JPH0983010A - 赤外線受光装置およびその製造方法 - Google Patents
赤外線受光装置およびその製造方法Info
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- JPH0983010A JPH0983010A JP7233855A JP23385595A JPH0983010A JP H0983010 A JPH0983010 A JP H0983010A JP 7233855 A JP7233855 A JP 7233855A JP 23385595 A JP23385595 A JP 23385595A JP H0983010 A JPH0983010 A JP H0983010A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長選択機能を有した受光部とその駆動部と
を近接させ、かつこれら複数をアレイ状に配置できるよ
うにすることを目的とする。 【解決手段】 ｎ+-ＩｎＰ基板２０１側から赤外光を入
射すると、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０２（ｘ＝０．５
３）に赤外光が到達するまでに、短い波長の光が吸収さ
れるため、ｐ+ 領域２０９ｂからなるフォトダイオード
２１０ｂでは、波長１μｍから１．６５μｍに感度を有
することになる。また、ｐ+ 領域２０９ａからなるフォ
トダイオード２１０ａでは、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２
０２（ｘ＝０．５３）で波長１．６５μｍ以下の光を吸
収してしまうため、波長１．６５μｍから２．０７μｍ
に感度を有することになる。
を近接させ、かつこれら複数をアレイ状に配置できるよ
うにすることを目的とする。 【解決手段】 ｎ+-ＩｎＰ基板２０１側から赤外光を入
射すると、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０２（ｘ＝０．５
３）に赤外光が到達するまでに、短い波長の光が吸収さ
れるため、ｐ+ 領域２０９ｂからなるフォトダイオード
２１０ｂでは、波長１μｍから１．６５μｍに感度を有
することになる。また、ｐ+ 領域２０９ａからなるフォ
トダイオード２１０ａでは、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２
０２（ｘ＝０．５３）で波長１．６５μｍ以下の光を吸
収してしまうため、波長１．６５μｍから２．０７μｍ
に感度を有することになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光通信における
大規模な光路切り替えシステムの光モニターや、近赤外
から遠赤外の光の撮像・イメージセンシングなどに使用
される赤外線受光装置およびその製造方法に関する。
大規模な光路切り替えシステムの光モニターや、近赤外
から遠赤外の光の撮像・イメージセンシングなどに使用
される赤外線受光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】可視光用の、受光部が１次元あるいは２
次元のアレイ状に配置された受光装置としては、結晶シ
リコンを用いたＣＣＤや非晶質シリコンを用いたリニア
イメージセンサなどがある。これらは、テレビカメラ，
コピー，ファクシミリなどの撮像部に幅広く利用されて
いる。
次元のアレイ状に配置された受光装置としては、結晶シ
リコンを用いたＣＣＤや非晶質シリコンを用いたリニア
イメージセンサなどがある。これらは、テレビカメラ，
コピー，ファクシミリなどの撮像部に幅広く利用されて
いる。
【０００３】一方、光通信に用いられる波長１μｍ以上
の近赤外の受光には、通常ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で
あるＩｎＰ基板上に、エピタキシャル成長によりＩｎＧ
ａＡｓ層を形成したフォトダイオードを用いている。こ
れは、シリコンでは、結晶であれ非晶質であれ、１μｍ
以上の波長の吸収係数が極めて小さく、受光素子として
動作しないためである。また、より波長の長い２〜１０
ｎｍの赤外光の受光には、ＨｇＣｄＴｅ等の化合物半導
体が用いられている。
の近赤外の受光には、通常ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で
あるＩｎＰ基板上に、エピタキシャル成長によりＩｎＧ
ａＡｓ層を形成したフォトダイオードを用いている。こ
れは、シリコンでは、結晶であれ非晶質であれ、１μｍ
以上の波長の吸収係数が極めて小さく、受光素子として
動作しないためである。また、より波長の長い２〜１０
ｎｍの赤外光の受光には、ＨｇＣｄＴｅ等の化合物半導
体が用いられている。
【０００４】これらの、波長１μｍ以上の赤外光を受光
する受光部を、１次元あるいは２次元のアレイ状に配置
した赤外線受光装置としては、以下に示すものがある。
まず、図４に示すように、化合物半導体基板４１上にメ
サエッチングあるいは不純物拡散によってアレイ状にフ
ォトダイオード４２を形成し、各フォトダイオード４２
の片側の電極を化合物半導体基板４１を用いて共通と
し、もう一方の電極４３は、各々のフォトダイオード４
２から個別に配線４４を取り出して接続するようにした
ものである。
する受光部を、１次元あるいは２次元のアレイ状に配置
した赤外線受光装置としては、以下に示すものがある。
まず、図４に示すように、化合物半導体基板４１上にメ
サエッチングあるいは不純物拡散によってアレイ状にフ
ォトダイオード４２を形成し、各フォトダイオード４２
の片側の電極を化合物半導体基板４１を用いて共通と
し、もう一方の電極４３は、各々のフォトダイオード４
２から個別に配線４４を取り出して接続するようにした
