JPH0286176A - 光電変換装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 光電変換装置に関し、 遮光膜で画定された光学開口外に設けたコンタクト領域
によって光電変換装置の暗電流成分が増−加して光電変
換装置の感度が低下するのを防止するのを目的とし、 半導体基板表面に該基板と逆導電型を有する領域が形成
され、光電変換を行うＰ−Ｎ接合部と、前記Ｐ−Ｎ接合
部上に所定のパターンに窓開きしたコンタクト孔を有す
る絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられ、前記Ｐ−Ｎ接合部
に入射する光の入射領域を画定する光学開口を設けた遮
光膜と、前記コンタクト孔を介して前記逆導電型領域と
接続するコンタクト電極とを設けた光電変換装置に於い
て、前記コンタクト電極が透光性の材料を用いて形成さ
れ、前記Ｐ−Ｎ接合部の面積と光学開口の面積がほぼ一
致するように形成したことで構成する。

（産業上の利用分野〕 本発明は光電変換装置に係り、特に赤外線領域に感度を
有するエネルギーバンドギャップの狭い半導体を用いた
光電変換装置に関する。

エネルギーバンドギャップの狭い化合物半導体、例えば
インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）　、水銀・カドミウ
ム・テルル（ｌｌｇｌ−Ｘ　ＣｄＸ　Ｔｅ）　、鉛・錫
・テルル（ＰｂＳｎＴｅ）等の化合物半導体基板にＰ−
Ｎ接合を形成した光電変換装置は周知である。

近年、このような光電変換装置に於いて、該装置の検知
感度を向上させるために、入射エネルギーが同一の場合
であると入射するホトンの数が増加する長波長帯に感度
を有する材料の採用や、暗電流（素子のＰ−Ｎ接合部近
傍の少数キャリアに起因する電流で、素子の形成材料に
よって定まる電流）の小さい光電変換装置が要求されて
いる。

〔従来の技術〕

従来の光電変換装置としては、第４図に示すように、例
えばＰ型のＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ等の化合物半導体
基板１に所定パターンにボロン（Ｂ）等のＮ型の不純物
をイオン注入等の方法で導入してＮ型層２を形成し、こ
の基板１の裏面側より赤外線を矢印Ａに示すように導入
し、この導入された赤外線がＰ−Ｎ接合部３で光電変換
された信号を１、該Ｎ型層２上に設けられたＩｎバンプ
４を用いて取り出し、この光電変換された信号を、上記
Ｉｎバンブ４で接続され、シリコン基板５に形成された
電荷結合装置のような信号処理装置の人力ダイオード６
に入力して信号処理している。

然し、このような裏面入射型の光電変換装置では８．矢
印Ａに示すように基板ｌの裏面側で前記ＰＮ接合部３に
対向せずに、Ｐ−Ｎ接合部の間に入射された赤外線は、
基板に導入されてキャリアと成った後、Ｐ−Ｎ接合部に
到達する迄に再結合され易いため、感度が低下する問題
がある。また基板の裏面側よりＰ−Ｎ接合部に対向して
入射された赤外線も、基板の表面の近傍にＰ−Ｎ接合部
が形成されているため、この接合部に到達する迄にキャ
リアは消滅し易く、やはり感度は低下する。

そこで赤外線を基板の表面より入射する赤外線検知装置
が望まれる。

このような表面入射型の光電変換装置としては、第５図
に示すように、例えばＰ型のＨｇ１−ＸＣｄｙ　Ｔ６等
の化合物半導体基板１１にＮ型層１２をボロン（Ｂ）等
の原子をイオン注入することで形成する。そして該基板
１１上に硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の絶縁膜１３を形成する
。このＰ−Ｎ接合部１４は素子に電圧を印加した時、半
導体の特性に支配されるキャリアの拡散長ＬＰで決まる
広がった赤外線の感光プロフィルを持つことが知られて
いる。

そしてＰ−Ｎ接合部の周辺部からの光の入射を阻止する
ために、金（Ａｕ）等よりなる遮光膜１５を設け、この
遮光膜１５を所定の寸法に開口して光学開口１６を画定
している。

