し、Ｈｇが拡散しやすい層２４ａ，２４ｂを残す。次
に、図４（ｃ）に示すように、図示しないフォトレジス
ト等をマスクとしてＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層２２ａに選択
的にボロンをイオン注入し、表面からの深さ約２μｍ、
一辺が３０μｍの正方形状のｎ⁺ 型の拡散層（高濃度の
反対導電型層）２５ａ，２５ｂを形成する。

【００３０】次いで、図４（ｄ）に示すように、温度１
５０℃の条件で１時間アニールする。このとき、イオン
注入により格子点から格子間に叩き出されたＨｇ原子が
アニールによりｎ⁺ 型の拡散層２５ａ，２５ｂとｐ⁺ 型
のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層２２ａの境界に集合し、さらに
Ｈｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層２２ａに拡散して、Ｈｇ空孔が埋
められる。拡散層２５ａ，２５ｂはそれぞれＨｇが拡散
しやすい層２４ａ，２４ｂ内に形成されているので、ｎ
⁺ 型の拡散層２５ａ，２５ｂの下方のみならず、拡散層
２５ａ，２５ｂの横の方にもＨｇ原子が拡散し、結局ｎ
⁺ 型の拡散層２５ａ，２５ｂの全周囲に隣接するｎ^- 型
の拡散層（低濃度の反対導電型層）２６ａ，２６ｂが形
成される。

【００３１】その後、第１の実施の形態の図２と同様な
工程を経てホトダイオードアレイ（赤外線検知素子）が
完成する。なお、不純物導入層１３の除去前にアニール
を行ってもよい。これにより、不純物導入層１３の下端
から下方数μｍにかけて一辺がほぼ３２〜３４μｍの正
方形状のｎ^- 層が形成される。続いて、不純物導入層１
３を除去してｎ^- 層を表出し、ｎ^- 層の領域内にｎ⁺ 層
を形成すると、図４（ｄ）のような構造のホトダイオー
ドを作製することができる。

【００３２】（第３の実施の形態）図５（ａ）〜（ｄ）
は、本発明の第３の実施の形態に係るホトダイオードア
レイ及びその作製方法について説明する断面図である。
この実施の形態では、ｐ型のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層は表
面から基板側に向かってＣｄの組成比が減少しているこ
とである。以下にその作製方法について説明する。

【００３３】まず、図５（ａ）に示すように、液相成長
法によりＣｄＴｅ基板（第１の基板）３１上に、膜厚約
１０μｍのｐ型のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層３２を形成す
る。このとき、図９に示すように、液相からの成長時間
とともに液相中のカドミウムの量が減少してくるため、
そのＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層３２ではＣｄＴｅ基板３１側
から表面に向かってＣｄの組成比が減少する。即ち、基
板３１側から表面に向かってｘ値が減少する。この場
合、成長時期の調整により図８のＡに示すような分布と
なるようにする。即ち、ｘ値は、表面で0.219 〜0.222
程度、表面から５μｍのところで凡そ0.222 となった。
また、Δｘはほぼ＋0.0005/1μｍとなった。

【００３４】次いで、図５（ｂ）に示すように、新たな
ＧａＡｓ基板（第２の基板）３３をＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ
層３２の表面同士を対向させて接触させ、ＣｄＴｅ基板
３１とＧａＡｓ基板３３の間に電圧を印加し、かつ加熱
して互いを張り合わせる。なお、ＧａＡｓ基板３３の代
わりに他の種類の基板、例えばＣｄＴｅ基板等を用いて
もよい。また、基板３３とＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層３２の
間にシリコン酸化膜等の絶縁膜を介在させてもよい。

【００３５】次に、図５（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法
による研磨法により、或いは弗酸、硝酸及び酢酸の混合
液を用いたエッチング法により、ＣｄＴｅ基板３１を除
去する。これにより、ＧａＡｓ基板３３上にＨｇ_1-x Ｃ
ｄ_x Ｔｅ層３２が残る。このとき、そのＨｇ_1-x Ｃｄ_x
Ｔｅ層３２では表面からＧａＡｓ基板３３側に向かって
Ｃｄの組成比が減少する。即ち、表面から基板３１側に
向かってｘ値が減少する、図８のＣに示すような分布と
なる。例えば、ｘ値は、表面で0.224 〜0.225程度、表
面から５μｍのところで凡そ0.222 となった。また、Δ
ｘは−0.0005/1μｍとなった。基板側での感度を低下さ
せないように、及び分光特性をあまり変化させないよう
にするためには0.001 〜0.0001/1μｍ程度が好ましい。

