JPS6015005B2 - 光起電力型赤外線検知素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は赤外線検知素子、とくに光起電力型赤外線検知
素子の受光部における電極取り出し構造の改良に関する
ものである。

半導体赤外線検知素子の構成材料として一般に狭いバン
ドギャップの多元半導体、たとえば水銀カドミウムテル
ル（Ｈｇ１−ｘｃｄｘＴｅ）等が用いられている。

このような多元半導体からなる光起電力型赤外線検知素
子は、第１図に示すようにたとえばＰ型半導体基板１の
表面の水銀（Ｈｇ）等の拡散材料を拡散することにより
、該基板１と逆導電型となるｎ型半導体層２をもうけ、
ＰＮ接合を形成してダイオードを構成している。このダ
イオードのＰＮ接合に光子の波長エネルギーが素子材料
のエネルギーギャップよりも大きい赤外線が入射すると
、内部光鰭変換効果によってＰＮ接合間に電位差が生じ
、ダイオードの電極３，４間に電圧Ｖｏを発生せしめる
。一方この光起電力型赤外線検知素子は第２図で示す等
価回路で表わすことができる。

検知素子のＰＮ接合に赤外線が入射して光電変換した光
電流１は、１＝Ｒｉ・ぐ（Ｒｉ：レスポンシピテイ，０
：入射した光の鰭射量）で表され入射光量に比例した関
係にあり、入射光に対する応答感度（しスポルビテイ）
Ｒｉ‘ま、舵半学（り：量子効率、入：波長、ｑ：電気
秦量、ｈ：プランク定数、ｃ：光速度）で表され、童子
効率りは０．７〜０．窃茎度の値がすでに実現されてい
る。一方この検知素子の電圧レスポンシビテイＲＶにつ
いては、Ｒｖ＝Ｒｉ・Ｚｏ（Ｚｏ：接合抵抗）で表され
、同じレスポンシビテイＲｉに対して、より大きい接合
抵抗Ｚｏを持つ検知素子はより高い電圧レスポンシビテ
イを持つことになる。

また感度Ｄ＊についてもフリッカノィズ （ｎｉｃｋｅｒｎｏｉｓｅ）を無視すると、（Ａｄ：受
光面積、Ｒ：ボルッマン定数、Ｔ：素子温度、ｌｓｃ：
短絡電流）と表されるので、より大きな接合抵抗幼は大
きな感度Ｄ＊を与えることになる。

現在の素子構造における接合抵抗幼を減少している原因
としては素子のリーク電流に起因するものが大部分をし
めていることがわかった。

上述の接合抵抗を低下させている欠点を改善するために
、従来第３図で示すように、たとえば水銀カドミウムテ
ルル（日野−ｌｃ舷Ｔｅ）等からなるＰ型半導体基板１
の受光面となる表面に選択的に水銀（Ｈｇ）等を熱拡散
して前記基板１と逆導電型のｎ型半導体層２を形成した
後、ＰＮ接合の露呈面６を清浄化するため、前記熱拡散
工程によって水銀拡散濃度が不必要に高まって荒れたご
く薄い表面層、つまり点線５で示した部位を蝕刻除去し
、断面図で表す第４図および上面図で表す第５図で示す
ように絶縁層７で受光窓を形成した受光面８の端部に接
続するように電極３を絶縁層７上に亘って被着形成する
。また半導体基板１の裏面側にたとえば金（Ａｕ）等を
蒸着してもう一方の電極４を形成し構成していた。しか
し上述の蝕刻工程によって期待できる接合抵抗の改善は
ほとんど得られなかった。

一方リーク電流のうち特にＰＮ接合部にできる空乏層を
流れる電流成分については、ＰＮ後合が絶縁層、たとえ
ば硫化亜鉛（ＺｎＳ）等で形成した層に接している部分
では大きな表面反転層が生ずることは周知である。

この表面反転層は絶縁層中の負イオンなどに基づいた電
界によって発生するので電界誘発接合とも呼ばれている
。すなわち現実の半導体表面のＰＮ接合近傍では、ＰＮ
援合の外に電界誘発接合が存在することになり、実質的
に接合面積が増加したことと同等の効果をリーク電流の
増大という形でもたらすことになる。この電界誘発接合
は第５図で示すＰＮ接合の露呈部円状点線６に沿って環
状に存在することから、電極を上記点線６に沿った反転
層に接近して配設すると該電極は表面反転層に接するた
め、リーク電流はＰＮ接合に基づく成分と電界誘発接合
に基づく成分の両者で構成され、その結果大きな値とし
て観測されることになる。

前述した荒れた表面層の蝕刻によって接合抵抗の向上を
実現できなかった原因は、リーク電流の支配的根源がこ
の環状をなす電界誘発接合の表面反転層にあることを示
唆するものである。

本発明はかかる欠点に鑑みなされたもので、従来からの
製造工程を大きく変えることなく、電極の接続部位を前
述のＰＮ接合近傍に生ずる表面反転層が影響し難い位置
、つまり電極の接続を受光面の中央に設けて接合抵抗の
改善を行うもので、かかる目的を達成するために本発明
はＰＮ接合を構成してなる光起電力型赤外線検知素子の
Ｐ型半導体基板上から該基板と逆導電型のｎ型半導体層
上にわたって透光性絶縁層を形成し、ＰＮ接合部から離
れた前記受光面となるｎ型層のほぼ中央郡上の前記透光
性絶縁層に電極接続穴を設け、該中央部の接続穴より電
極を取り出したことを特徴とする新規なる光起電力型赤
外線検知素子を提供せんとするものである。

