特表 2024-501694 フォトダイオード構造の製造方法およびフォトダイオード構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-15

(54)【発明の名称】フォトダイオード構造の製造方法およびフォトダイオード構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/10 20060101AFI20240105BHJP

【ＦＩ】

H01L31/10 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023540104

(86)(22)【出願日】2021-12-30

(85)【翻訳文提出日】2023-07-24

(86)【国際出願番号】 EP2021087850

(87)【国際公開番号】W WO2022144419

(87)【国際公開日】2022-07-07

(31)【優先権主張番号】2014308

(32)【優先日】2020-12-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520342828

【氏名又は名称】リンレッド

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス、ペール－ラペルヌ

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンドル、ケルラン

(72)【発明者】

【氏名】バンサン、デステファニス

(72)【発明者】

【氏名】ポール、フジェール

【テーマコード（参考）】

5F149

【Ｆターム（参考）】

5F149AA04

5F149AB09

5F149AB17

5F149CB02

5F149CB09

5F149CB10

5F149DA36

5F149EA02

5F149GA03

5F149HA12

5F149HA13

5F149LA01

5F149XB17

5F149XB37

(57)【要約】

フォトダイオード構造を製造するために、カドミウムがドープされた半導体材料から形成された上層（２）を有した基板（１）が提供される。ＨｇＣｄＴｅベースの第１層（３）が、この第１層（３）を電気的にドープするためにｎ型電気活性ドーパントを含有した浴を使用して、上層（２）から液相エピタキシーによって、形成される。カドミウムは、上層（２）から第１層（３）へと拡散し、これにより、上層（２）に対する界面を起点として、界面から離れる向きに、減少するカドミウム濃度勾配が形成される。カドミウム濃度勾配は、界面を起点として第１層（３）内に、減少するバンドギャップ幅勾配を引き起こすとともに、界面を起点として第１層（２）内に、ｎ型ドーパント濃度勾配を引き起こす。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外電磁放射を電子－正孔対へと変換するように設計された接合を含むフォトダイオード構造であるとともに、前記接合は、ＨｇＣｄＴｅから形成されたまたはその少なくとも四元誘導体の１つから形成された第１導電型の第１層（３）と、ＨｇＣｄＴｅから形成されたまたはその少なくとも四元誘導体の１つから形成された、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２層（４）と、を含むことで、ｐ－ｎ接合またはｐ－ｉ－ｎ接合を形成している、フォトダイオード構造であって、
前記第１層（３）は、
－ 第１端部および第２端部であり、前記第１端部は、前記第２端部によって前記第２層（４）から分離されている、第１端部および第２端部と、
－ 前記第１層（３）の前記第１端部から前記第２層（４）へと向かう向きに減少している第１カドミウム濃度勾配であり、前記第１カドミウム濃度勾配内における原子カドミウム濃度の最小値は、１０原子％～２５原子％であり、前記第１カドミウム濃度勾配は、第１部分（３ａ）と第２部分（３ｂ）とを規定しており、前記第２部分（３ｂ）は、前記第１部分（３ａ）よりも小さなバンドギャップ幅を有している、第１カドミウム濃度勾配と、
－ 少なくとも１つの電気的ドーパントの第２濃度勾配であり、前記第２濃度勾配は、前記第１端部から前記第２層（４）へと向かう向きに減少している、第２濃度勾配と、
を含み、
前記第１層（３）と前記接合層（４）との合計厚さは、６ミクロン未満であり、
－ 前記第１カドミウム濃度勾配は、拡散プロファイルの形態で連続的に減少しており、
－ 少なくとも１つの電気的ドーパントの前記第２濃度勾配は、拡散プロファイルの形態で連続的に減少しており、
－ 前記第２濃度勾配は、前記第１層（３）内において、前記第１端部から５００ｎｍ～１．５ミクロンの距離にわたって、延びており、
－ 前記第２濃度勾配は、５×１０^１８ａｔ／ｃｍ^３超の濃度から、２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満の濃度へと、減少しており、
－ 前記第１カドミウム濃度勾配は、前記第１電気的ドーパント濃度が２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満となるまで、延びており、
前記第１層（３）は、前記第２層（４）よりも大きな厚さを呈していることを特徴とする、フォトダイオード構造。

【請求項2】

導電性コンタクト（６）が、前記第２層（４）に対して電気的に接続されており、前記導電性コンタクト（６）は、純金属材料からまたは金属材料合金から、形成されている、請求項１に記載のフォトダイオード構造。