ところで、このような表面入射型の光電変換装置に於い
ては、Ｐ−Ｎ接合によってダイオードが形成されている
Ｎ型層１２に所定の電圧を印加してこのダイオードを動
作させる必要があり、そのために電圧を印加するための
コンタクト電極が要求される。

第６図はこのような表面入射型の光電変換装置のコンタ
クト電極を形成した場合で、Ｐ型の化合物半導体基板１
１に形成したＮ型領域１２上に絶縁膜１３を形成した後
、該絶縁膜１３を所定のパターンに窓開きし、Ｎ型領域
１２の端部に設けたコンタクト領域１７に光を透過しな
いインジウムのようなコンタクト電極１８を形成し、こ
のコンタクト電極１８を基板１の端部に導出している。

そしてこのコンタクト電極１８上に酸化アルミニウム等
の等の遮光膜１５を形成し、この遮光膜１５を所定のパ
ターンに開口して光学開口１６を画定している。

そして基板１１の表面より前記した光学開口１６を介し
て赤外線を入射し、この入射した光を検知するようにす
れば、解像度の高い検知素子が形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような表面入射型構造の光電変換装置に
於いては、光の入射領域を規定する光学開口１６の寸法
Ｗより、更に横方向に寸法１文法がったコンタクト領域
１７を必要としており、このことはＰ−Ｎ接合部１９が
、横方向に光学開口１６の寸法Ｗよりコンタクト領域１
７の寸法の２だけ広がったことになる。

光電変換装置の暗電流は、形成される装置のＰＮ接合部
１９における空乏層２０内に形成される電子、正孔対に
よる深いエネルギー準位、及び接合部周辺の少数キャリ
アによって形成されるため、Ｐ−Ｎ接合部１９の面積が
大きくなる程、接合部の空乏層２０の面積が大きくなる
ので、光電変換装置に於ける暗電流は大きくなる。

光電変換装置の特性は光学開口によって規定された正規
の光の入射によって光電変換された電流に対する暗電流
の比が小さい程、その装置の検知感度が大であるとされ
ている。

本発明は上記した事項に鑑みてなされたもので、光学開
口で規定された入射赤外線によって光電変換された電流
に対して暗電流の比が小さい装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の光電変換装置は、半導体基
板表面に該基板と逆導電型を有する領域が形成され、光
電変換を行うＰ−Ｎ接合部と、前記Ｐ−Ｎ接合部上に所
定のパターンに窓開きしたコンタクト孔を有する絶縁膜
と、該絶縁膜上に設けられ、前記Ｐ−Ｎ接合部に入射す
る光の入射領域を画定する光学開口を設けた遮光膜と、
前記コンタクト孔を介して前記逆導電型領域と接続する
コンタクト電極とを設けた光電変換装置に於いて、前記
コンタクト電極が透光性の材料を用いて形成され、前記
Ｐ−Ｎ接合部の面積と光学開口の面積がほぼ一致するよ
うに形成したことで構成する。

〔作　用］ 本発明の装置は、コンタクト電極を赤外線を透過させる
光透過電極で形成することで、コンタクト領域を設けて
も、Ｐ−Ｎ接合部の面積と光学開口の面積を路間−の面
積に保ち、光学開口で規定された入射赤外線による光電
変換された電流に対して暗電流の比が小さくなるように
する。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例につき詳細に説明
する。

第１図は本発明の光電変換装置の第１実施例の断面図で
ある。

図示するように、Ｐ型のＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅのよ
うな化合物半導体基板２１に、所定のパターンのＮ型層
２２をボロン（Ｂ）等のＮ型の不純物原子のイオン注入
法等により形成する。

更に該基板上にはＺｎＳ等の絶縁膜２３を蒸着により形
成後、ホトリソグラフィ法を用いたエツチングにより所
定のパターンのコンタクト孔２４を形成する。更に該基
板上には酸化アルミニウム等の遮光膜２５を蒸着等によ
り形成した後、該遮光膜２５を基板２１に形成されたＰ
−Ｎ接合部２６の面積に略等しい面積の光学開口２７を
有するようにホトリソグラフィを用いたエツチングによ
り開口する。