ものである。
【０００５】また、図５に示すように、ハイブリッド型
の撮像デバイスがある。これは、化合物半導体基板から
なる平板型のセンサ５１を、Ｉｎバンプ５２を介して固
体電子走査部５３の入力に、電気的・機械的に接合した
ものである。この平板型のセンサ５１は、受光部として
ｐｎ接合部５１ａが形成されている。また、固体電子走
査部５３は、シリコン基板５３ａ上に読み出し回路とし
てＣＣＤ５３ｂが形成されているものである。
の撮像デバイスがある。これは、化合物半導体基板から
なる平板型のセンサ５１を、Ｉｎバンプ５２を介して固
体電子走査部５３の入力に、電気的・機械的に接合した
ものである。この平板型のセンサ５１は、受光部として
ｐｎ接合部５１ａが形成されている。また、固体電子走
査部５３は、シリコン基板５３ａ上に読み出し回路とし
てＣＣＤ５３ｂが形成されているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、以下に示すような問題点があった。
まず、図４に示した受光装置では、アレイ状にならんだ
フォトダイオードから、個別に配線を取り出すようにし
ているので、アレイの規模が大きくなると配線取り出し
が非常に困難になるという問題があった。この問題を解
決するためには、個別のフォトダイオード素子にスイッ
チング素子を設置し、配線をマトリックス状にすればよ
い。
成されていたので、以下に示すような問題点があった。
まず、図４に示した受光装置では、アレイ状にならんだ
フォトダイオードから、個別に配線を取り出すようにし
ているので、アレイの規模が大きくなると配線取り出し
が非常に困難になるという問題があった。この問題を解
決するためには、個別のフォトダイオード素子にスイッ
チング素子を設置し、配線をマトリックス状にすればよ
い。
【０００７】しかしここで、赤外光を受光しようとする
化合物半導体によるフォトダイオードと、スイッチング
素子とを、化合物半導体基板上に同時に形成しようとす
ると、以下に示すように、非常に困難である。まず、フ
ォトダイオードとスイッチング素子の膜厚や構造が異な
るために、フォトダイオード部分の化合物半導体薄膜の
エピタキシャル成長とエッチング加工を行った後に、ス
イッチング素子部分の化合物半導体薄膜のエピタキシャ
ル成長とエッチング加工を行うという複雑なプロセスに
より、この受光装置を製造することになる。
化合物半導体によるフォトダイオードと、スイッチング
素子とを、化合物半導体基板上に同時に形成しようとす
ると、以下に示すように、非常に困難である。まず、フ
ォトダイオードとスイッチング素子の膜厚や構造が異な
るために、フォトダイオード部分の化合物半導体薄膜の
エピタキシャル成長とエッチング加工を行った後に、ス
イッチング素子部分の化合物半導体薄膜のエピタキシャ
ル成長とエッチング加工を行うという複雑なプロセスに
より、この受光装置を製造することになる。
【０００８】または、フォトダイオードとスイッチング
素子の両方を積層した非常に複雑な多層構造をエピタキ
シャル成長して、これらをエッチングにより加工して、
それぞれの素子部を形成することになる。このように、
製造プロセスが非常に複雑かつ困難になるので、コスト
が高くなるだけではなく、アレイ状に多数の受光素子を
並べる場合の歩留りが非常に悪くなってしまう。
素子の両方を積層した非常に複雑な多層構造をエピタキ
シャル成長して、これらをエッチングにより加工して、
それぞれの素子部を形成することになる。このように、
製造プロセスが非常に複雑かつ困難になるので、コスト
が高くなるだけではなく、アレイ状に多数の受光素子を
並べる場合の歩留りが非常に悪くなってしまう。
【０００９】一方、図５に示した、ハイブリッド型の撮
像デバイスでは、まず、画素数が増えるにしたがい、各
画素における全数のＩｎバンプを完全に接着させること
が困難になるという問題があった。また、化合物半導体
とシリコン結晶との熱膨張の差が問題となり、機械的，
熱的な信頼性が低いという問題があった。そして、上述
した受光装置においては、波長の選択機能がなかった。
像デバイスでは、まず、画素数が増えるにしたがい、各
画素における全数のＩｎバンプを完全に接着させること
が困難になるという問題があった。また、化合物半導体
とシリコン結晶との熱膨張の差が問題となり、機械的，
熱的な信頼性が低いという問題があった。そして、上述
した受光装置においては、波長の選択機能がなかった。
【００１０】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、波長選択機能を有した受
光部とその駆動部とを近接させ、かつこれら複数をアレ
イ状に配置できるようにすることを目的とする。
るためになされたものであり、波長選択機能を有した受
光部とその駆動部とを近接させ、かつこれら複数をアレ
イ状に配置できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の赤外線受光装
置は、まず、化合物半導体からなる基板上に形成され
た、第１導電形の第１の化合物半導体層とこの第１の化
合物半導体層の所定領域に形成された第２導電形の化合
物半導体領域とから構成された第１のフォトダイオード
と、第１の化合物半導体層上に、格子不整合を緩和する
ためのバッファ層を介して形成された第１の化合物半導
体とはバンドギャップエネルギーの異なる第２の化合物
半導体層と、この第２の化合物半導体層の所定領域に形
成された第２導電形の化合物半導体領域とから構成され
た第２のフォトダイオードとを有する。そして、基板上
に絶縁膜を介して形成された非晶質または多結晶のシリ
コンから構成され、第１のフォトダイオードを駆動する
ための第１の薄膜トランジスタと、第２のフォトダイオ
ードを駆動するための第２の薄膜トランジスタとを有す
ることを特徴とする。このため、異なる波長に感度を有