【請求項3】

前記第１層（３）は、少なくとも５００ｎｍにわたって、一定のカドミウム濃度を有している、請求項１または２に記載のフォトダイオード構造。

【請求項4】

前記第１層（３）は、少なくとも１マイクロメートルにわたって、一定のカドミウム濃度を有している、請求項３に記載のフォトダイオード構造。

【請求項5】

前記第１層（３）は、一定のカドミウム濃度を有しておりかつ意図せずにドープされていない部分を呈している、請求項１～３のいずれか一項に記載のフォトダイオード構造。

【請求項6】

前記第１層（３）の厚さは、３ミクロン以上であり、好ましくは５ミクロン以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載のフォトダイオード構造。

【請求項7】

前記第１カドミウム濃度勾配内におけるカドミウム濃度の差は、少なくとも２５原子％に等しい、請求項１～６のいずれか一項に記載のフォトダイオード構造。

【請求項8】

前記第１層（３）と前記接合層（４）との合計厚さは、５ミクロン未満である、請求項１～７のいずれか一項に記載のフォトダイオード構造。

【請求項9】

少なくとも１つの電気的ドーパントの前記第２濃度勾配は、ヨウ素濃度勾配と塩素濃度勾配とを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のフォトダイオード構造。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載のフォトダイオード構造を製造するための方法であって、
－ ＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅから形成された上層（２）を少なくとも有した基板（１）を提供する工程であり、前記上層（２）は、第１導電型の第１電気的ドーパントの第１濃度と、第１カドミウム濃度と、を有しており、前記上層（２）は、前記第１導電型である、工程と、
－ カドミウムと可能であれば少なくとも１つの電気的ドーパントとを含めて第１層（３）の前駆体を含有した単一の浴を使用して、液相エピタキシーにより、前記上層（２）から、ＨｇＣｄＴｅからなるまたはその少なくとも四元誘導体の１つからなる前記第１層（３）を成長させる工程であり、前記浴は、前記第１カドミウム濃度よりも小さな第２カドミウム濃度と、可能であれば、電気的ドーパントに関しての、前記第１電気的ドーパントの前記第１濃度よりも小さな第２濃度と、を有しており、前記少なくとも１つの電気的ドーパントは、前記第１電気的ドーパントおよび／または第２電気的ドーパントから選択され、前記液相エピタキシーは、カドミウム原子の一部に関しておよび前記第１電気的ドーパントに関して前記上層（２）から前記第１層（３）への拡散が得られる温度で行われ、これにより、前記上層（２）と前記第１層（３）との間の界面から離れるにつれて、前記界面から連続的に減少する第１カドミウム濃度勾配が形成され、前記第１濃度勾配内における最小の原子カドミウム濃度値は、１０原子％～２５原子％であり、前記第１濃度勾配は、第１部分（３ａ）と第２部分（３ｂ）とを規定しており、前記第２部分（３ｂ）は、前記第１部分（３ａ）よりも小さなバンドギャップ幅を有しており、これにより、前記第１層（３）内において、前記少なくとも１つの電気的ドーパントの第２濃度勾配が形成されており、前記少なくとも１つの電気的ドーパントの前記第２濃度勾配は、５×１０^１８ａｔ／ｃｍ^３超の濃度から、２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満の濃度へと、連続的に減少しており、前記第２濃度勾配は、前記第１層（３）内において、前記上層（２）に対する前記界面から、５００ｎｍ～１．５ミクロンの距離にわたって、延びており、前記第１層（３）は、前記第１導電型であり、前記第１濃度勾配は、前記第１電気的ドーパント濃度が２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満となるまで、延びている、工程と、
－ ＨｇＣｄＴｅから形成されたまたはその少なくとも四元誘導体の１つから形成された、前記第１導電型とは逆の第２導電型の接合層（４）を少なくとも形成することで、前記第１層（３）と共にｐ－ｎ接合またはｐ－ｉ－ｎ接合を形成する工程であり、前記第１カドミウム濃度勾配と、前記第１電気的ドーパントの前記第２濃度勾配とは、前記接合層（４）の形成後でも、前記第１層（３）内において保存され、前記第２濃度勾配は、前記上層（２）と前記第１層（３）との間の界面から前記第２層（４）へと向かう向きにおいて、減少しており、前記第１層（３）は、前記第２層（４）よりも大きな厚さを呈しており、前記第１層（３）と前記接合層（４）との合計厚さは、６ミクロン未満である、工程と、
を順次的に含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォトダイオード構造の製造方法に関し、より一般的には、光電子デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

多くの技術分野において、観察されたシーンを代理した電気信号を提供する光検出器が公知である。特に、赤外信号に特化して取り込むように構成された光検出器が存在し、このような光検出器は、暗視デバイスにおいて、また、調査対象をなす信号の大部分が赤外領域にある多くの他の活動分野において、使用することができる。