そして該基板上にニッケル（Ｎｉ）、或いはクロム（Ｃ
ｒ）等のコンタクト電極２８を形成する。このＮｉ、或
いはＣｒ等の金属は、１０〜２０ｎｍ程度の厚さに形成
すれば装置に入射される赤外線の内８０〜９０％の光量
の赤外線を透過する能力がある。

第２図は本発明の第２実施例を示す。

図示するように本実施例が第１の実施例と異なる点は、
遮光膜２５が金等の金属膜で形成されている点にあり、
この場合には、その上に形成される光透過型のコンタク
ト電極２８と絶縁をとるための二酸化シリコン（ＳｉＯ
□）膜や、ＺｎＳ膜等の絶縁膜２９を蒸着によって形成
した後、所定のパターンに開口する。

また第３図に本発明の第３実施例を示す。

図の３１は上記光電変換装置で光電変換された信号を処
理する電荷結合素子が形成されたＳｉ基板３１で該基板
３１には接着剤３２が塗布されて表面にＳｉＯ□膜等の
保護膜３３を形成したＰ型の”ｇ＋−ｘ　ＣｄＸＴｅの
化合物半導体基板３４が形成され、該基板３４がＳｉ基
板３１の接続電極３５と接続される箇所に向かってテー
パ状にエンチングされ、このテーパーエツチング領域に
透光性のＮｉやＣｒ等のコンタクト電極３６が蒸着等に
より形成されている。また該化合物半導体基板３４には
Ｎ型層３７が上記コンタクト電極３６と接触するように
して形成されている。

そして化合物半導体基板３４上にＳｉＯ□膜よりなる絶
縁膜３８を介して金等よりなる遮光膜３９の内縁部が、
Ｐ−Ｎ接合部４１が基板表面に露出した箇所と合致して
蒸着およびエツチングにより形成される。

このようにすれば、従来の装置に比較してＰＮ接合部４
１の面積と路間−寸法の光学開口部が形成されることに
なり、暗電流の増加といった現象が無くなり、形成され
る装置の感度が向上する。

（発明の効果〕 以上の説明から明らかなように本発明によれば、光学開
口の面積と装置のＰ−Ｎ接合部の面積とが略一致し、装
置を形成する半導体材料によって起因される暗電流の、
光学開口で規定された入射赤外線の光電変換により形成
された電流に対する比が増加しない高感度の赤外線検知
装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置の第１実施例の断面図、 第２図は本発明の光電変換装置の第２実施例の断面図、 第３図は本発明の光電変換装置の第３実施例の断面図、 第４図は裏面入射型の光電変換装置の断面図、第５図お
よび第６図は従来の表面入射型の光電変換装置の断面図
である。 図において、 ２１はＰ型Ｈｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ基板、２２．３７
はＮ型層、２３．２９．３８は絶縁膜、２４はコンタク
ト孔、２５．３９は遮光膜、２６．４１はＰ−Ｎ接合部
、２７は光学開口、２８．３６はコンタクト電極、３１
はＳｉ基板、３２は接着剤、３３は保護膜、３４は化合
物半導体基板、３５は接続電極を示す。 １品

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板（２１、３１）表面に該基板と逆導電型を有
   する領域（２２）が形成され、光電変換を行うＰ−Ｎ接
   合部（２６、４１）と、前記Ｐ−Ｎ接合部上に所定のパ
   ターンに窓開きしたコンタクト孔（２４）を有する絶縁
   膜（２３）と、該絶縁膜上に設けられ、前記Ｐ−Ｎ接合
   部に入射する光の入射領域を画定する光学開口（２７）
   を設けた遮光膜（２５、３８）と、前記コンタクト孔（
   ２４）を介して前記逆導電型領域（２２）と接続するコ
   ンタクト電極（２８、３６）とを設けた光電変換装置に
   於いて、 前記コンタクト電極（２８）が透光性の材料を用いて形
   成され、前記Ｐ−Ｎ接合部の面積と光学開口の面積がほ
   ぼ一致するように形成したことを特徴とする光電変換装
   置。