JPH10242497A - Infrared detector - Google Patents
Infrared detectorInfo
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- JPH10242497A JPH10242497A JP9047873A JP4787397A JPH10242497A JP H10242497 A JPH10242497 A JP H10242497A JP 9047873 A JP9047873 A JP 9047873A JP 4787397 A JP4787397 A JP 4787397A JP H10242497 A JPH10242497 A JP H10242497A
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Abstract
Description
【０００１】[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赤外線検出器
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared detector using a semiconductor having a narrow band gap, particularly a compound semiconductor containing Hg.
【０００２】[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（フォトダイオード）は各素子を二次元に配列した構
成をもつ配列型赤外線検出器を比較的容易に形成するこ
とができ、暗視カメラ等の赤外線撮像装置に適用でき有
効である。その代表的なものにＨｇＣｄＴｅ結晶を用い
た赤外線検出器がある。この検出器の特性は主に光を吸
収する領域の結晶性と表面近傍でのｐｎ接合状態により
支配されている。光を吸収する領域はｎ−ＨｇＣｄＴｅ
の方がｐ−ＨｇＣｄＴｅよりもキャリアのライフタイム
が長く結晶性に優れているため、一般にはｐ ｏｎ ｎ
構造の方が特性が良いとされている。また近年ＨｇＣｄ
Ｔｅ結晶へのドーピング技術が発展してきたため、エピ
タキシャル結晶成長の際にｐｎ接合を形成し、その後メ
サエッチングを行うことによりｐｎ接合分離を行うメサ
形状のＨｇＣｄＴｅフォトダイオードが主流になってき
ている。この方法は従来のイオン注入による方法に比
べ、ｐｎ接合界面自体にダメージが入らないという点で
優れている。2. Description of the Related Art It is generally known that an infrared detector using a semiconductor having a narrow band gap has high sensitivity. In particular, a photovoltaic element (photodiode) having a pn junction in a detection portion can relatively easily form an arrayed infrared detector having a configuration in which each element is two-dimensionally arranged. It can be applied to an infrared imaging device and is effective. A typical example is an infrared detector using a HgCdTe crystal. The characteristics of this detector are mainly governed by the crystallinity of the light absorbing region and the pn junction state near the surface. The light absorbing region is n-HgCdTe
Is longer in p-HgCdTe and has better crystallinity than p-HgCdTe.
It is said that the structure has better characteristics. In recent years, HgCd
Since the doping technology for Te crystal has been developed, a mesa-shaped HgCdTe photodiode in which a pn junction is formed during epitaxial crystal growth and then a pn junction is separated by performing mesa etching has become mainstream. This method is superior to the conventional ion implantation method in that the pn junction interface itself is not damaged.
【０００３】この素子の基本的な構造を図３に示す。ｎ
−ＨｇＣｄＴｅ１上に形成されたｐ−ＨｇＣｄＴｅ２を
レジスト等のマスクを用いメサエッチングを行いｐｎ接
合を分離する。その後、全面に固定電荷をもたないＺｎ
Ｓ保護膜４を堆積しコンタクトホールを開けｐ側電極６
を形成することにより素子は完成する（ｎ側電極に関し
てはここでは省略した）。FIG. 3 shows the basic structure of this device. n
-Mesa etching is performed on p-HgCdTe2 formed on HgCdTe1 using a mask such as a resist to separate a pn junction. After that, Zn having no fixed charge on the entire surface
An S protective film 4 is deposited, a contact hole is opened, and a p-side electrode 6 is formed.
Is completed (the n-side electrode is omitted here).