【0003】

例えば、ＨｇＣｄＴｅの合金である半導体材料から、または水銀カドミウムテルル化物を表すＭＣＴの合金である半導体材料から、赤外検出器を製造することが公知である。このような材料は、カドミウム組成に応じて調整可能な大きなバンドギャップエネルギ値に関連した直接ギャップを有していることのために、特に魅力的である。このような材料は、支持体として機能する基板でありかつ調査対象波長範囲では全体的に透明とされた基板から、エピタキシーによって製造される。

【0004】

フォトダイオードの形態で、より詳細にはｐ－ｎ接合またはｐ－ｉ－ｎ接合の形態で、光検出器を使用することが、特に有利である。バンドギャップ値よりも大きなエネルギでフォトダイオードを通過する電磁放射は、吸収されて、電子－正孔対へと変換される。電荷は、収集されることで、観察されたシーンを代理した信号として処理されることとなる。

【0005】

赤外放射を取り込むために異なるフォトダイオードアーキテクチャが使用され、これらのアーキテクチャどうしの間に存在する複数の相違点は、例えば信号対雑音比などの動作を向上させようとするものである。

【0006】

フォトダイオードの構成は、米国特許出願公開第２０１４／０２１７５４０号明細書という文献に提示されており、この文献は、基板から出発して、第１導電型の不動態化バッファ層と、第１導電型のまたは非ドープの活性層と、被覆層と、第２不動態化層と、活性層と共におよび第２不動態化層と共にｐｎ接合を形成するための、第２導電型の接合層と、を順次的に含む積層体を記載している。

【0007】

米国特許第４，３７６，６６３号明細書という文献は、ＣｄＴｅ基板上に液相エピタキシーによってＨｇＣｄＴｅ層を形成することを記載している。基板を、非ドープのものとすることで、ｐ型ドープされたＨｇＣｄＴｅ層を形成することができる、あるいは、基板をインジウムによってドープすることで、エピタキシャル成長時にインジウム原子を拡散させることにより、ｎ型ドープされたＨｇＣｄＴｅ層を形成することができる。また、ガス雰囲気を拡散させることによって、ｎ型ドープされたＨｇＣｄＴｅ層を形成することもできる。ＨｇＣｄＴｅ層は、２０マイクロメートル～３０マイクロメートルといった、さらには４０マイクロメートルといった、厚さを含む。ＣｄＴｅ層は、ＨｇＣｄＴｅ層上にエピタキシーによって成膜され、５マイクロメートル～１０マイクロメートルといった厚さを含む。

【0008】

Ｍａｒｔｙｎｉｕｋらによる刊行物（「Utmost response time of long-wave HgCdTe photodetectors operating under zero voltage condition」）は、ｎｐｎ型の構造を規定するために、ＨｇＣｄＴｅからなる複数の層によって形成された赤外検出器を開示しており、その中央に位置した吸収層は、１０^１７ｃｍ^－３に等しい電気アクセプタ濃度でｐ＋型ドープされている。この構造は、入射放射を受領する層（Ｘ_Ｃｄ＝０．２５）と吸収層（Ｘ_Ｃｄ＝０．１９）との間におけるカドミウム濃度が減少しており、吸収層の他端から、コンタクト層へと向かう向きにおいて、カドミウム組成勾配が減少している。コンタクト層は、吸収層とは逆の導電性を有しているとともに、吸収層のカドミウム濃度へと戻るように濃度勾配を増加させて形成されている。この光検出器は、高周波で動作し得るよう、高濃度でドープされた吸収層を有している。

【発明の概要】

【0009】

本発明の１つの目的は、実装が容易であるのと同時に、光生成されたキャリアがより良好にチャネリングすることを確保するような、フォトダイオード構造を製造するための方法を提供することである。

【0010】

この目的は、フォトダイオード構造を製造するための方法であって、
－ ＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅから形成された上層を少なくとも有した基板を提供する工程であり、上層は、第１導電型の第１電気的ドーパントの第１濃度と、第１カドミウム濃度と、を有しており、上層は、第１導電型である、工程と、
－ カドミウムと可能であれば少なくとも１つの電気的ドーパントとを含めて第１層の前駆体を含有した単一の浴を使用して、液相エピタキシーにより、上層から、ＨｇＣｄＴｅからなるまたはその少なくとも四元誘導体の１つからなる第１層を成長させる工程であり、浴は、第１カドミウム濃度よりも小さな第２カドミウム濃度と、可能であれば、第１電気的ドーパントの第１濃度よりも小さな第２電気的ドーパント濃度と、を有しており、少なくとも１つの電気的ドーパントは、第１電気的ドーパントおよび／または第２電気的ドーパントから選択され、液相エピタキシーは、カドミウム原子の一部に関しておよび第１電気的ドーパントに関して上層から第１層への拡散が得られる温度で行われ、これにより、上層と第１層との間の界面から離れるにつれて、界面から連続的に減少する第１カドミウム濃度勾配が形成され、第１濃度勾配内における最小の原子カドミウム濃度値は、１０原子％～２５原子％であり、これにより、第１層内において、少なくとも１つの電気的ドーパントの第２濃度勾配が形成されており、第２濃度勾配は、減少しており、第１層は、第１導電型であり、第１層の厚さは、６ミクロン未満である、工程と、
－ 第２導電型でドープされた第２半導体材料から形成された少なくとも１つの接合層を形成することで、第１層と共にｐ－ｎ接合またはｐ－ｉ－ｎ接合を形成する工程であり、第１カドミウム濃度勾配と、第１電気的ドーパントの第２濃度勾配とは、接合層の形成後でも、第１層内において保存される、工程と、
を順次的に含む、方法によって達成されやすい。