するフォトダイオードと、それぞれを駆動する薄膜トラ
ンジスタとが、モノリシックに近接して構成される。
置は、まず、化合物半導体からなる基板上に形成され
た、第１導電形の第１の化合物半導体層とこの第１の化
合物半導体層の所定領域に形成された第２導電形の化合
物半導体領域とから構成された第１のフォトダイオード
と、第１の化合物半導体層上に、格子不整合を緩和する
ためのバッファ層を介して形成された第１の化合物半導
体とはバンドギャップエネルギーの異なる第２の化合物
半導体層と、この第２の化合物半導体層の所定領域に形
成された第２導電形の化合物半導体領域とから構成され
た第２のフォトダイオードとを有する。そして、基板上
に絶縁膜を介して形成された非晶質または多結晶のシリ
コンから構成され、第１のフォトダイオードを駆動する
ための第１の薄膜トランジスタと、第２のフォトダイオ
ードを駆動するための第２の薄膜トランジスタとを有す
ることを特徴とする。このため、異なる波長に感度を有
するフォトダイオードと、それぞれを駆動する薄膜トラ
ンジスタとが、モノリシックに近接して構成される。
【００１２】また、この発明の赤外線受光装置の製造方
法は、まず、化合物半導体からなる基板上に、第１導電
形の第１の化合物半導体層を形成する。次に、第１導電
形の化合物半導体層の所定領域に第２導電形の化合物半
導体領域を形成し、第１のフォトダイオードを形成す
る。次に、第１の化合物半導体層上に、格子不整合を緩
和するためのバッファ層を形成する。次に、バッファ層
上に、第１の化合物半導体とはバンドギャップエネルギ
ーの異なる第２の化合物半導体層を形成する。次に、第
２の化合物半導体層の所定領域に第２導電形の第２導電
形の化合物半導体領域を形成し、第２のフォトダイオー
ドを形成し、この後、基板全域に絶縁膜を形成する。そ
して、絶縁膜上に、非晶質または多結晶のシリコンから
なり、第１および第２のフォトダイオードを駆動するた
めの第１および第２の薄膜トランジスタを形成するよう
にした。このため、異なる波長に感度を有するフォトダ
イオードと、それぞれを駆動する薄膜トランジスタと
が、モノリシックに近接して形成される。
法は、まず、化合物半導体からなる基板上に、第１導電
形の第１の化合物半導体層を形成する。次に、第１導電
形の化合物半導体層の所定領域に第２導電形の化合物半
導体領域を形成し、第１のフォトダイオードを形成す
る。次に、第１の化合物半導体層上に、格子不整合を緩
和するためのバッファ層を形成する。次に、バッファ層
上に、第１の化合物半導体とはバンドギャップエネルギ
ーの異なる第２の化合物半導体層を形成する。次に、第
２の化合物半導体層の所定領域に第２導電形の第２導電
形の化合物半導体領域を形成し、第２のフォトダイオー
ドを形成し、この後、基板全域に絶縁膜を形成する。そ
して、絶縁膜上に、非晶質または多結晶のシリコンから
なり、第１および第２のフォトダイオードを駆動するた
めの第１および第２の薄膜トランジスタを形成するよう
にした。このため、異なる波長に感度を有するフォトダ
イオードと、それぞれを駆動する薄膜トランジスタと
が、モノリシックに近接して形成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下この発明における実施の形態
を図を参照して説明する。図１は、以降で説明するこの
発明による赤外線受光装置を複数配置した場合の等価回
路の構成を示す回路図である。同図において、１ａ，１
ｂは化合物半導体から構成されたフォトダイオード、２
ａ，２ｂはポリシリコンから構成されたスイッチング素
子としての薄膜トランジスタ、ＧＡ1〜ＧＡn，ＧＢ1〜
ＧＢnはゲート配線、Ｄ1〜Ｄnはデータ出力配線、Ｃが
共通バイアス配線である。
を図を参照して説明する。図１は、以降で説明するこの
発明による赤外線受光装置を複数配置した場合の等価回
路の構成を示す回路図である。同図において、１ａ，１
ｂは化合物半導体から構成されたフォトダイオード、２
ａ，２ｂはポリシリコンから構成されたスイッチング素
子としての薄膜トランジスタ、ＧＡ1〜ＧＡn，ＧＢ1〜
ＧＢnはゲート配線、Ｄ1〜Ｄnはデータ出力配線、Ｃが
共通バイアス配線である。
【００１４】共通バイアス配線Ｃに電圧をかけ、各フォ
トダイオード１ａ，１ｂが逆バイアスになるようにし、
ゲート配線ＧＡ1〜ＧＡn，ＧＢ1〜ＧＢnに電圧をかけて
薄膜トランジスタ２ａ，２ｂをオンにすると、光の当た
った画素のフォトダイオードから、受光した光の量に応
じた電気信号がデータ配線に出力され、外部の検出回路
（図示せず）を用いて読み取ることができる。そして、
各ゲート配線ＧＡ1〜ＧＡn，ＧＢ1〜ＧＢnに順に電圧を
かけていき、それぞれの列のトランジスタ２ａ，２ｂを
順にオンにしていくことで、そのタイミングに合わせ
て、各フォトダイオード１からの出力をデータ出力配線
Ｄ1〜Ｄnより取り出すことができる。
トダイオード１ａ，１ｂが逆バイアスになるようにし、
ゲート配線ＧＡ1〜ＧＡn，ＧＢ1〜ＧＢnに電圧をかけて
薄膜トランジスタ２ａ，２ｂをオンにすると、光の当た
った画素のフォトダイオードから、受光した光の量に応
じた電気信号がデータ配線に出力され、外部の検出回路
（図示せず）を用いて読み取ることができる。そして、
各ゲート配線ＧＡ1〜ＧＡn，ＧＢ1〜ＧＢnに順に電圧を
かけていき、それぞれの列のトランジスタ２ａ，２ｂを
順にオンにしていくことで、そのタイミングに合わせ
て、各フォトダイオード１からの出力をデータ出力配線
Ｄ1〜Ｄnより取り出すことができる。
【００１５】このとき、ゲート配線ＧＡ1〜ＧＡnを選択
すれば、フォトダイオード１ａからの出力のみを読み出
すことができ、ゲート配線ＧＢ1〜ＧＢnを選択すれば、
フォトダイオード１ｂからの出力のみを読み出すことが
できる。なお、図１の等価回路においては、データ出力
配線Ｄ1〜Ｄnを共通にしたが、ゲート配線を共通にし