【０００４】メサ型構造のＨｇＣｄＴｅフォトダイオー
ドに関しては、特開昭６３−２５０１３６号公報に記載
された半導体装置の製造方法がある。これはｎ ｏｎ
ｐ構造を用いている点で前述した従来例とは異なるが、
メサ形状の表面保護膜として陽極硫化膜、窒化膜、Ｚｎ
Ｓ膜等の固定電荷をもたない膜を用いている点で類似し
ている。[0004] As for the HgCdTe photodiode having a mesa structure, there is a method of manufacturing a semiconductor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-250136. This is non
Although it differs from the conventional example described above in that a p-structure is used,
Anodic sulfide film, nitride film, Zn as mesa-shaped surface protection film
It is similar in that a film having no fixed charge such as an S film is used.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この赤外線検出器の特
性は、前述したようにｎ−ＨｇＣｄＴｅ１の結晶性以外
にも表面の特性、特にｐｎ接合近傍での表面の特性に大
きく支配される。図３に示した従来の構造ではメサを形
成する際にエッチングを行うため、ｐｎ接合が表面に露
出している領域ではエッチングによって入ったダメージ
により、表面リーク電力の増大など表面特性を劣化させ
ることが大きな問題となっている。特にこのフォトダイ
オードを二次元に配列し赤外線カメラに適用する場合な
どは、メサ構造の制御性、微細化が要求されるためイオ
ンミリング等のドライエッチングを用いる必要があり、
エッチングによって表面に与えるダメージが表面特性の
劣化に及ぼす影響は特に重大な問題となる。例えばＨｇ
ＣｄＴｅとの界面準位密度の小さな表面特性の優れた保
護膜を用いたとしても、結晶側にダメージが入っている
ので何ら解決にもならない。As described above, the characteristics of the infrared detector are largely governed by the surface characteristics, particularly the surface characteristics near the pn junction, in addition to the crystallinity of n-HgCdTe1. In the conventional structure shown in FIG. 3, since etching is performed when a mesa is formed, in a region where a pn junction is exposed on the surface, damage caused by etching may deteriorate surface characteristics such as an increase in surface leakage power. Is a major problem. Especially when the photodiodes are arranged two-dimensionally and applied to an infrared camera, it is necessary to use dry etching such as ion milling because controllability of the mesa structure and miniaturization are required.
The effect of the damage given to the surface by the etching on the deterioration of the surface characteristics is a particularly serious problem. For example, Hg
Even if a protective film having a small interface state density with CdTe and having excellent surface characteristics is used, there is no solution because the crystal side is damaged.
【０００６】本発明の目的は、メサエッチングによる表
面ダメージが表面特性に影響を及ぼすことのない、特性
の優れたフォトダイオードよりなる赤外線検出器を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an infrared detector comprising a photodiode having excellent characteristics so that surface damage due to mesa etching does not affect surface characteristics.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検出器
は、ｎ−ＨｇＣｄＴｅ層上にｐ−ＨｇＣｄＴｅ層が形成
され、エッチングによりｐｎ接合が分離されたメサ型構
造の表面に正の固定電荷をもつ保護膜が形成され、前記
正の固定電荷をもつ保護膜の上に固定電荷をもたない保
護膜が形成されていることを特徴とする赤外線検出器で
あり、また、前記正の固定電荷をもつ保護膜が陽極酸化
膜あるいは光酸化膜であることを特徴とする赤外線検出
器であり、また、前記固定電荷をもたない保護膜がＺｎ
Ｓ膜あるいは窒化膜であることを特徴とする赤外線検出
器である。According to the infrared detector of the present invention, a positive fixed charge is applied to the surface of a mesa structure in which a p-HgCdTe layer is formed on an n-HgCdTe layer and a pn junction is separated by etching. An infrared detector, wherein a protective film having no fixed charge is formed on the protective film having the positive fixed charge. Wherein the protective film having a fixed charge is an anodic oxide film or a photo-oxide film, and the protective film having no fixed charge is Zn.
An infrared detector characterized by being an S film or a nitride film.
【０００８】本発明の赤外線検出器の特徴を図２を用い
て説明する。ここでは正の固定電荷をもつ保護膜として
陽極酸化膜が用いられている。ｎ−ＨｇＣｄＴｅ１上の
ｐ−ＨｇＣｄＴｅ２をイオンミリング等のドライエッチ
ングによりｐｎ接合を分離する。エッチングの壁面、底
面は結晶にダメージが入っており結晶性は非常に悪く、
このままの状態ではｐｎ接合とダメージ領域の重なる部
分ではｐｎ間での表面リーク電流が非常に大きい。これ
に正の固定電荷をもつ陽極酸化膜を形成する。正の固定
電荷の影響で結晶の保護膜との界面近傍には電子が誘起
され、ｐ−ＨｇＣｄＴｅ２の領域では反転領域５が形成
される。その結果、ｐｎ接合はダメージ領域より内部に
移動し前述した表面リーク電流を低減することができ
る。The features of the infrared detector according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, an anodic oxide film is used as a protective film having a positive fixed charge. A pn junction is separated from p-HgCdTe2 on n-HgCdTe1 by dry etching such as ion milling. The walls and bottom of the etching are damaged and the crystallinity is very poor.
