JPH0945953A - 配列型赤外線検出器 - Google Patents

配列型赤外線検出器

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JPH0945953A
JPH0945953A JP7196836A JP19683695A JPH0945953A JP H0945953 A JPH0945953 A JP H0945953A JP 7196836 A JP7196836 A JP 7196836A JP 19683695 A JP19683695 A JP 19683695A JP H0945953 A JPH0945953 A JP H0945953A
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JP
Japan
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hgcdte
layer
carrier concentration
region
array
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JP7196836A
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Inventor
Akira Ajisawa
昭 味澤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 HgCdTeを用いた配列型赤外線検出器に
おいて、バルク部分と表面部分の両方の特性の優れたフ
ォトダイオードアレイを提供する。 【解決手段】 CdTe基板1上にて低キャリア濃度の
- −HgCdTe層2とp- −HgCdTe層2と同
一導電型をもつ高キャリア濃度のp+ −HgCdTe層
3が順次エピタキシャル成長された結晶上に、p- −H
gCdTe層2およびp+ −HgCdTe層3と反対の
導電型をもつn−HgCdTe領域領域4がアレイ状に
形成されている。n−HgCdTe領域領域4により形
成されるpn接合は、p+ −HgCdTe層3中に含ま
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、禁制帯幅の狭い半
導体、特に、Hgを含む化合物半導体を用いた配列型赤
外線検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、赤外線検出器においては、禁制
帯幅の狭い半導体を用いたものが高感度であることが知
られている。特に、検出部分にpn接合を有する光起電
力型素子、即ち、フォトダイオードを二次元に配列した
構成をもつ配列型赤外線検出器は、暗視カメラ等の赤外
線撮像装置などに適用できるので、有効である。その代
表的なものに、HgCdTe結晶を用いた配列型赤外線
検出器がある。
【0003】従来のHgCdTeを用いた一般的な配列
型赤外線検出器は、図3に示すように、CdTe基板1
(あるいは、GaAs基板等でもよい)を用い、LPE
法やMBE法等で成長した単層のp−HgCdTe7上
に、ボロン(B)等のイオン注入によりアレイ状に形成
したn−HgCdTe領域4、即ち、pn接合ダイオー
ドアレイにより構成される。保護膜としてはZnS保護
膜5が、電極にはIn電極6が通例用いられている。
尚、図3では、図示の繁雑さを避けるために、各画素か
らの出力信号を読み出すためにIn電極6に接続される
Siの信号処理回路は省略した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】配列型赤外線検出器の
特性は、個々のダイオードの電流電圧特性や量子効率等
の特性を総合して評価される。これらの特性は、p−H
gCdTe層の結晶性、特に、キャリア濃度に依存する
ところが大きい。そこで、結晶性をよくするためにキャ
リア濃度を低くすると、拡散長、キャリア寿命の増大に
より量子効率やバルク部分でのダイオード特性は向上す
る。反面、ZnS等の保護膜により表面反転が生じ易く
なり、ダイオードの表面特性は劣化する。一方、キャリ
ア濃度を高くすると、表面特性は安定するが、量子効率
等が著しく劣化する。このように、キャリア濃度の高低
に対する表面部分の特性とバルク部分の特性とは、相反
する関係にあるため、従来は、両特性双方に対して無難
なキャリア濃度として2×1016cm-3程度が用いられ
ており、総合的な特性の向上には限界があった。
【0005】本発明の課題は、表面およびバルク部分の
両特性に優れたフォトダイオードよりなる配列型赤外線
検出器を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