て、データ配線をそれぞれ独立に構成するようにしても
良い。
すれば、フォトダイオード１ａからの出力のみを読み出
すことができ、ゲート配線ＧＢ1〜ＧＢnを選択すれば、
フォトダイオード１ｂからの出力のみを読み出すことが
できる。なお、図１の等価回路においては、データ出力
配線Ｄ1〜Ｄnを共通にしたが、ゲート配線を共通にし
て、データ配線をそれぞれ独立に構成するようにしても
良い。
【００１６】実施の形態１．図２は、この発明における
実施の形態の第１として、単一の画素の断面構造を示し
た断面図であり、図１におけるフォトダイオードと薄膜
トランジスタとがモノリシックに形成されている状態を
示している。以下、図２を用いて、製造方法について説
明する。
実施の形態の第１として、単一の画素の断面構造を示し
た断面図であり、図１におけるフォトダイオードと薄膜
トランジスタとがモノリシックに形成されている状態を
示している。以下、図２を用いて、製造方法について説
明する。
【００１７】まず、ｎ+-ＩｎＰ基板２０１上に、膜厚３
μｍの光吸収層としてのｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０２
（ｘ＝０．５３）を形成し、次に膜厚２μｍのｎ−Ｉｎ
Ｐ層２０３を形成する。次に、格子不整合を緩和するた
めのバッファ層としての膜厚１μｍとしたｎ−ＩｎＡｓ
xＰ1-x層２０４（ｘ＝０．１），膜厚１μｍのｎ−Ｉｎ
ＡｓxＰ1-x層２０５（ｘ＝０．２），膜厚１μｍのｎ−
ＩｎＡｓxＰ1-x層２０６（ｘ＝０．３）を形成する。
μｍの光吸収層としてのｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０２
（ｘ＝０．５３）を形成し、次に膜厚２μｍのｎ−Ｉｎ
Ｐ層２０３を形成する。次に、格子不整合を緩和するた
めのバッファ層としての膜厚１μｍとしたｎ−ＩｎＡｓ
xＰ1-x層２０４（ｘ＝０．１），膜厚１μｍのｎ−Ｉｎ
ＡｓxＰ1-x層２０５（ｘ＝０．２），膜厚１μｍのｎ−
ＩｎＡｓxＰ1-x層２０６（ｘ＝０．３）を形成する。
【００１８】そして、その上に、膜厚３μｍの光吸収層
としてのｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０７（ｘ＝０．７）
を形成し、キャップ層としての膜厚１μｍのｎ−ＩｎＡ
ｓxＰ1-x層２０８（ｘ＝０．３）を形成する。なお、上
述の層は、それぞれ順に、ＭＯＣＶＤ法でエピタキシャ
ル成長することにより形成した。
としてのｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０７（ｘ＝０．７）
を形成し、キャップ層としての膜厚１μｍのｎ−ＩｎＡ
ｓxＰ1-x層２０８（ｘ＝０．３）を形成する。なお、上
述の層は、それぞれ順に、ＭＯＣＶＤ法でエピタキシャ
ル成長することにより形成した。
【００１９】次に、ｎ−ＩｎＡｓＰ層２０４からｎ−Ｉ
ｎＡｓＰ層２０８までの一部を選択的にエッチングし、
この上より窒化シリコンからなるマスクパタン（図示せ
ず）を用いて、Ｚｎを選択的に不純物拡散させて、ｐ+
領域２０９ａ，２０９ｂを形成し、フォトダイオード２
１０ａ，２１０ｂを形成した。ここで、ｎ+-ＩｎＰ基板
２０１は、図１における共通バイアス配線となる。
ｎＡｓＰ層２０８までの一部を選択的にエッチングし、
この上より窒化シリコンからなるマスクパタン（図示せ
ず）を用いて、Ｚｎを選択的に不純物拡散させて、ｐ+
領域２０９ａ，２０９ｂを形成し、フォトダイオード２
１０ａ，２１０ｂを形成した。ここで、ｎ+-ＩｎＰ基板
２０１は、図１における共通バイアス配線となる。
【００２０】次に、窒化シリコンからなるマスクパタン
を除去した後、膜厚１μｍの酸化シリコンからなる絶縁
膜２１１を全面に形成し、膜厚７０ｎｍのモリブデン膜
をスパッタリング法で堆積し、これをパターニングし
て、ゲート配線２１２ａ，２１２ｂを形成する。続い
て、窒化シリコンからなる膜厚２００ｎｍのゲート絶縁
膜２１３，膜厚１００ｎｍのｉ−アモルファスシリコン
層２１４，窒化シリコンからなる膜厚２００ｎｍのチャ
ネル保護層２１５を形成する。これらは、それぞれ、プ
ラズマＣＶＤ法による成膜後、フォトリソグラフィなど
によるパターニングで形成する。
を除去した後、膜厚１μｍの酸化シリコンからなる絶縁
膜２１１を全面に形成し、膜厚７０ｎｍのモリブデン膜
をスパッタリング法で堆積し、これをパターニングし
て、ゲート配線２１２ａ，２１２ｂを形成する。続い
て、窒化シリコンからなる膜厚２００ｎｍのゲート絶縁
膜２１３，膜厚１００ｎｍのｉ−アモルファスシリコン
層２１４，窒化シリコンからなる膜厚２００ｎｍのチャ
ネル保護層２１５を形成する。これらは、それぞれ、プ
ラズマＣＶＤ法による成膜後、フォトリソグラフィなど
によるパターニングで形成する。
【００２１】この後、プラズマＣＶＤ法によりｎ+ 型の
不純物が高濃度に添加されたアモルファスシリコンを成
膜し、この膜をパターニングすることで、膜厚７０ｎｍ
のｎ+-アモルファスシリコン層２１６を形成する。以上
のことにより形成したゲート配線２１２ａ，２１２ｂ〜
ｎ+-アモルファスシリコン層２１６により、薄膜トラン
ジスタが形成される。
不純物が高濃度に添加されたアモルファスシリコンを成
膜し、この膜をパターニングすることで、膜厚７０ｎｍ
のｎ+-アモルファスシリコン層２１６を形成する。以上
のことにより形成したゲート配線２１２ａ，２１２ｂ〜
ｎ+-アモルファスシリコン層２１６により、薄膜トラン
ジスタが形成される。
【００２２】次に、膜厚２００ｎｍの酸化シリコンから
なる絶縁膜２１７を全面に形成し、ｎ+-ＩｎＰ基板２０
１，ｐ+ 領域２０９ａ，２０９ｂ，および，ｎ+-アモル
ファスシリコン層２１６ａ，２１６ｂの一部領域が露出
するようにコンタクトホールを形成する。そして、この
上より、膜厚１μｍのＡｌ膜をスパッタリング法で堆積
