JPS6167958A - 光検知素子 - Google Patents
光検知素子Info
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
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- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 21
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 abstract 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0296—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
- H01L31/02966—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe including ternary compounds, e.g. HgCdTe
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は旧Ｓ型光検知素子の改善に関する。
光学的画像を電気信号に変換する撮像装置は、テレビジ
ョン等の一最的情報から各種の専門的分野まで広く利用
されている。
ョン等の一最的情報から各種の専門的分野まで広く利用
されている。
これらの（静像装置の固体化が現在進められているが、
膨大な情報量を有する光学的画像を対象とする撮像装置
の固体化は容易ではなく段階的進歩の途上にあり、その
構造及び動作方法について改善の努力が重ねられている
。
膨大な情報量を有する光学的画像を対象とする撮像装置
の固体化は容易ではなく段階的進歩の途上にあり、その
構造及び動作方法について改善の努力が重ねられている
。
この固体撮像装置などの光電変換装置にしばしば旧Ｓ型
光検知素子が用いられているが、その効率の向上が必要
とされている。
光検知素子が用いられているが、その効率の向上が必要
とされている。
Ｍｉｓ型光検知素子の基本的構造及びその動作の一例を
、第２図を参照して説明する。
、第２図を参照して説明する。
第２図は従来のＭｉｓ型光検知素子の一例についてその
動作を模式的側断面図で示す。図において、１１は単結
晶半導体基体、１４は絶縁膜、１５は蓄積電極、１６は
、読出し電極であって、目的とする光に対して蓄積電極
１５は透明、読出し電極１６は不透明で′ある。
動作を模式的側断面図で示す。図において、１１は単結
晶半導体基体、１４は絶縁膜、１５は蓄積電極、１６は
、読出し電極であって、目的とする光に対して蓄積電極
１５は透明、読出し電極１６は不透明で′ある。
「蓄積」第２図（ａ）
基体１１に対する蓄積電極１５と読出し電極１６の電位
を、例えば半導体基体１１がｎ型であるとき負として、
両電極１５及び１６の下の半導体基体１１にボテンシャ
ル井戸１７及び１８をそれぞれ形成する。
を、例えば半導体基体１１がｎ型であるとき負として、
両電極１５及び１６の下の半導体基体１１にボテンシャ
ル井戸１７及び１８をそれぞれ形成する。
この状態の旧Ｓ型光検知素子上に光を入射させれば、光
は蓄積電極１５及び絶縁膜１４を透過して半導体基体１
１に入射し、光電変換作用によって生じた少数キャリア
、この場合には正札が模式的に斜線で示す如くポテンシ
ャル井戸１７に蓄積される。
は蓄積電極１５及び絶縁膜１４を透過して半導体基体１
１に入射し、光電変換作用によって生じた少数キャリア
、この場合には正札が模式的に斜線で示す如くポテンシ
ャル井戸１７に蓄積される。
この蓄積された電荷量は入射光量に比例して信号電荷と
呼ばれる。
呼ばれる。
「転送」第２図（ｂ）