In this state, the surface leakage current between the pns is very large in the portion where the pn junction and the damaged region overlap. An anodic oxide film having a positive fixed charge is formed thereon. Electrons are induced in the vicinity of the interface between the crystal and the protective film due to the influence of the positive fixed charge, and an inversion region 5 is formed in the region of p-HgCdTe2. As a result, the pn junction moves from the damaged region to the inside, and the above-described surface leakage current can be reduced.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明の赤外線検出器の動作およ
び特性を製造方法と共に図１、図２を用いて具体的に説
明する。ＧａＡｓ基板上にＣｄＴｅバッファ層を介して
（図１では省略した）ｎ−ＨｇＣｄＴｅ１、ｐ−ＨｇＣ
ｄＴｅ２のＭＢＥ法により順次エピタキシャル成長させ
る。このとき各層の極性は成長の際の不純物ドーピング
によって行う。また各層の厚さはＣｄＴｅバッファ層が
５μm 、ｎ−ＨｇＣｄＴｅ１が１０μm 、ｐ−ＨｇＣｄ
Ｔｅ２が３μm である。成長終了後、２０μm 径のレジ
ストパターンを形成し、イオンミリングによりメサ型の
構造を形成する。エッチング深さは４μm とし、ｐｎ接
合が分離できるようにする。次に水酸化カリウムとエチ
レングリコールと水の混合液を用い陽極酸化膜を０．１
μm 形成し、メサ上面の陽極酸化膜をエッチングによっ
て落とし、約１８μm 径のコンタクト部を形成する。更
に表面の絶縁を確実に行うため、Ｅガン蒸着によりＺｎ
Ｓ保護膜４を０．５μm 堆積し、先程と同様にメサ上面
部に約１５μm 径のコンタクト部を形成し、その部分に
ｐ側電極６としてＴｉ／Ａｕを蒸着、パターニングを行
い素子は完成する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The operation and characteristics of an infrared detector according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. N-HgCdTe1, p-HgC on a GaAs substrate via a CdTe buffer layer (omitted in FIG. 1)
The epitaxial growth is performed sequentially by the MBE method of dTe2. At this time, the polarity of each layer is determined by impurity doping during growth. The thickness of each layer is 5 μm for the CdTe buffer layer, 10 μm for n-HgCdTe1, and p-HgCd.
Te2 is 3 μm. After the growth is completed, a resist pattern having a diameter of 20 μm is formed, and a mesa structure is formed by ion milling. The etching depth is set to 4 μm so that the pn junction can be separated. Next, using a mixed solution of potassium hydroxide, ethylene glycol and water, the anodic oxide film is
Then, the anodic oxide film on the upper surface of the mesa is removed by etching to form a contact portion having a diameter of about 18 μm. Furthermore, in order to ensure the insulation of the surface, Zn is deposited by E gun evaporation.
An S protective film 4 is deposited to a thickness of 0.5 .mu.m, a contact portion having a diameter of about 15 .mu.m is formed on the upper surface of the mesa as before, and Ti / Au is deposited and patterned as a p-side electrode 6 on the portion to complete the device. .
【００１０】次に本発明の赤外線検出器の動作、特性に
ついて説明する。裏面あるいは表面より入射した赤外光
はそのほとんどがｎ−ＨｇＣｄＴｅ１で吸収され光電変
換されキャリア（この場合はホール）を発生する。この
キャリアが拡散し、ｐ−ＨｇＣｄＴｅ２により形成され
ているｐｎ接合に到達し、ｐ側電極６を介して信号とし
て出力される。本発明のようなメサ型構造の赤外検出器
の特性に影響を与える主な暗電流は、前述したようにｎ
−ＨｇＣｄＴｅ１で発生する拡散電流とメサ壁面部の表
面リーク電流である。本発明では基本的にはｐ ｏｎ
ｎ構造を用いているためｎ−ＨｇＣｄＴｅ１でのキャリ
アのライフタイムは長く拡散電流は小さい。また本発明
では作用の項でも述べたように、ダメージが入っている
エッチング面は正の固定電荷をもつ陽極酸化膜で覆われ
ているため、ｐ−ＨｇＣｄＴｅ２のエッチング面は電子
が誘起され反転領域５が形成されている。その結果、ｐ
ｎ接合はダメージ領域より内部に移動し前述した表面リ
ーク電流を低減することができる。Next, the operation and characteristics of the infrared detector of the present invention will be described. Most of the infrared light incident from the back surface or the front surface is absorbed by n-HgCdTe1 and photoelectrically converted to generate carriers (in this case, holes). This carrier diffuses, reaches a pn junction formed by p-HgCdTe2, and is output as a signal via the p-side electrode 6. The main dark current that affects the characteristics of the infrared detector having the mesa structure as in the present invention is n as described above.
The diffusion current generated in HgCdTe1 and the surface leakage current of the mesa wall. In the present invention, p on is basically used.