【0011】

１つの展開では、第１層の厚さは、第２層の形成後には、３ミクロン以上であり、好ましくは５ミクロン以下である。

【0012】

特定の実施形態では、第１濃度勾配は、界面から５００ｎｍ～１．５ミクロンの距離にわたってカドミウム濃度が一定となるまで、第１層内において延びている。

【0013】

有利な態様では、第１濃度勾配内におけるカドミウム濃度差は、少なくとも１０原子％に等しく、好ましくは少なくとも２５原子％に等しい。

【0014】

第２濃度勾配が、第１層内において、界面から５００ｎｍ～１．５ミクロンの距離にわたって、第１電気的ドーパント濃度が２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満となるまで、延びていることが、有利である。

【0015】

上層内における第１ドーパント濃度を、液相エピタキシー成膜工程の前の時点で、５×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３～１×１０^１９ａｔ／ｃｍ^３とすることが、さらに有利である。

【0016】

好ましい実施形態では、第１層における第１電気的ドーパント濃度勾配は、５×１０^１８ａｔ／ｃｍ^３超の濃度から、２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満の濃度へと、減少している。

【0017】

有利には、第１層と接合層との合計厚さは、６ミクロン未満であり、好ましくは５ミクロン未満である。

【0018】

特定の構成では、基板は、第２層上に導電性コンタクトを形成した後に、少なくとも部分的にまたは全体的に、除去される。

【0019】

好ましくは、第１電気的ドーパントは、ヨウ素であり、ヨウ素の第２濃度勾配は、上層と第１層との間の界面を起点として、界面から離れる向きに、連続的に減少する。

【0020】

本発明の更なる目的は、光生成された電荷キャリアのチャネリングに関するより良好な制御を達成しつつ、従来技術の構成よりも優れた性能を呈するフォトダイオード構造を提供することである。

【0021】

フォトダイオード構造は、
－ ＨｇＣｄＴｅからなるまたはその少なくとも四元誘導体の１つからなる第１層であり、上層と第１層との間の界面を起点として界面から離れる向きに連続的に減少している第１カドミウム濃度勾配を含み、第１カドミウム濃度勾配内における原子カドミウム濃度の最小値は、１０原子％～２５原子％であり、第１層内に、少なくとも１つの電気的ドーパントの第２濃度勾配を含み、第２濃度勾配は、減少しており、第１層は、第１導電型であり、第１層の厚さは、６ミクロン未満である、第１層と、
－ ＨｇＣｄＴｅからなるまたはその少なくとも四元誘導体の１つからなる第２層であり、第１導電型とは逆の第２導電型の層とされ、第１層と第２層とにより、電磁信号を電子－正孔対へと変換する接合を形成するものとされ、第１層と第２層との間の界面に、少なくとも、第１層と同じ、ＨｇとＣｄとＴｅとの組成を有している、第２層と、
を順次的に含む。

【0022】

他の利点および特徴は、非制限的な例示の目的のためだけに与えられているとともに添付図面に図示した、本発明の特定の実施形態および本発明の実装モードに関する以下の説明により、より明確に明瞭となることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明によるフォトダイオード構造を製造するための方法に関する第１工程を、断面図によって概略的に図示している。

【図2】図２は、本発明によるフォトダイオード構造を製造するための方法に関する第２工程を、断面図によって概略的に図示している。

【図3】図３は、本発明によるフォトダイオード構造を製造するための方法に関する第３工程を、断面図によって概略的に図示している。

【発明を実施するための形態】

【0024】

赤外領域における電磁放射を検出するには、収集した電磁信号を電気信号へと変換するようなｐｎダイオードまたはｐｉｎダイオードとされたフォトダイオードを使用することが好ましい。フォトダイオードは、ｎ型導電性の層と、ｐ型導電性の層と、によって形成された接合を有している。