蓄積電極１５にパルスを印加してこれを基体１１と同電
位とし、ポテンシャル井戸１７を消滅させれば、ここに
蓄積されていた信号電荷は読出し電極１６の下のポテン
シャル井戸１８に転送される。この転送後の読出し電極
１６の電位が基準電位としてサンプリングされる。
位とし、ポテンシャル井戸１７を消滅させれば、ここに
蓄積されていた信号電荷は読出し電極１６の下のポテン
シャル井戸１８に転送される。この転送後の読出し電極
１６の電位が基準電位としてサンプリングされる。
「注入」第２図（ｃ）
読出し電極１６に注入パルスを印加して、これを基体１
１と同電位とし、ポテンシャル井戸１８を消滅させて転
送された電荷を基体１１中へ注入する。
１と同電位とし、ポテンシャル井戸１８を消滅させて転
送された電荷を基体１１中へ注入する。
「蓄積電位サンプリング」第２図（ｄ）読出し電４Ｍ１
６の下に再びポテンシャル井戸１８を作る。信号電荷が
先に基体１１に注入されているために、このときのポテ
ンシャル井戸１８は空となる。
６の下に再びポテンシャル井戸１８を作る。信号電荷が
先に基体１１に注入されているために、このときのポテ
ンシャル井戸１８は空となる。
続出し電極１６のこの時点における電位がサンプリング
され、先の基準電位との差が信号電圧として検出される
。
され、先の基準電位との差が信号電圧として検出される
。
以上説明したＭｒＳ型光検知素子の基本的な動作原理に
対してその実際の動作では、前記蓄積電位サンプリング
の際の読出し電極１６の下のポテンシャル井戸１８に電
荷が残留することがある。この残留電荷は１回の注入で
取り扱える電荷量が制限されること、或いは半導体基体
内のトラップなどによって生ずるが、これによって、検
出効率が例えば８０％程度に低下することがしばしばあ
る。
対してその実際の動作では、前記蓄積電位サンプリング
の際の読出し電極１６の下のポテンシャル井戸１８に電
荷が残留することがある。この残留電荷は１回の注入で
取り扱える電荷量が制限されること、或いは半導体基体
内のトラップなどによって生ずるが、これによって、検
出効率が例えば８０％程度に低下することがしばしばあ
る。
更に固体撮像装置では、複数のこの光検知素子の読出し
電極がしばしば同一母線に接続される。
電極がしばしば同一母線に接続される。
この場合に残留電荷は、その素子と読出し電極が共通接
続された他の素子に・クロストークを生ずる。
続された他の素子に・クロストークを生ずる。
このような残留電荷を抑制するために、第３図に示す例
の如く、ポテンシャル井戸より深い、注入されたキャリ
アの拡散ｆＪ域に再結合層を備えたＭＩＳ型光検知素子
が既に知られている。
の如く、ポテンシャル井戸より深い、注入されたキャリ
アの拡散ｆＪ域に再結合層を備えたＭＩＳ型光検知素子
が既に知られている。
本従来例において、１１はＣｄＴｅ単結晶基板、１２は
例えば厚さが２０ｔＩｍ程度のｌｌｇｏ、 ９ＣｄＯ，
＋Ｔｅ単結晶層、１３は例えば厚さが５，１１１１１程
度のｎ型Ｈｇａ、 ｔｃｄｏ、 ３Ｔｅ単結晶層であり
、その他は前記第２図と同様であって、ｎ型Ｈｇｏ、
ｖｃｄｃ＋、 ：＋Ｔｅ単結晶層１３は波長３〜５ μ
ｍ帯に対応する光検知部、Ｈｇｏ、 ｑｃｄｏ１Ｔｅ単
結晶１１２は先に述べた再結合層である。
例えば厚さが２０ｔＩｍ程度のｌｌｇｏ、 ９ＣｄＯ，
＋Ｔｅ単結晶層、１３は例えば厚さが５，１１１１１程
度のｎ型Ｈｇａ、 ｔｃｄｏ、 ３Ｔｅ単結晶層であり
、その他は前記第２図と同様であって、ｎ型Ｈｇｏ、
ｖｃｄｃ＋、 ：＋Ｔｅ単結晶層１３は波長３〜５ μ
ｍ帯に対応する光検知部、Ｈｇｏ、 ｑｃｄｏ１Ｔｅ単
結晶１１２は先に述べた再結合層である。
この再結合層を構成するＨｇｏ、 ｑｃｄｏ、 １Ｔｅ
単結晶のエネルギー・ギャップはほぼＯｅＶであって、
注入されたキャリア、本従来例では正孔はこの再結合層