にて低キャリア濃度の第1のHgCdTe層と該第1の
HgCdTeと同一導電型をもつ高キャリア濃度の第2
のHgCdTe層が順次エピタキシャル成長された結晶
上に、前記第1および第2のHgCdTe層と反対の導
電型をもつHgCdTe領域がアレイ状に形成され、前
記反対の導電性をもつHgCdTe領域により形成され
るpn接合は、前記第2のHgCdTe層中に含まれる
ことを特徴とする配列型赤外線検出器が得られる。
【0007】本発明によればまた、基板上にて低キャリ
ア濃度の第1のHgCdTe層と該第1のHgCdTe
と同一導電型をもつ高キャリア濃度の第2のHgCdT
e層が順次エピタキシャル成長された結晶上に、前記第
1および第2のHgCdTe層と反対の導電型をもつH
gCdTe領域がアレイ状に形成され、前記反対の導電
性をもつHgCdTe領域により形成されるpn接合
は、前記第1および第2のHgCdTe層中に含まれ、
前記第2のHgCdTe層は、前記pn接合の深さに比
べて薄いことを特徴とする配列型赤外線検出器が得られ
る。
【0008】本発明によればさらに、前記第1のHgC
dTe層および前記第2のHgCdTe層は、I族の金
属元素のドーピングによるp型の導電性をもつ層である
前記配列型赤外線検出器が得られる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態による配列型赤外線検出器を説明する。
【0010】[形態1]図1は、本発明の実施の形態1
による配列型赤外線検出器を示す縦断面図である。以
下、図1を参照して、形態1による配列型赤外線検出器
の動作および特性を、製造方法と共に具体的に説明す
る。
【0011】まず、CdTe基板1上に、低キャリア濃
度p- −HgCdTe層2を10μm、高キャリア濃度
+ −HgCdTe層3を3μmをMBE法により順次
成長する。各層のキャリア濃度は、p型のHgCdTe
結晶が比較的得やすいAgドープを用い、低キャリア濃
度p- −HgCdTe層2に対しては5×1015
-3、高キャリア濃度p+ −HgCdTe層3に対して
は5×1016cm-3となるように制御する。
【0012】この後、Bのイオン注入を約150keV
の打ち込みエネルギーで行い、アレイ状にn−HgCd
Te領域4を形成することでフォトダイオードアレイを
形成する。ダイオードのpn接合の深さは1.5〜2μ
m程度なので、高キャリア濃度のp+ −HgCdTe層
3中に完全に含まれている。各ダイオードの大きさは、
20μm、ピッチは35μmである。
【0013】この後、HgCdTeに対して界面準位密
度が比較的小さいZnS保護膜5を形成し、最後に、I
n電極6を形成することにより素子は製造される。実際
には、さらに信号読み出し用のSiMOSICとのハイ
ブリッド化工程があるが、説明の繁雑さを避けるため
に、図1を用いた説明では省略した。
【0014】次に、本配列型赤外線検出器の動作および
特性について説明する。
【0015】裏面、即ち、CdTe基板1側より入射し
た赤外線は、バルク部分となっている低キャリア濃度p
- −HgCdTe層2にて、主に光電変換されて電子に
なり、さらに、拡散して各画素となるダイオードである
n−HgCdTe領域4に到達する。光電変換が行われ
たバルク領域では、低キャリア濃度の層であるため、拡
散長やキャリア寿命が長く非常に高い量子効率が得られ
高感度化が図れる。一方表面近傍では、高キャリア濃度
+ −HgCdTe層3中にダイオードアレイが形成さ
れているため、ZnS保護膜5中の固定電荷による表面
反転等の影響を受けにくく、良好な表面特性が得られ
る。さらに、前述したように、バルク部分の結晶性も優
れているので、総合的にみて良好なダイオード特性が得
られる。
【0016】また、ダイオードに近い部分では、高キャ
リア濃度p+ −HgCdTe層3が高キャリア濃度であ
るため、この領域では拡散長は短い。したがって、この
領域で光電変換された電子は、最寄りのダイオードにの
み拡散して行くため、クロストークの影響も小さく、高
い空間分解能が得られるという効果をも本発明では得ら
れる。
【0017】[形態2]図2は、本発明の実施の形態2
による配列型赤外線検出器を示す縦断面図である。同図
において、形態1と同一部あるいは同様部には、図1と
同符号を付し、説明を省略する。
【0018】図2において、形態2による配列型赤外線
検出器は、製造方法に関しては、高キャリア濃度p+
HgCdTe層3′の層厚を、ダイオードのpn接合の
深さ1.5〜2μm程度よりも薄い0.5μm程度に設
定したことを除けば、他の部分の厚さ、キャリア濃度等
は、図1に示した形態1による配列型赤外線検出器とほ
ぼ同じである。
【0019】動作、特性に関しても、バルク部分および