【0025】

ｐｎダイオードは、ｎ型ドープされた半導体材料からなる第１層と、ｐ型ドープされた半導体材料からなる第２層と、によって形成されている。半導体材料からなる２つの層は、直接的に接触しており、界面を規定している。

【0026】

ｐｉｎダイオードは、ｎ型ドープされた半導体材料からなる第１層と、ｐ型ドープされた半導体材料からなる第２層と、意図せずにドープされた半導体材料からなる、または意図せずにドープされた半導体材料層のドーピング値に近い外部ドーピングを有した半導体材料からなる、第３層と、によって形成されている。第３層は、ｎ型ドープされた半導体材料からなる第１層と、ｐ型ドープされた半導体材料からなる第２層と、を分離しているとともに、第１層と第２層とに対する界面を有している。

【0027】

１つもしくは複数のドープされたまたは非ドープされた不動態化層を有しているような他のより複雑な構造を使用することができ、ｎ型ドープされた半導体材料からなる第１層とｐ型ドープされた半導体材料からなる第２層とが接合を形成する限りにおいては、これら２つの層の間に介装される。接合の形成により、フォトダイオード内に空乏領域が形成されることが、確保される。空乏領域は、ｐ型ドープされた層内へと部分的に延びているとともに、ｎ型ドープされた層内へと部分的に延びている。Ｍａｒｔｙｎｉｕｋが開示した構造とは異なり、光検出器は、単一のｐｎ接合を、または単一のｐｉｎ接合を、有しているのみである。言い換えれば、光検出器は、ｎｐｎ構造でもｐｎｐ構造でもない。光検出器は、構造的に異なるものであって、電荷キャリアの収集モードが相違しており、これは、光検出器の動作モードが相違することを、意味している。

【0028】

赤外放射を取り込むために、赤外領域で小さなバンドギャップ値を有した半導体材料から形成された、例えば一般的な組成が化学式ＨｇＣｄＴｅによって表される材料から形成された、フォトダイオードを使用することができる。バンドギャップ値が合金の組成に応じて変化するため、ダイオードが収集する波長範囲を調整することが可能とされる。ＨｇＣｄＴｅベースの合金の場合には、バンドギャップ値は、カドミウム濃度によって、および水銀濃度によって、変化する。ＨｇＣｄＴｅ材料から形成された層は、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｔｅを主成分とする層である。各成分に関する厳密な組成は、特段に指定がない限り、規定されない。

【0029】

良好な性能を示すフォトダイオードを製造するためには、好ましくは良好な性能を示す多数のフォトダイオードを製造するためには、基板上にフォトダイオードを形成することが有利であり、より詳細には、液相エピタキシー工程によってフォトダイオードの少なくとも１つの活性層を形成することが有利である。

【0030】

特定の構成では、ｎ型ドープされた半導体材料からなる第１層が、基板上に形成され、その後、ｐ型ドープされた第２層が、形成される。別の構成では、ｐ型ドープされた第１層が、基板上に形成され、その後、ｎ型ドープされた第２層が、形成される。

【0031】

光生成された電荷キャリアの良好なチャネリングを得るためには、ｎ型ドープされた半導体材料からなる第１層の内部に、および／またはｐ型ドープされた半導体材料からなる第１層の内部に、電気的ドーピング勾配が存在するフォトダイオードを形成することが有利である。同じことは、半導体材料からなる第２層においても、有利である。しかしながら、電気的ドーピングレベルは、光検出に関して、および電気光学性能（特に、暗電流）に関して、影響を及ぼすため、電気的ドーピング勾配をバンド幅勾配に対して関連付けることで、最も電気的にドープされた領域が電気光学的により活性でないものとすることが有利である。

【0032】

ｎ型ドープされた半導体材料からなる層が基板上に形成された後に、ｐ型ドープされた半導体材料からなる層が形成される場合には、電気的に活性なｎ型ドーパントの濃度が、基板から、ｐ型ドープされた半導体材料からなる層に向けて、減少していることが有利である。ｎ型ドープされた半導体材料からなる層内におけるバンドギャップ幅も、また、基板に対する界面から、ｐ型ドープされた半導体材料からなる層に向けて、減少している。

【0033】

ｐ型ドープされた半導体材料からなる層が基板上に形成された後に、ｎ型ドープされた半導体材料からなる層が形成される場合には、電気的に活性なｐ型ドーパントの濃度が、基板から、ｎ型ドープされた半導体材料からなる層に向けて、減少していることが有利である。ｐ型ドープされた半導体材料からなる層内におけるバンドギャップ幅も、また、基板に対する界面から、減少している。