において容易に電子と再結合して電荷注入の効果が改善
され、残留電荷が抑制される。
単結晶のエネルギー・ギャップはほぼＯｅＶであって、
注入されたキャリア、本従来例では正孔はこの再結合層
において容易に電子と再結合して電荷注入の効果が改善
され、残留電荷が抑制される。
しかしながら前記従来例では、その結晶に格子不整転位
（ミスフィツト転位）が発生して、旧Ｓ型光検知素子の
効率が…なわれるという問題点が明らかになった。
（ミスフィツト転位）が発生して、旧Ｓ型光検知素子の
効率が…なわれるという問題点が明らかになった。
すなわち前記従来例において、Ｉｌｇｏ、 、ｃｄ６．
３Ｔｅ光検知層１３とＨｇｏ、 ｑｃｄ＋１．１Ｔｅ再
結合層１２との間の格子不整合が約σ、０６％、またｌ
ｌｇｏ、 ｑｃｄｏ、 ＩＴｅ再結合層１２とＣｄＴｅ
基板１１との間の格子不整合が約０．３％あって、Ｈｇ
ｏ、 ｑＣｄｏ、 １Ｔｅ再結合層１２にミスフィツト
転位が発生し、この転位の一部はＨｇｏ、 ｔｃｄ（＋
、、、Ｔｅ光検知層１３にも延び再結合中心として作用
して、ポテンシャル井戸への電荷の蓄積を減少させ、ｔ
１ｉｓ型光検知素子の効率の低下を招いている。
３Ｔｅ光検知層１３とＨｇｏ、 ｑｃｄ＋１．１Ｔｅ再
結合層１２との間の格子不整合が約σ、０６％、またｌ
ｌｇｏ、 ｑｃｄｏ、 ＩＴｅ再結合層１２とＣｄＴｅ
基板１１との間の格子不整合が約０．３％あって、Ｈｇ
ｏ、 ｑＣｄｏ、 １Ｔｅ再結合層１２にミスフィツト
転位が発生し、この転位の一部はＨｇｏ、 ｔｃｄ（＋
、、、Ｔｅ光検知層１３にも延び再結合中心として作用
して、ポテンシャル井戸への電荷の蓄積を減少させ、ｔ
１ｉｓ型光検知素子の効率の低下を招いている。
前記問題点は、単結晶基板上に第１の単結晶層と第２の
単結晶層とを備えてダブルヘテロ接合が形成され、該第
２の単結晶層上に絶縁膜を介して電極が設けられて、該
第２の単結晶層と該単結晶基板との格子定数が等しく、
該第１の単結晶層は該第２の単結晶層及び該単結晶基板
よりエネルギー・ギャップが小であり、かつ該第１の単
結晶層が格子不整転位を発生しない限界厚さくｃｒｉｔ
ｉｃａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）以下である本発明による
光検知素子により解決される。
単結晶層とを備えてダブルヘテロ接合が形成され、該第
２の単結晶層上に絶縁膜を介して電極が設けられて、該
第２の単結晶層と該単結晶基板との格子定数が等しく、
該第１の単結晶層は該第２の単結晶層及び該単結晶基板
よりエネルギー・ギャップが小であり、かつ該第１の単
結晶層が格子不整転位を発生しない限界厚さくｃｒｉｔ
ｉｃａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）以下である本発明による
光検知素子により解決される。
本発明による旧Ｓ型光検知素子では、光検知部とする単
結晶層と格子定数が等しい単結晶を基板として、この格
子定数が等しい基板と光検知層との間に、これと格子定
数が異なる再結合層を挟んでいる。
結晶層と格子定数が等しい単結晶を基板として、この格
子定数が等しい基板と光検知層との間に、これと格子定
数が異なる再結合層を挟んでいる。
この様なダブルヘテロ接合構造でも、中間に挟まれる単
結晶層の厚さが成る限界値以下であるならばミスフィツ
ト転位が発生しない。なお、この限界厚さの値は単結晶
材料の組合せによって定まる。
結晶層の厚さが成る限界値以下であるならばミスフィツ
ト転位が発生しない。なお、この限界厚さの値は単結晶
材料の組合せによって定まる。
本発明では、この条件に適合してミスフィツト転位を含
まない半導体基体を用いることによって、前記問題点を
解決して、ＭＩＳ型光検知素子の効率等の特性を改善す
る。
まない半導体基体を用いることによって、前記問題点を