表面部分の両方の特性が共に優れている点では、形態1
による配列型赤外線検出器と同様であるが、形態2で
は、さらにn−HgCdTe領域4により形成されるp
n接合の大部分が低キャリア濃度p- −HgCdTe層
2に接しているために、トンネル電流が大きく減少する
特徴をも有している。これは、10μm帯の赤外線を感
知する赤外線検出器に対しては、特に有効である。
【0020】以上説明したように、本発明の実施の形態
1、2による配列型赤外線検出器は、表面から離れた部
分、即ち、バルクの部分は、キャリア濃度の低いp-
HgCdTe層であり、pn接合ダイオードが形成され
ている。一方、表面保護膜と接する部分は、キャリア濃
度の高いp+ −HgCdTe層である。ダイオードのバ
ルク部分では、キャリア濃度が低い方が、キャリアのラ
イフタイムが長く、かつ量子効率も高いため、良好な特
性が得られる。また、ダイオードの表面近傍では、キャ
リア濃度の高い方が、表面保護膜の固定電荷に対して表
面反転を起こしにくいため、優れた表面特性が得られ
る。特に、禁制帯幅の小さいHgCdTe材料では、こ
れが顕著である。したがって、本発明を用いることによ
り、量子効率等のバルク部分の特性とダイオードの表面
特性との両方を同時に満足することができる。
【0021】尚、以上説明した実施の形態1および2に
よる配列型赤外線検出器における基板の種類、結晶成長
の方法はあくまでも一例であり、本発明においては、基
板としてはGaAs基板やSi基板、成長方法としては
MOCVD法を用いてもよい。また、各層のキャリア濃
度に関しては、高低の差があり、かつ前述した効果が得
られるのであれば、実施の形態の設定値に限られるもの
ではない。
【0022】
【発明の効果】本発明による配列型赤外線検出器は、基
板上にて低キャリア濃度の第1のHgCdTe層と第1
のHgCdTeと同一導電型をもつ高キャリア濃度の第
2のHgCdTe層が順次エピタキシャル成長された結
晶上に、第1および第2のHgCdTe層と反対の導電
型をもつHgCdTe領域がアレイ状に形成され、反対
の導電性をもつHgCdTe領域により形成されるpn
接合が第2のHgCdTe層中に含まれているため、バ
ルク部分での特性と表面特性の両方の特性の優れたフォ
トダイオードアレイを実現でき、配列型赤外線検出器と
して高性能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による配列型赤外線検出
器を説明するための図である。
【図2】本発明の実施の形態2による配列型赤外線検出
器を説明するための図である。
【図3】従来例による配列型赤外線検出器を示す図であ
る。
【符号の説明】 1 CdTe基板 2 低キャリア濃度p- −HgCdTe層 3、3′ 高キャリア濃度p+ −HgCdTe層 4 n−HgCdTe領域 5 ZnS保護膜 6 In電極 7 p−HgCdTe層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にて低キャリア濃度の第1のHg
    CdTe層と該第1のHgCdTeと同一導電型をもつ
    高キャリア濃度の第2のHgCdTe層が順次エピタキ
    シャル成長された結晶上に、前記第1および第2のHg
    CdTe層と反対の導電型をもつHgCdTe領域がア
    レイ状に形成され、前記反対の導電性をもつHgCdT
    e領域により形成されるpn接合は、前記第2のHgC
    dTe層中に含まれることを特徴とする配列型赤外線検
    出器。
  2. 【請求項2】 基板上にて低キャリア濃度の第1のHg
    CdTe層と該第1のHgCdTeと同一導電型をもつ
    高キャリア濃度の第2のHgCdTe層が順次エピタキ
    シャル成長された結晶上に、前記第1および第2のHg
    CdTe層と反対の導電型をもつHgCdTe領域がア
    レイ状に形成され、前記反対の導電性をもつHgCdT
    e領域により形成されるpn接合は、前記第1および第
    2のHgCdTe層中に含まれ、前記第2のHgCdT
    e層は、前記pn接合の深さに比べて薄いことを特徴と
    する配列型赤外線検出器。
  3. 【請求項3】 前記第1のHgCdTe層および前記第
    2のHgCdTe層は、I族の金属元素のドーピングに
    よるp型の導電性をもつ層である請求項1または2に記
    載の配列型赤外線検出器。
JP7196836A 1995-08-01 1995-08-01 配列型赤外線検出器 Pending JPH0945953A (ja)

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19980318