【0034】

ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントの濃度が連続的に減少していることが特に有利である、あるいは、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントの濃度に、可能であれば１つもしくは複数のプラトーが存在することが特に有利である。有利な実施形態では、ｎ型またはｐ型の電気的ドーパントの濃度は、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成するために、ｐ型ドープされた層またはｎ型ドープされた層に対する隣接部分内で一定となったり実質的に一定となったりする前に、基板に対する界面から厳密に減少している。

【0035】

液相エピタキシー操作によってそのような濃度勾配を達成することは、異なるドーパント濃度を有したおよび異なる主成分濃度を有した複数の成長浴を提供する必要があることのために、特に複雑である。勾配を形成するように異なる組成を有した連続した複数の層を形成するよう、複数の浴は、互いに順次的なものとされる。さらに、良好な結晶学的品質を有した界面の形成を容易とするよう、基板の上層の一部を融解させることが通常的な手法である。連続した複数の層を高温で形成した場合には、先に形成された層が、全体的にまたは部分的に溶解するため、最終的な濃度プロファイルは、初期的に要求されたプロファイルから、著しく逸脱してしまう。この欠点は、連続した複数の浴を使用して液相で順次的にエピタキシーを行うことの利点を、制限することとなる。この問題点は、勾配が薄い厚みにわたって形成されることのために、より深刻なものとなり得る。

【0036】

液相エピタキシーによってＣｄＴｅ基板上にＨｇＣｄＴｅ層を成長させることが、公知である。米国特許第４３７６６６３号明細書という上記文献における教示を引用することができ、この文献は、ＣｄＴｅ基板上に、ＨｇＣｄＴｅ層を液相エピタキシャル成長させ、その後、ＨｇＣｄＴｅ層上に、ＣｄＴｅ層を成長させることを提示している。

【0037】

ｎ型またはｐ型の電気ドーピング勾配を容易に達成するよう、液相エピタキシー工程において基板原子の拡散現象を使用することが提案されている。原子は、液相エピタキシー工程時に同じ熱履歴を受けることにより、ＨｇＣｄＴｅ合金内の成分に関するドーピングプロファイルと、基板に対する界面からのｎ型またはｐ型の電気的ドーパントのプロファイルとを、より良好に相関させることが可能とされる。好ましい態様では、液相エピタキシーは、テルルに富んだ層を形成する目的で、テルルの過飽和によって実行される。

【0038】

図１に示すように、基板１は、第１半導体材料から形成された少なくとも上層２を有して、提供される。第１半導体材料からなる上層２は、ＣｄＴｅとＣｄＺｎＴｅとから選択される。上層２の厚さは、基板とは異なる時には、有利には５００ｎｍより大きく、より好ましくは２ミクロンより小さい。第１半導体材料は、第１カドミウム濃度を有している。有利な構成では、カドミウムは、ＣｄＺｎＴｅタイプの材料において、上層２の少なくとも３０原子％を占め、より有利には少なくとも４０原子％を占め、さらに有利には少なくとも４５原子％を占める。好ましくは、ＣｄＺｎＴｅタイプの材料は、５０原子％に等しいテルル含有量と、４５％以上のカドミウム含有量と、５％以下の亜鉛含有量と、を有している。

【0039】

上層２は、第１電気的ドーパントを有している。第１電気的ドーパントは、例えば、塩素、ヨウ素、およびインジウムなどの、ｎ型ドーパントとすることができる、あるいは、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、銅、銀、および金などの、ｐ型ドーパントとすることができる。上層２は、単一の、ｎ型またはｐ型の電気的ドーパントを有することができる、あるいは、異なる拡散速度を利用する目的で、複数の異なる電気的ドーパントを有することができる。上層２が、完成後のダイオード内で、電流の流れに寄与する時には、第１電気的ドーパントは、上層２の電気活性ドーパントであり、第１電気的ドーパントの少なくとも一部は、置換位置に配置される。

【0040】

液相エピタキシー工程の前に、上層２内への第１電気的ドーパントの導入を、その後に良質な単結晶第１層３を成長させるための良質の結晶学的シードの形成を促進するために基板１の表面に関する再結晶化アニールが有利には引き続いて行われる注入工程によって、行うことができる。再結晶化アニールは、有利には、４００℃以上の温度で実行される。また、第１電気的ドーパントの前駆体を含有した雰囲気で基板１をアニールすることにより、第１層２のドーピングを行うこともできる。さらに、例えば結晶成長によって形成が行われる時に、より詳細には、その後に基板１を形成するためにスライスされるインゴットを引き上げる時に、上層２をドープすることもできる。

【0041】

液相エピタキシーによる第１層３の形成工程時には、カドミウム含有量の一部は、および第１電気的ドーパント含有量の一部は、上層２から、第１層３へと、移動することとなる。第１層３は、カドミウムが主成分の１つであるような三元のまたは少なくとも三元の例えば四元の合金であるような半導体材料から、形成される。