した後、パターニングして、データ出力配線２１８ａ，
２１８ｂ、フォトダイオードと薄膜トランジスタとを接
続する接続配線２１９ａ，２１９ｂ、そして、共通バイ
アス配線取り出し電極２２０を形成する。
なる絶縁膜２１７を全面に形成し、ｎ+-ＩｎＰ基板２０
１，ｐ+ 領域２０９ａ，２０９ｂ，および，ｎ+-アモル
ファスシリコン層２１６ａ，２１６ｂの一部領域が露出
するようにコンタクトホールを形成する。そして、この
上より、膜厚１μｍのＡｌ膜をスパッタリング法で堆積
した後、パターニングして、データ出力配線２１８ａ，
２１８ｂ、フォトダイオードと薄膜トランジスタとを接
続する接続配線２１９ａ，２１９ｂ、そして、共通バイ
アス配線取り出し電極２２０を形成する。
【００２３】以上示したように、この実施の形態によれ
ば、フォトダイオード部と薄膜トランジスタ部とをモノ
リシックに近接して形成できる。アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）のスイッチング素子（薄膜トランジスタ：
ＴＦＴ）は、アクティブマトリクス形液晶ディスプレイ
のスイッチング素子として広く使われているように、形
成温度が低いため、種々の基板上に容易に形成できる。
そのため、一般に、高温プロセスで劣化しやすい化合物
半導体の上に、その化合物半導体を劣化させることなく
形成できる。
ば、フォトダイオード部と薄膜トランジスタ部とをモノ
リシックに近接して形成できる。アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）のスイッチング素子（薄膜トランジスタ：
ＴＦＴ）は、アクティブマトリクス形液晶ディスプレイ
のスイッチング素子として広く使われているように、形
成温度が低いため、種々の基板上に容易に形成できる。
そのため、一般に、高温プロセスで劣化しやすい化合物
半導体の上に、その化合物半導体を劣化させることなく
形成できる。
【００２４】また、アモルファスシリコンによる薄膜ト
ランジスタのスイッチング特性、すなわち、オンとオフ
の電流の比は６桁あり、数百×数百というような大規模
な２次元のアレイ状に並べてもマトリクス駆動すること
が可能である。この結果、図２に示したフォトダイオー
ド部２１０ａ，２１０ｂと薄膜トランジスタ部からなる
セルを、容易に複数配置することができ、受光部を１次
元あるいは２次元のアレイ状に多数配置した赤外線イメ
ージセンサを形成できる。
ランジスタのスイッチング特性、すなわち、オンとオフ
の電流の比は６桁あり、数百×数百というような大規模
な２次元のアレイ状に並べてもマトリクス駆動すること
が可能である。この結果、図２に示したフォトダイオー
ド部２１０ａ，２１０ｂと薄膜トランジスタ部からなる
セルを、容易に複数配置することができ、受光部を１次
元あるいは２次元のアレイ状に多数配置した赤外線イメ
ージセンサを形成できる。
【００２５】ところで、図２において、ｎ−ＩｎxＧａ
1-xＡｓ層２０２（ｘ＝０．５３）のバンドギャップエ
ネルギーは０．７５ｅＶで、波長１．６５μｍ以下の光
を受光できる。また、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０７
（ｘ＝０．７）のバンドギャップエネルギーは０．６０
ｅＶで、波長２．０７μｍ以下の光を受光できる。ｎ+-
ＩｎＰ基板２０１側から赤外光を入射すると、その光吸
収層に赤外光が到達するまでに、短い波長の光が吸収さ
れるため、ｐ+ 領域２０９ｂからなるフォトダイオード
２１０ｂでは、波長１μｍから１．６５μｍに感度を有
することになる。
1-xＡｓ層２０２（ｘ＝０．５３）のバンドギャップエ
ネルギーは０．７５ｅＶで、波長１．６５μｍ以下の光
を受光できる。また、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０７
（ｘ＝０．７）のバンドギャップエネルギーは０．６０
ｅＶで、波長２．０７μｍ以下の光を受光できる。ｎ+-
ＩｎＰ基板２０１側から赤外光を入射すると、その光吸
収層に赤外光が到達するまでに、短い波長の光が吸収さ
れるため、ｐ+ 領域２０９ｂからなるフォトダイオード
２１０ｂでは、波長１μｍから１．６５μｍに感度を有
することになる。
【００２６】また、ｐ+ 領域２０９ａからなるフォトダ
イオード２１０ａでは、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０２
（ｘ＝０．５３）で波長１．６５μｍ以下の光が吸収さ
れてしまうため、波長１．６５μｍから２．０７μｍに
感度を有することになる。このため、例えば、図２に示
した赤外線受光装置を複数配置したとき、オンにする薄
膜トランジスタを選択することで、波長を選択して光検
出することが可能である。
イオード２１０ａでは、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ層２０２
（ｘ＝０．５３）で波長１．６５μｍ以下の光が吸収さ
れてしまうため、波長１．６５μｍから２．０７μｍに
感度を有することになる。このため、例えば、図２に示
した赤外線受光装置を複数配置したとき、オンにする薄
膜トランジスタを選択することで、波長を選択して光検
出することが可能である。
【００２７】実施の形態２．図３は、この発明における
実施の形態の第２として、単一の画素の断面構造を示し
た断面図である。以下、図３を用いて、製造方法につい
て説明する。この実施の形態においては、多結晶シリコ
ンを用いて薄膜トランジスタを形成している。この実施
の形態においては、フォトダイオード２１０ａ，２１０
ｂの形成は、上記実施の形態と同様であり、ｐ+ 領域２
０９ａ，２０９ｂの形成まではその説明を省略する。
実施の形態の第２として、単一の画素の断面構造を示し
た断面図である。以下、図３を用いて、製造方法につい