Since the n-structure is used, the carrier lifetime in n-HgCdTe1 is long and the diffusion current is small. In the present invention, as described in the section of the operation, the damaged etched surface is covered with the anodic oxide film having a positive fixed charge, so that the etched surface of p-HgCdTe2 is induced by electrons, and 5 are formed. As a result, p
The n-junction moves inward from the damaged region and can reduce the above-described surface leakage current.
【００１１】このようにＨｇＣｄＴｅ結晶を用いたメサ
型構造の赤外線検出器に関わる本発明は、メサ部分での
表面リーク電流を低減した優れた特性の赤外線検出器を
提供するものである。The present invention, which relates to a mesa-type infrared detector using a HgCdTe crystal as described above, provides an infrared detector having excellent characteristics with reduced surface leakage current at the mesa portion.
【００１２】本実施の形態では正の固定電荷をもつ膜と
して陽極酸化膜を固定電荷のない保護膜としてＺｎＳ膜
を用いているが、陽極酸化膜の代わりに光酸化膜を、Ｚ
ｎＳ膜の代わりに窒化膜を用いても得られる効果は全く
同様である。製造方法に関しては、光酸化膜は加熱した
オゾン雰囲気中に一定時間曝すことにより形成され、ま
た窒化膜はプラズマＣＶＤ法により形成することが可能
である。In this embodiment, an anodic oxide film is used as a film having a positive fixed charge, and a ZnS film is used as a protective film having no fixed charge.
The effect obtained by using a nitride film instead of the nS film is exactly the same. Regarding the manufacturing method, the photo-oxide film can be formed by exposing it to a heated ozone atmosphere for a certain time, and the nitride film can be formed by a plasma CVD method.
【００１３】また本実施の形態ではエピタキシャル成長
させる基板としてＧａＡｓ基板を用いているがＨｇＣｄ
Ｔｅ層が成長可能であればこれに限るものではない。In this embodiment, a GaAs substrate is used as a substrate for epitaxial growth, but HgCd
It is not limited to this as long as the Te layer can be grown.
【００１４】[0014]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線検
出器では、メサ型の構造を用いた場合でも、メサ壁面で
の表面リーク電流を低減でき、優れた特性が得られる赤
外線検出器を提供するものである。As described above, in the infrared detector according to the present invention, even when a mesa structure is used, a surface leak current on the mesa wall surface can be reduced, and an infrared detector having excellent characteristics can be obtained. To provide.
【図１】本発明の赤外線検出器の実施例を説明するため
の図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an infrared detector according to the present invention.
【図２】本発明の赤外線検出器の動作を説明するための
図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the infrared detector of the present invention.
【図３】従来例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a conventional example.
１ ｎ−ＨｇＣｄＴｅ ２ ｐ−ＨｇＣｄＴｅ ３ 陽極酸化膜 ４ ＺｎＳ保護膜 ５ 反転領域 ６ ｐ側電極 Reference Signs List 1 n-HgCdTe 2 p-HgCdTe 3 anodic oxide film 4 ZnS protective film 5 inversion region 6 p-side electrode
Claims (5)
層を有し、ｐ−ＨｇＣｄＴｅ層をエッチングすることに
よりｐｎ接合が分離されたメサ型構造の表面に正の固定
電荷をもつ保護膜を有し、さらに前記正の固定電荷をも
つ保護膜の上に固定電荷をもたない保護膜を有すること
を特徴とする赤外線検出器。1. A p-HgCdTe layer on an n-HgCdTe layer.
A protective film having a positive fixed charge on the surface of the mesa structure in which the pn junction is separated by etching the p-HgCdTe layer, and further comprising a protective film having the positive fixed charge. An infrared detector having a protective film having no fixed charge.
膜であることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出
器。2. The infrared detector according to claim 1, wherein said protective film having a positive fixed charge is an anodic oxide film.
であることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。3. The infrared detector according to claim 1, wherein said protective film having a positive fixed charge is a photo-oxide film.
であることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。4. The infrared detector according to claim 1, wherein said protective film having no fixed charge is a ZnS film.
あることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。5. The infrared detector according to claim 1, wherein said protective film having no fixed charge is a nitride film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9047873A JPH10242497A (en) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | Infrared detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9047873A JPH10242497A (en) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | Infrared detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242497A true JPH10242497A (en) | 1998-09-11 |
Family
ID=12787508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9047873A Pending JPH10242497A (en) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | Infrared detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242497A (en) |
-
1997
- 1997-03-03 JP JP9047873A patent/JPH10242497A/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990608 |