【0042】

一実施形態では、上層２は、基板１の最上部領域に対応している、すなわち、上層２は、基板１と同じ半導体材料から形成されているとともに、同じカドミウム濃度を有している。代替可能な実施形態では、上層２は、エピタキシー時における第１層３内のカドミウムプロファイルをより良好に制御するよう、基板１のカドミウム濃度よりも大きな、あるいは可能であれば基板１のカドミウム濃度よりも小さな、カドミウム濃度を有している。また、第１電気的ドーパントの濃度を、基板と上層２との間で同一とすることもできる。

【0043】

図２に示すように、第２半導体材料からなる第１層３が、第１半導体材料からなる上層２から、液相エピタキシーによって成長される。第１層３は、上層２に対する界面を有している。第１層３の厚さは、好ましくは５００ｎｍ超であり、有利には６ミクロン未満である。さらに好ましくは、厚さは、１ミクロン超であり、有利には６ミクロン以下であり、さらには５ミクロン以下である。第１層３の厚さは、好ましくは３ミクロン超であり、このため、最終構造は、少なくとも２ミクロンにわたって延びる吸収性領域を有することとなる。

【0044】

第２半導体材料は、少なくともＨｇとＣｄとＴｅとを含有した合金である。形成された半導体材料は、単結晶であり、化学式Ｈｇ_１－ｘＣｄ_ｘＴｅによって、またはより一般的には化学式ＨｇＣｄＴｅによって、表すことができる。第２半導体材料は、ＨｇＣｄＴｅの少なくとも四元誘導体とすることができ、例えば、Ｈｇ_{１－ｘ－ｙ}Ｃｄ_ｘＺｎ_ｙＴｅ、Ｈｇ_{１－ｘ－ｙ}Ｃｄ_ｘＭｎ_ｙＴｅ、またはＨｇ_１－ｘＣｄ_ｘＴｅ_１－ｚＳｅ_ｚ、とすることができる。一般的な態様では、第２半導体材料は、少なくともカドミウム濃度によって変化するバンドギャップエネルギ値を有した材料である。第１半導体材料は、第２半導体材料とは相違しているものの、上層２の表面から第１層３の単結晶成長を行うために、格子定数の調整を可能としている。

【0045】

液相エピタキシー工程は、ＨｇとＣｄとＴｅとを有した、可能であればＺｎ、Ｍｎ、Ｓｅ、または他の必要な材料を有した、第２半導体材料の形成に関与するすべての元素を含有した単一の浴を使用する。浴は、また、第２半導体材料からなる第１層３を電気的にドープするよう、少なくとも１つの電気的ドーパントを含有することができる。少なくとも１つの電気的ドーパントは、第１電気的ドーパントとすることができる、および／または、同じ導電型の第２電気的ドーパントとすることができる。浴は、成長時には変更されることがなく、例えば、浴に対して成分が追加されることがない。

【0046】

第１層３を形成する材料は、液相エピタキシーによって、第２半導体材料からなる単結晶第１層３を形成し得るように選択される。浴は、上層２のカドミウム濃度よりも小さなカドミウム濃度を有している。浴が電気的ドーパントを含有する場合には、その濃度は、上層２の第１電気的ドーパントの濃度よりも小さい。

【0047】

液相エピタキシャル成長が行われる時には、少なくとも１つの電気的ドーパントおよびカドミウムは、上層２から、第２半導体材料からなる第１層３へと、拡散する。

【0048】

上層２からの成長により、上層２に対する界面からカドミウム濃度勾配が生成され、これにより、第１層３内において、上層２に対する界面を起点として界面から離間するにつれて減少するバンドギャップ幅勾配が生成される。第１層３内、すなわち、勾配の底部および／または一定部分における最小カドミウム濃度は、目標をなす赤外放射の良好な吸収が得られるよう、１０原子％～２５原子％とされる。また、電気光学的挙動を適切に分離させるよう、カドミウム勾配が、少なくとも１０原子％に等しいまたは少なくとも２５原子％に等しい濃度差を表すことが好ましい。

【0049】

成長が進むにつれて、上層２内に存在するカドミウムは、より大きな距離にわたって拡散しなければならないことから、およびそれ自体が消費されることから、移動することがますます困難となる。浴内に存在するカドミウムと、上層２に由来するカドミウムと、の間において、平衡が生成される。第１層３の成長フロント上におけるカドミウム濃度は、浴によって規定される値へとカドミウム濃度が最終的に到達するまでは、減少することとなり、カドミウム濃度は、例えば勾配が１％未満であるといったように、一定またはほぼ一定となる。一定のカドミウム濃度が意味することは、濃度が、５０ｎｍにわたって１原子％未満の変動しか有していないことである。