【００３６】次いで、図５（ｄ）に示すように、フォト
レジスト等をマスクとしてＨｇ_1-xＣｄ_x Ｔｅ層３２に
一辺が約３０μｍの正方形状の領域に選択的にボロンを
イオン注入し、続いて、温度１５０℃の条件で１時間ア
ニールする。これにより、第１の実施の形態で説明した
機構により、表面からの深さ約２μｍ程度のｎ⁺ 型の拡
散層（高濃度の反対導電型層）３４ａ，３４ｂ及びその
下部に隣接するｎ^- 型の拡散層３５ａ，３５ｂが形成さ
れる。ｎ^- 型の拡散層（低濃度の反対導電型層）３５
ａ，３５ｂの層厚は１〜２μｍ程度となる。

【００３７】上記のようにして作製された本発明の第３
の実施の形態のホトダイオードアレイによれば、ｐ型の
Ｈｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層３２は表面から深さ方向にＣｄの
組成比が減少しているので、Ｈｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層３２
の表層にｎ型の拡散層３４ａ，３４ｂ及び３５ａ，３５
ｂを形成することにより、高いＸ値側で、即ちバンドギ
ャップの広いところにｐｎ接合を形成することが可能と
なる。また、組成勾配を持たせることにより赤外線が入
射する基板３３側ではバンドギャップを狭くすることが
できるので、赤外線の波長に適合したギャップ幅とする
ことができ、カットオフ波長λ_co（＝１０．５μｍ）前
後の波長に対するキャリアの生成効率をあまり落とさず
にすむ。

【００３８】これにより、ほぼ同じ分光特性で、暗電流
はより小さくなり、ゼロバイアス微分抵抗Ｒ₀ は一層高
くなる。実験によれば、カットオフ波長λ_co＝１０．５
μｍ、温度Ｔ＝８０Ｋ、Ｆ／１．５で、Ｒ₀ は図１０に
示す従来の場合と比較して数倍向上した。なお、表面か
ら深さ方向にＣｄの組成比が減少しているｐ型のＨｇ
_1-x Ｃｄ_xＴｅ層３２の表層に、第１又は第２の実施の
形態と同様な方法により、高濃度のｎ⁺ 型の拡散層とそ
の全隣接領域の低濃度のｎ^- 型の拡散層とを形成するこ
とも可能である。これにより、暗電流を抑制してゼロバ
イアス微分抵抗Ｒ₀ を一層高くし、かつ高電界による放
出電流やトンネル電流を抑制して逆方向バイアスの微分
抵抗を高くすることが可能となる。

【００３９】（第４の実施の形態）図６（ａ），（ｂ）
は、本発明の第４の実施の形態に係るホトダイオード及
びその作製方法について説明する断面図である。第３の
実施の形態と異なるところは、第３の実施の形態ではｐ
型のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層３２は深さ方向に向かってＣ
ｄの組成比が分布しているが、第４の実施の形態ではｐ
型のＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層４２は平面方向にＣｄが分布
している。即ち、ｎ⁺ 型の拡散層（高濃度の反対導電型
層）４３を形成する箇所を含む領域４２ａでＣｄの組成
比Ｘが高く、その周辺部の環状領域４２ｂでＣｄの組成
比Ｘが低くなっている。

【００４０】これにより、ｐｎ接合でのリーク電流を低
減することができ、Ｒ₀ を高くすることができる。しか
も、深さ方向にＣｄの組成比が減少するＨｇ_1-x Ｃｄ_x
Ｔｅ層を用いた場合にはＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層の表層で
はバンドギャップが広く、赤外線が照射されてもキャリ
アの生成効率が悪いが、第４の実施の形態ではＨｇ_{1- x}
Ｃｄ_x Ｔｅ層４２の表層でもバンドギャップ幅が狭いた
めにｎ⁺ 型の拡散層４３の周辺部に到達した赤外線もキ
ャリア生成に有効に利用することができ、感度の向上に
貢献する。

【００４１】なお、図６（ａ），（ｂ）は一つのホトダ
イオードのみ表示しているが、その周辺部に同じような
構成の複数のホトダイオードが配置されることによりホ
トダイオードアレイとなる。以下に、その作製方法につ
いて図７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。ま
ず、図７（ａ）に示すように、レジスト膜をマスクとし
てＣｄＴｅ基板５１を約５μｍ程度エッチングし、一辺
が約３４μｍの正方形状の凸部５２を形成する。図示し
ていないが、この正方形状の凸部５２はホトダイオード
を形成すべき領域に複数互いに間隔をあけて形成されて
いる。