以下図面を用いて本発明の一実施例について詳細に説明
する。

まず第６図で示すように、たとえばＨｇｘ−ｌｃ舵Ｔｅ
等からなるＰ型半導体基板１の受光面となる表面に硫化
亜鉛（ＺｎＳ）等の絶縁物を蒸着して拡散保護マスクと
なる保護層１１を形成し、該半導体基板１と逆導電型の
ｎ型半導体層形成予定部位上の保護層１ １を選択的に
蝕刻除去し、その周囲の保護層１１をマスクとして除去
跡の基板１上に、この場合水銀（Ｈｇ）等を熱拡散法に
よって所要深さに拡散してｎ型半導体層２を形成する。

次いで第７図で示すように一旦硫化亜鉛（ＺｎＳ）から
なる保護層１ １を蝕刻除去したのち従来例でも説明し
たように熱拡散後の基板表面を点線５で示すように薄く
蝕刻除去し、第８図に示すようにＰ型半導体基板１上か
ら該基板１と逆導電型のｎ型半導体層２上にわたって透
光性で電気的に絶縁体となるたとえば硫化亜鉛（ＺｎＳ
）を蒸着して絶縁層１２を被看形成する。この場合絶縁
層１２の厚さを適切に選べば反射防止膜を兼ねることに
なり、受光感度の増加をもたらす。次いで逆導電型のｎ
型半導体層２の形成領域のほぼ中央部上の絶縁層１２に
電極接続穴ｄを選択的に蝕刻除去して形成した後、該電
極接続穴ｄより前記絶縁層１２上に亘ってメタルマスク
を介してインジウム（ｌｎ）等の導電材料を蒸着して電
極１３を形成する。また前記半導体基板１の裏面にたと
えば金（Ａｕ）を義着してもう一方の電極４を形成すれ
ば、第９図の上面図で示すように赤外線検知素子は点線
で示した円内が前記逆導電型のｎ型半導体層領域２であ
り、しかもそのまま受光面となる。そして上記点線で示
した部位がＰＮ接合部６であり、電極１３は第８図に示
すようにＰＮ接合部６より遠く離れた受光面の中央接続
部より透光性絶縁層１２上に亘つて配設された構造とな
り、したがって電界譲発接合効果が弱められ接合抵抗の
低下を減少することが可能となる。本発明はこれまでに
説明した実施例の構造以外にも、第１０図で示すように
ＰＮ接合を具えた半導体１上の所定受光部を第１の絶縁
層１４によって定め、電極１３をＰＮ接合部６より離れ
た受光部の中央接続部から透光性絶縁層１２を介して配
設した構造としてもよい。

また本実施例では主にＨｇ１−ｘｃｄｘＴｅを用いた光
起電力型赤外線検知素子の場合について説明したが、上
記以外の素子表面にリーク電流現象を持つ光起電力型素
子にも適用できることはいうまでもないことである。

以上説明した本発明に係る光起電力型赤外線検知素子は
、電極の構成をＰＮ接合部から離れた位置、つまりＰ型
半導体基板と逆導電型のｎ型半導体層領域（受光部）の
中央に接続部を設け、該接続部より前記ｎ型半導体層領
域から半導体基板にわたって設けた透光性絶縁層を介し
て電極を配設することによりＰＮ接合近傍に生ずる表面
反転層（電界誘発接合）から電極を遠ざけたことによっ
て電界誘発接合効果が弱められると共に、絶縁層と半導
体素子表面のリーク電流の通路も長くなるためＰＮ接合
部の抵抗が大きくなり、素子感度およびレスポンシビテ
ィを向上すること可能となる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の赤外線検知素子の構造を説明するための
断面図、第２図は光起電力型赤外線検知素子を等価回路
で説明する原理図、第３図および第４図は従来の赤外線
検知素子の製作工程を説明する断面図、第５図は従来の
赤外線検知素子の構造を説明する上面図、第６図および
第７図、第８図は本発明に係る赤外線検知素子の製作工
程の一実施例を説明するための断面図、第９図は本発明
に係る赤外線検知素子の一実施例構造を説明するための
上面図、第１０図は本発明に係る赤外線検知素子の変形
構造例を示す断面図である。 １：半導体基板、２：ｎ型半導体層、３，４，１３：電
極、７，１ １，１４：絶縁層、１２：透光性絶縁層。 第１図第２図 第３図 第４図 第７図 第５図 第６図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多元半導体からなる半導体基板の一表面に、該基板
   と逆導電型の半導体層を形成してＰＮ接合を構成してな
   る光起電力型赤外線検知素子において、前記逆導電型半
   導体層上に透光性絶縁層を形成し、かつ前記逆導電型半
   導体層のほぼ中央部上の前記透光性絶縁層に電極接続穴
   を設け、該接続穴より電極を取り出したことを特徴とす
   る光起電力型赤外線検知素子。