解決して、ＭＩＳ型光検知素子の効率等の特性を改善す
る。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第１図（ａ）は本発明の実施例を示す模式側断面図、同
図（ｂ）はその基板、再結合層及び光検知層の格子定数
を示す図、同図（ｃ）はそのエネルギー・ギャップを示
す図である。
図（ｂ）はその基板、再結合層及び光検知層の格子定数
を示す図、同図（ｃ）はそのエネルギー・ギャップを示
す図である。
第１図（ｒ３）において、１はＣｄＴｅ ｌ −ｘＳｅ
ｘ単結晶基板、２はＩｌｇｏ、 ｑｃｄｏ、 １Ｔｅ単
結晶再結合層、３はｎ型のＨｇｏ、ｃｄｏ、 ３ＴＥ！
単結晶光検知層、４は絶縁膜、５は蓄積電極、６は読出
し電極である。
ｘ単結晶基板、２はＩｌｇｏ、 ｑｃｄｏ、 １Ｔｅ単
結晶再結合層、３はｎ型のＨｇｏ、ｃｄｏ、 ３ＴＥ！
単結晶光検知層、４は絶縁膜、５は蓄積電極、６は読出
し電極である。
本実施例では、ＣｄＴｅ １− ｚｓｅｘ基板ｌ基板酸
Ｘ＝０．０４として、この基板とＨｇｏ、 ｗｃｄｏ、
：＋Ｔｅ光検知層３との格子定数を約６．４６５０人
と等しくしている。この格子定数に対して、Ｈｇｏ、
ｑＣｄｏ、 １Ｔｅ再結合層２の格子定数は図（ｂ）に
示す如く約０．０６％の不整合があるが、その厚さを前
記の限界厚さ約０．２−以下としているために、この格
子不整合に起因するミスフィツト転位が発生していない
。
Ｘ＝０．０４として、この基板とＨｇｏ、 ｗｃｄｏ、
：＋Ｔｅ光検知層３との格子定数を約６．４６５０人
と等しくしている。この格子定数に対して、Ｈｇｏ、
ｑＣｄｏ、 １Ｔｅ再結合層２の格子定数は図（ｂ）に
示す如く約０．０６％の不整合があるが、その厚さを前
記の限界厚さ約０．２−以下としているために、この格
子不整合に起因するミスフィツト転位が発生していない
。
また図（ｃ）に示す如くエネルギー・ギャップは、Ｈｇ
ｏ、 ７ｃｄｏ、 ３Ｔｅ光検知層３が約０．２５ｅＶ
であって波長３〜５ ａｍ帯に適合し、Ｉｌｇｏ、 ｑ
ｃｄｏ、 ＋Ｔｅ再結合層２はほぼＯｅＶであってキャ
リアの再結合に最も適している。なおＣｄＴｅ 、 −
、Ｓｅ、基板ｌのエネルギー・ギヤツブは特に意味を有
しない。
ｏ、 ７ｃｄｏ、 ３Ｔｅ光検知層３が約０．２５ｅＶ
であって波長３〜５ ａｍ帯に適合し、Ｉｌｇｏ、 ｑ
ｃｄｏ、 ＋Ｔｅ再結合層２はほぼＯｅＶであってキャ
リアの再結合に最も適している。なおＣｄＴｅ 、 −
、Ｓｅ、基板ｌのエネルギー・ギヤツブは特に意味を有
しない。
以上説明した如く本発明によれば、注入されたキャリア
の拡散領域に再結合層を備えたＭｉｓ型光検知素子にお
いて、ポテンシャル井戸へのキャリアの蓄積を減少させ
る再結合中心を生ずるミスフィツト転位の発生が防止さ
れて光検出効率が向上し、再結合層の効果も充分に活か
されて、優れた特性の旧Ｓ型光検知素子を提供すること
が出来る
の拡散領域に再結合層を備えたＭｉｓ型光検知素子にお
いて、ポテンシャル井戸へのキャリアの蓄積を減少させ
る再結合中心を生ずるミスフィツト転位の発生が防止さ
れて光検出効率が向上し、再結合層の効果も充分に活か
されて、優れた特性の旧Ｓ型光検知素子を提供すること
が出来る
第１図（ａ）は本発明の実施例を示す模式側断面図、
第１図（ｂ）はその基板、再結合層及び光検知層の格子
定数を示す図、 第１図（ｃ）はそのエネルギー・ギャップを示す図、 第２図は旧Ｓ型光検知素子の動作を示す模式白側断面図
、 第３図は従来例を示す模式側断面図である。 図において、 ■はｃａｒｅ＋−ｘｓｅＪ板、 ２はｌｌｇｏ、 ｑＣｄｏ、 １Ｔｅ再結合層、３はｎ
型Ｈｇｏ、 ｔＣｄｏ、 ３Ｔｅ光検知層、４は絶縁膜
、 ５は蓄積電極、 ６は読出し電極、 を示す。 第 ｉ 口 ｔｂ）
Ｃ０２年 ２ 圀 竿 ３ 図