て説明する。この実施の形態においては、多結晶シリコ
ンを用いて薄膜トランジスタを形成している。この実施
の形態においては、フォトダイオード２１０ａ，２１０
ｂの形成は、上記実施の形態と同様であり、ｐ+ 領域２
０９ａ，２０９ｂの形成まではその説明を省略する。
【００２８】この実施の形態においては、選択的にｐ+
領域２０９ａ，２０９ｂを形成したキャップ層としての
膜厚１μｍのｎ−ＩｎＡｓxＰ1-x層２０８（ｘ＝０．
３）上全面に、酸化シリコンからなる膜厚１μｍの絶縁
膜２１１を形成し、次いで、膜厚１００ｎｍとなるよう
にシリコンをスパッタリング法で堆積し、所望の領域に
残るようにパターン形成する。そして、エキシマレーザ
を用いて、このシリコンを多結晶化してポリシリコンか
らなるチャネル層３０１を形成した。
領域２０９ａ，２０９ｂを形成したキャップ層としての
膜厚１μｍのｎ−ＩｎＡｓxＰ1-x層２０８（ｘ＝０．
３）上全面に、酸化シリコンからなる膜厚１μｍの絶縁
膜２１１を形成し、次いで、膜厚１００ｎｍとなるよう
にシリコンをスパッタリング法で堆積し、所望の領域に
残るようにパターン形成する。そして、エキシマレーザ
を用いて、このシリコンを多結晶化してポリシリコンか
らなるチャネル層３０１を形成した。
【００２９】次に、酸化シリコンからなる膜厚１００ｎ
ｍのゲート絶縁膜３０２をスパッタリング法で堆積した
後、Ｍｏを膜厚７０ｎｍとなるようにスパッタリング法
で堆積し、これをパターニングしてゲート配線２１２
ａ，２１２ｂを形成した。続いて、イオンシャワードー
ピング法でＰを注入することでソース・ドレイン領域３
０３を形成し、水素プラズマ処理によりチャネル層３０
１の水素化を行い、薄膜トランジスタ部を形成した。
ｍのゲート絶縁膜３０２をスパッタリング法で堆積した
後、Ｍｏを膜厚７０ｎｍとなるようにスパッタリング法
で堆積し、これをパターニングしてゲート配線２１２
ａ，２１２ｂを形成した。続いて、イオンシャワードー
ピング法でＰを注入することでソース・ドレイン領域３
０３を形成し、水素プラズマ処理によりチャネル層３０
１の水素化を行い、薄膜トランジスタ部を形成した。
【００３０】その後、酸化シリコンからなる膜厚２００
ｎｍの絶縁膜２１７を全面に形成し、所定の位置にコン
タクトホールを形成した後、Ａｌを約１μｍスパッタ法
により堆積する。そして、このＡｌをパターニングし
て、データ出力配線２１８ａ，２１８ｂ、フォトダイオ
ードと薄膜トランジスタ部とを接続する接続配線２１９
ａ，２１９ｂ、そして共通バイアス配線取り出し電極２
２０を形成する。以上のことのより、前述した実施の形
態と同様に、この実施の形態においても、感度を有する
波長帯域が異なる２つのフォトダイオード部とそれぞれ
を駆動する薄膜トランジスタ部とを、モノリシックに近
接して形成できる。
ｎｍの絶縁膜２１７を全面に形成し、所定の位置にコン
タクトホールを形成した後、Ａｌを約１μｍスパッタ法
により堆積する。そして、このＡｌをパターニングし
て、データ出力配線２１８ａ，２１８ｂ、フォトダイオ
ードと薄膜トランジスタ部とを接続する接続配線２１９
ａ，２１９ｂ、そして共通バイアス配線取り出し電極２
２０を形成する。以上のことのより、前述した実施の形
態と同様に、この実施の形態においても、感度を有する
波長帯域が異なる２つのフォトダイオード部とそれぞれ
を駆動する薄膜トランジスタ部とを、モノリシックに近
接して形成できる。
【００３１】すなわち、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ）の薄膜トランジスタも、多結晶化の工程にレーザー
アニール法を用いることにより、基板を高温に曝すこと
なく、種々の基板上に容易に形成できるので、化合物半
導体上に形成することができる。また、アモルファスシ
リコンによる薄膜トランジスタと同様に、このポリシリ
コンによる薄膜トランジスタにおいてもオンとオフの電
流の比は６桁あり、数百×数百というような大規模な２
次元のアレイ状に並べてもマトリクス駆動することが可
能である。
ｉ）の薄膜トランジスタも、多結晶化の工程にレーザー
アニール法を用いることにより、基板を高温に曝すこと
なく、種々の基板上に容易に形成できるので、化合物半
導体上に形成することができる。また、アモルファスシ
リコンによる薄膜トランジスタと同様に、このポリシリ
コンによる薄膜トランジスタにおいてもオンとオフの電
流の比は６桁あり、数百×数百というような大規模な２
次元のアレイ状に並べてもマトリクス駆動することが可
能である。
【００３２】なお、上述した実施の形態では、ＩｎとＧ
ａの組成比が異なる、２種類のＩｎＧａＡｓを光吸収層
に用いて、感度波長の異なる２つの受光素子をモノリシ
ックに形成するようにしたが、これに限るものではな
い。３種類以上の異なる化合物半導体を用いて、感度波
長の異なる３種類以上の受光素子と、それぞれの駆動用
のスイッチング素子とをモノリシックに形成するように
しても良いことはいうまでもない。このようにすること
で、３種類以上の波長選択機能を有する受光装置を実現
することができる。例えば、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ（ｘ
＝０．８５）を光吸収層にもちいれば、このバンドギャ
ップエネルギーは０．４７ｅＶで、波長２．６４μｍ以
下の光を受光でき、上述した２種類の組成のｎ−Ｉｎx
Ｇａ1-xＡｓからなる光吸収層と組み合わせれば、３種
類の波長選択機能を持たせることができる。
ａの組成比が異なる、２種類のＩｎＧａＡｓを光吸収層
に用いて、感度波長の異なる２つの受光素子をモノリシ
ックに形成するようにしたが、これに限るものではな
い。３種類以上の異なる化合物半導体を用いて、感度波
長の異なる３種類以上の受光素子と、それぞれの駆動用
のスイッチング素子とをモノリシックに形成するように