【００４２】次いで、図７（ｂ）に示すように、正方形
状の凸部５２が形成された基板５１面に液相成長により
ｐ型のＨｇＣｄＴｅ層４２ｃを成長させる。ＨｇＣｄＴ
ｅ層４２ｃは基板５１面の凹凸形状に応じて成長する。
このとき、液相成長の性質よりＨｇＣｄＴｅ層４２ｃの
Ｃｄの組成は基板５１面から遠くなるほど低くなるが、
Ｃｄの等組成線は凸部形状に応じて正方形状の凸部５２
上でその周辺よりも凡そ５μｍ上の方にずれる。このた
め、成長したＨｇＣｄＴｅ層４２ｃの同一平面内でのＣ
ｄの組成分布を比較すると、凸部５２上の領域４２ａで
Ｃｄの組成が高く、凸部５２の周辺領域４２ｂでＣｄの
組成は低くなる。

【００４３】次に、図７（ｃ）に示すように、研磨によ
りＨｇＣｄＴｅ層４２の凹凸を平坦化する。続いて、図
７（ｄ）に示すように、ＨｇＣｄＴｅ層４２であってＣ
ｄの組成が高い領域４２ａ内に加速電圧１５０ｋｅＶ、
ドーズ量１×１０¹⁴ｃｍ^-2でボロンをイオン注入し、ア
ニールしてｎ⁺ 型の拡散層４３を形成する。以上のよう
にしてホトダイオードが完成する。

【００４４】なお、第４の実施の形態にかかるホトダイ
オードの製造方法において、５μｍ程度基板５１をエッ
チングしているが、エッチング量はこれに限るものでは
なく、適宜調整することができる。また、図７（ｃ）の
後、別のＣｄＴｅ基板をＨｇＣｄＴｅ層５２ａの表面に
張り合わせ、最初の基板５１を研磨等により除去して、
基板５１側のＨｇＣｄＴｅ層５２ａの面を表出し、そこ
にｎ⁺ 型の拡散層を形成してもよい。これにより、Ｃｄ
の組成がより高いところにｎ⁺ 型の拡散層を形成するこ
とができる。

【００４５】更に、第１又は第２の実施の形態にかかる
方法によりＨｇＣｄＴｅ層５２ａとｎ⁺ 型の拡散層５３
の間に低濃度のｎ型の拡散層を形成することも可能であ
る。これにより、Ｒ₀ 及びＲ_dmaxを高くすることができ
る。なお、上記第１〜第４の実施の形態では、イオン注
入の加速電圧を１５０ｋｅＶとし、ドーズ量を１×１０
¹⁴ｃｍ^-2としているが、それぞれ５０〜２００ｋｅＶ、
１×１０¹²〜１×１０¹⁵ｃｍ^-2の範囲で有効である。

【００４６】また、基板としてＣｄＴｅ基板を用いてい
るが、ＣｄＺｎＴｅ基板を用いてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、一導電
型の水銀・カドミウム・テルル層は表面から深さ方向に
カドミウムの組成比が減少しているので、水銀・カドミ
ウム・テルル層に反対導電型層を形成することにより、
高いＸ値側で、即ちバンドギャップの広いところにｐｎ
接合を形成することが可能となる。また、カドミウムの
組成比の勾配を持たせることにより赤外線が入射する基
板側ではバンドギャップを狭くすることができるので、
赤外線の波長に適合したギャップ幅とすることができ、
キャリアの生成効率をあまり落とさずにすむ。これによ
り、ほぼ同じ分光特性で、暗電流をより小さくし、ゼロ
バイアス微分抵抗Ｒ₀ を一層高くすることが可能とな
る。

【００４８】更に、本発明によれば、一導電型の水銀・
カドミウム・テルル層に高濃度の反対導電型層を形成
し、水銀・カドミウム・テルル層と高濃度の反対導電型
層の間に低濃度の反対導電型層を形成しているため、高
濃度の反対導電型層の横方向にも空乏層が広がりやすく
なり、そこの電界も弱められることになる。従って、高
電界による放出電流やトンネル電流が流れにくくなるた
め、逆方向バイアスの微分抵抗を高くすることができ
る。

【００４９】また、表面から深さ方向にカドミウムの組
成比が減少している一導電型の水銀・カドミウム・テル
ル層に高濃度の反対導電型層を形成し、水銀・カドミウ
ム・テルル層と高濃度の反対導電型層の間に低濃度の反
対導電型層を形成することにより、上記した理由で、暗
電流を抑制してゼロバイアス微分抵抗Ｒ₀ を一層高く
し、かつ高電界による放出電流やトンネル電流を抑制し
て逆方向バイアスの微分抵抗を高くすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の
形態に係る赤外線検知素子の作製方法について示す断面
図（その１）である。

【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る赤外
線検知素子の作製方法について示す断面図（その２）で
ある。

【図３】図３（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の
形態に係る赤外線検知素子の作製方法について示す断面
図（その３）である。

【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の
形態に係る赤外線検知素子の作製方法について示す断面
図である。

【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施の
形態に係る赤外線検知素子の作製方法について示す断面
図である。

【図６】図６（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係
る赤外線検知素子について示す上面図であり、図６
（ｂ）は、図６（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。