定数を示す図、 第１図（ｃ）はそのエネルギー・ギャップを示す図、 第２図は旧Ｓ型光検知素子の動作を示す模式白側断面図
、 第３図は従来例を示す模式側断面図である。 図において、 ■はｃａｒｅ＋−ｘｓｅＪ板、 ２はｌｌｇｏ、 ｑＣｄｏ、 １Ｔｅ再結合層、３はｎ
型Ｈｇｏ、 ｔＣｄｏ、 ３Ｔｅ光検知層、４は絶縁膜
、 ５は蓄積電極、 ６は読出し電極、 を示す。 第 ｉ 口 ｔｂ）
Ｃ０２年 ２ 圀 竿 ３ 図
Claims (1)
- 単結晶基板上に第１の単結晶層と第２の単結晶層とを
備えてダブルヘテロ接合が形成され、該第２の単結晶層
上に絶縁膜を介して電極が設けられて、該第２の単結晶
層と該単結晶基板との格子定数が等しく、該第１の単結
晶層は該第２の単結晶層及び該単結晶基板よりエネルギ
ー・ギャップが小であり、かつ該第１の単結晶層が格子
不整転位を発生しない限界厚さ以下であることを特徴と
する光検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59190809A JPS6167958A (ja) | 1984-09-12 | 1984-09-12 | 光検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59190809A JPS6167958A (ja) | 1984-09-12 | 1984-09-12 | 光検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6167958A true JPS6167958A (ja) | 1986-04-08 |
Family
ID=16264105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59190809A Pending JPS6167958A (ja) | 1984-09-12 | 1984-09-12 | 光検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6167958A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0265251A2 (en) * | 1986-10-21 | 1988-04-27 | Colorado School Of Mines Foundation, Inc. | Heterojunction p-i-n-photovoltaic cell |
| US5001532A (en) * | 1989-09-06 | 1991-03-19 | Rockwell International Corporation | Impurity band conduction detector having photoluminescent layer |
-
1984
- 1984-09-12 JP JP59190809A patent/JPS6167958A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0265251A2 (en) * | 1986-10-21 | 1988-04-27 | Colorado School Of Mines Foundation, Inc. | Heterojunction p-i-n-photovoltaic cell |
| US5001532A (en) * | 1989-09-06 | 1991-03-19 | Rockwell International Corporation | Impurity band conduction detector having photoluminescent layer |
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