しても良いことはいうまでもない。このようにすること
で、３種類以上の波長選択機能を有する受光装置を実現
することができる。例えば、ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡｓ（ｘ
＝０．８５）を光吸収層にもちいれば、このバンドギャ
ップエネルギーは０．４７ｅＶで、波長２．６４μｍ以
下の光を受光でき、上述した２種類の組成のｎ−Ｉｎx
Ｇａ1-xＡｓからなる光吸収層と組み合わせれば、３種
類の波長選択機能を持たせることができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、化合物半導体から構成されたフォトダイオードが形
成された化合物半導体基板上に、絶縁膜を介して非晶質
または多結晶のシリコンから構成された、フォトダイオ
ードを駆動する薄膜トランジスタを形成するようにし、
その化合物半導体の組成を変えてそれらを２組以上形成
するようにした。このため、受光部であるフォトダイオ
ードと駆動部である薄膜トランジスタとを近接させ、か
つこれら複数をアレイ状に配置でき、波長選択機能を有
するという効果がある。
ば、化合物半導体から構成されたフォトダイオードが形
成された化合物半導体基板上に、絶縁膜を介して非晶質
または多結晶のシリコンから構成された、フォトダイオ
ードを駆動する薄膜トランジスタを形成するようにし、
その化合物半導体の組成を変えてそれらを２組以上形成
するようにした。このため、受光部であるフォトダイオ
ードと駆動部である薄膜トランジスタとを近接させ、か
つこれら複数をアレイ状に配置でき、波長選択機能を有
するという効果がある。
【図１】 この発明による赤外線受光装置を複数配置し
た場合の等価回路の構成を示す回路図である。
た場合の等価回路の構成を示す回路図である。
【図２】 この発明における実施の形態の第１として、
単一の画素の断面構造を示した断面図である。
単一の画素の断面構造を示した断面図である。
【図３】 この発明における実施の形態の第２として、
単一の画素の断面構造を示した断面図である。
単一の画素の断面構造を示した断面図である。
【図４】 光通信に用いられる従来の受光素子の構成を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図５】 従来のハイブリッド型の撮像デバイスの構成
を示す斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。
を示す斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。
２０１…ｎ+-ＩｎＰ基板、２０２…ｎ−ＩｎxＧａ1-xＡ
ｓ層（ｘ＝０．５３）、２０３…ｎ−ＩｎＰ層、２０４
…ｎ−ＩｎＡｓxＰ1-x層（ｘ＝０．１）、２０５…ｎ−
ＩｎＡｓxＰ1-x層（ｘ＝０．２）、２０６…ｎ−ＩｎＡ
ｓxＰ1-x層（ｘ＝０．３）、２０７…ｎ−ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ（ｘ＝０．７）、２０８…ｎ−ＩｎＡｓxＰ1-x層
（ｘ＝０．３）、２０９ａ，２０９ｂ…ｐ+ 領域、２１
０ａ，２１０ｂ…フォトダイオード、２１１，２１７…
絶縁膜、２１２ａ，２１２ｂ…ゲート配線、２１３…ゲ
ート絶縁膜、２１４…ｉ−アモルファスシリコン層、２
１５…チャネル保護層、２１６…ｎ+-アモルファスシリ
コン層、２１８ａ，２１８ｂ…データ出力配線、２１９
ａ，２１９ｂ…接続配線、２２０…共通バイアス配線取
り出し電極。
ｓ層（ｘ＝０．５３）、２０３…ｎ−ＩｎＰ層、２０４
…ｎ−ＩｎＡｓxＰ1-x層（ｘ＝０．１）、２０５…ｎ−
ＩｎＡｓxＰ1-x層（ｘ＝０．２）、２０６…ｎ−ＩｎＡ
ｓxＰ1-x層（ｘ＝０．３）、２０７…ｎ−ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ（ｘ＝０．７）、２０８…ｎ−ＩｎＡｓxＰ1-x層
（ｘ＝０．３）、２０９ａ，２０９ｂ…ｐ+ 領域、２１
０ａ，２１０ｂ…フォトダイオード、２１１，２１７…
絶縁膜、２１２ａ，２１２ｂ…ゲート配線、２１３…ゲ
ート絶縁膜、２１４…ｉ−アモルファスシリコン層、２
１５…チャネル保護層、２１６…ｎ+-アモルファスシリ
コン層、２１８ａ，２１８ｂ…データ出力配線、２１９
ａ，２１９ｂ…接続配線、２２０…共通バイアス配線取
り出し電極。
Claims (3)
- 【請求項１】 化合物半導体からなる基板上に形成され
た、第１導電形の第１の化合物半導体層とこの第１の化
合物半導体層の所定領域に形成された第２導電形の化合
物半導体領域とから構成された第１のフォトダイオード
と、 前記第１の化合物半導体層上に、格子不整合を緩和する
ためのバッファ層を介して形成された前記第１の化合物
半導体とはバンドギャップエネルギーの異なる第２の化
合物半導体層と、この第２の化合物半導体層の所定領域
に形成された第２導電形の化合物半導体領域とから構成
された第２のフォトダイオードと、 前記基板上に絶縁膜を介して形成された非晶質または多
結晶のシリコンから構成され、前記第１のフォトダイオ
ードを駆動するための第１の薄膜トランジスタと、前記
第２のフォトダイオードを駆動するための第２の薄膜ト
ランジスタとを有することを特徴とする赤外線受光装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の赤外線受光装置におい
て、 前記基板を共通として、 前記第１のフォトダイオードと第１の薄膜トランジスタ
が複数形成され、 前記第２のフォトダイオードと第２の薄膜トランジスタ
とが複数形成されていることを特徴とする赤外線受光装
置。 - 【請求項３】 化合物半導体からなる基板上に、第１導
電形の第１の化合物半導体層を形成する工程と、 前記第１導電形の化合物半導体層の所定領域に第２導電