【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４の実施の
形態に係る赤外線検知素子の作製方法について示す断面
図である。

【図８】図８は、作製可能なＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ層中の
カドミウムの組成比Ｘの分布について示す図である。

【図９】図９は、液相からの成長時間に対するＨｇ_1-x
Ｃｄ_x Ｔｅ層中のカドミウムの組成比Ｘの分布について
示す特性図である。

【図１０】図１０は、赤外線検知素子の印加電圧に対す
る微分抵抗及びｐｎ接合を流れる電流について示す特性
図である。

【図１１】図１１は、赤外線検知素子のバンドギャップ
に対する微分抵抗の依存性について示す特性図である。

【図１２】図１２は、赤外線検知素子の分光感度につい
て示す特性図である。

【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は、従来例に係る赤外
線検知素子の作製方法について示す断面図である。

【図１４】図１４（ａ），（ｂ）は、従来例に係る赤外
線検知素子の作製方法について示す断面図である。

【符号の説明】

１１，２１，４１，５１ ＣｄＴｅ基板（基板）、 １２，１２ａ，２２，２２ａ，３２，４２，５２，５２
ａ ＨｇＣｄＴｅ層、 １３，２３ａ，２３ｂ 不純物導入層、 １４，２４ａ，２４ｂ Ｈｇが拡散し易い層、 １５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂ，３４ａ，３４ｂ，４
３，５３ 高濃度の拡散層（高濃度の反対導電型層）、 １６ａ，１６ｂ，２６ａ，２６ｂ，３５ａ，３５ｂ 低
濃度の拡散層（低濃度の反対導電型層）、 １７ 保護膜、 １８ａ，１８ｂ バンプ電極、 １９ ホトダイオードアレイ（赤外線検知素子）、 ２０ 信号読出し半導体集積回路、 ３１ ＣｄＴｅ基板（第１の基板）、 ３３ ＧａＡｓ基板（第２の基板）、 ４２ａ Ｃｄの組成比が高い領域、 ４２ｂ Ｃｄの組成比が低い領域。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 深さ方向に向かってカドミウムの組成比
   が減少している一導電型の水銀・カドミウム・テルル層
   に反対導電型層が形成されてなることを特徴とする赤外
   線検知素子。
2. 【請求項２】 第１の基板上に深さ方向に向かってカド
   ミウムの組成比が増加している一導電型の水銀・カドミ
   ウム・テルル層を形成する工程と、 前記水銀・カドミウム・テルル層上に第２の基板を形成
   する工程と、 前記第１の基板を除去して前記第２の基板上に前記水銀
   ・カドミウム・テルル層を残す工程と、 前記水銀・カドミウム・テルル層にイオン注入し、反対
   導電型層を形成する工程とを有することを特徴とする請
   求項１に記載の赤外線検知素子の製造方法。
3. 【請求項３】 一導電型の水銀・カドミウム・テルル層
   と高濃度の反対導電型層との間に低濃度の反対導電型層
   が形成されてなることを特徴とする赤外線検知素子。
4. 【請求項４】 一導電型の水銀・カドミウム・テルル層
   にイオン注入して不純物導入層を形成する工程と、 前記不純物導入層を除去する工程と、 前記不純物導入層が形成されていた領域の下方にあたる
   領域の水銀・カドミウム・テルル層にイオン注入し、さ
   らに加熱処理して、高濃度の反対導電型層を形成し、前
   記一導電型の水銀・カドミウム・テルル層と前記高濃度
   の反対導電型層との間に低濃度の反対導電型層を形成す
   る工程とを有することを特徴とする請求項３に記載の赤
   外線検知素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記一導電型の水銀・カドミウム・テル
   ル層は、深さ方向に向かってカドミウムの組成比が減少
   していること特徴とする請求項３に記載の赤外線検知素
   子。
6. 【請求項６】 カドミウムの組成比が高いところと低い
   ところが横方向に分布している一導電型の水銀・カドミ
   ウム・テルル層のカドミウムの組成比が高いところに反
   対導電型層が形成されてなることを特徴とする赤外線検
   知素子。
7. 【請求項７】 基板表面を選択的にエッチングし、凸部
   を形成する工程と、 液相成長により一導電型の水銀・カドミウム・テルル層
   を形成する工程と、 前記水銀・カドミウム・テルル層を平坦化する工程と、 前記凸部の上方の水銀・カドミウム・テルル層にイオン
   注入し、さらに加熱処理して、高濃度の反対導電型層を
   形成する工程とを有することを特徴とする請求項６に記
   載の赤外線検知素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記イオン注入するイオン種は、ボロ
   ン，キセノン，クリプトン又はインジウムであることを
   特徴とする請求項２、請求項４又は請求項７のいずれか
   に記載の赤外線検知素子の製造方法。