形の化合物半導体領域を形成し、第１のフォトダイオー
ドを形成する工程と、 前記第１の化合物半導体層上に、格子不整合を緩和する
ためのバッファ層を形成する工程と、 前記バッファ層上に、前記第１の化合物半導体とはバン
ドギャップエネルギーの異なる第２の化合物半導体層を
形成する工程と、 前記第２の化合物半導体層の所定領域に第２導電形の第
２導電形の化合物半導体領域を形成し、第２のフォトダ
イオードを形成する工程と、 この後、基板全域に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に、非晶質または多結晶のシリコンからな
り、前記第１および第２のフォトダイオードを駆動する
ための第１および第２の薄膜トランジスタを形成する工
程とを有することを特徴とする赤外線受光装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233855A JPH0983010A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 赤外線受光装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233855A JPH0983010A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 赤外線受光装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0983010A true JPH0983010A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16961631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7233855A Pending JPH0983010A (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 赤外線受光装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0983010A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0901170A1 (en) * | 1997-09-03 | 1999-03-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Wavelength selective photodiode and module comprising the same |
| US6043550A (en) * | 1997-09-03 | 2000-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode and photodiode module |
| US6627516B2 (en) | 1999-07-06 | 2003-09-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of fabricating a light receiving device |
| WO2008026660A1 (fr) * | 2006-09-01 | 2008-03-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif à semi-conducteur de capture d'image et appareil d'informations électronique |
-
1995
- 1995-09-12 JP JP7233855A patent/JPH0983010A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0901170A1 (en) * | 1997-09-03 | 1999-03-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Wavelength selective photodiode and module comprising the same |
| US6043550A (en) * | 1997-09-03 | 2000-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode and photodiode module |
| US6340831B1 (en) | 1997-09-03 | 2002-01-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode and photodiode module |
| US6627516B2 (en) | 1999-07-06 | 2003-09-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of fabricating a light receiving device |
| WO2008026660A1 (fr) * | 2006-09-01 | 2008-03-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif à semi-conducteur de capture d'image et appareil d'informations électronique |
| JP2008060476A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Sharp Corp | 固体撮像装置および電子情報機器 |
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