【0050】

第１層３の成長条件は、好ましくは、少なくとも１００ｎｍにわたって、有利には少なくとも５００ｎｍまたは１ミクロンまたは２ミクロンにわたって、一定のカドミウム濃度を有した第１層３を形成するように、選択される。また、一定のカドミウム濃度が、界面から５００ｎｍ～１．５ミクロンの距離のところに配置されていることが、有利である。

【0051】

同時に、電気的ドーパント濃度勾配が、第１層３内に形成される。電気的ドーパントは、主に、またはほぼ独占的に、置換位置に配置される。この電気的ドーパント濃度勾配は、成長浴内における成分の変更に関連するものではなく、上層２からの、可能であれば浴からの、結晶格子内への第１電気的ドーパントの取込／拡散の進行に関連するものであり、また、第２電気的ドーパントの可能な取込に関連するものである。好ましくは、電気的ドーパント濃度勾配は、少なくとも５００ｎｍにわたって延びており、さらに好ましくは５００ｎｍ～１．５ミクロンにわたって延びている。また、第１電気的ドーパント濃度が２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満となるまでは、勾配が延びていることが好ましい。

【0052】

特定の事例では、電気的ドーパントは、インジウムであり、電気的ドーパントの濃度は、上層２と第１層３との間の界面を起点として減少する。別の特定の事例では、電気的ドーパントはヨウ素であり、界面のところで、または界面に対して非常に近いところで、第１電気的ドーパントのピークが存在し、これにより、濃度は、わずかに増大した後に、第１層３の残部にわたって減少することができる。

【0053】

好ましい実施形態では、浴内の電気的ドーパント濃度は、ゼロである。有利な態様では、成長条件は、浴内における第１電気的ドーパントの濃度が、例えば２×１０^１５ｃｍ^－３以下といったような濃度、第１層３内での必要最小濃度を規定するように、選択される。第１層３の成長が行われる時には、電気的ドーパント濃度は、減少し、その後、浴によって規定される値で、一定であることができる。一定の電気的ドーパント濃度が意味することは、濃度が、５０ｎｍにわたって、１０％未満の相対変動しか有していないことである。

【0054】

有利には、第１層３の成長は、第１層３が、少なくとも５００ｎｍにわたって一定のカドミウム濃度を呈するまで、および少なくとも５０ｎｍにわたって１０％未満しか変化しない電気的ドーパント濃度を呈するまで、実行される。浴が、第１電気的ドーパントを全く含有していない場合には、成長は、好ましくは、第１層３が意図せずにドープされるまで、およびカドミウム濃度が一定となるまで、実行される。好ましくは、第１層３は、少なくとも２ミクロンにわたって少なくとも一定のカドミウム濃度を呈するまで、形成される。

【0055】

液相エピタキシー工程の温度は、カドミウムおよび第１電気的ドーパントの拡散を確実に行う閾値温度と比較して、より大きなものとされる。液相エピタキシー工程の熱履歴（時間と温度との積算）は、第１層３の厚さにわたってカドミウムおよび／または第１電気的ドーパントの均一化を実行する閾値熱履歴と比較して、より小さい。温度が低すぎた場合には、カドミウムおよび第１ドーパントが拡散することができず、必要な減少プロファイルを形成することができない。逆に、熱履歴が大きすぎた場合には、カドミウムおよび／または第１電気的ドーパントが拡散しすぎることとなり、濃度が、成膜した第１層３の厚さにわたって、均一となってしまう。液相エピタキシー温度は、４００℃～５００℃とすることができる。

【0056】

別の技術分野では、米国特許第５８６１３２１号明細書という文献により、液相エピタキシーによって、ＣｄＴｅ基板上に、またはＣｄＺｎＴｅ基板上に、ＨｇＣｄＴｅ層を成長させることが公知である。ＨｇＣｄＴｅ層の厚さは、少なくとも３０ミクロンである。基板は、ｎ型またはｐ型にドープされ、ＨｇＣｄＴｅ層は、非ドープで形成される。その後、アニールが実行されることで、ＨｇＣｄＴｅ層内に、均一なドーピングが形成される。別の実施形態では、基板は、基板内に存在するドーパントによってドープされる。均一化アニールは、成長時に実行される。

【0057】

液相エピタキシーによる第１層３の成長工程は、第１層３の厚さが、有利には５ミクロン未満であるように、好ましくは４ミクロン未満であるように、構成される。液相エピタキシーによる第１層３の成長工程は、第１層３の厚さが、有利には１ミクロン超であるように、好ましくは２ミクロン超であるように、構成される。厚さが低減された第１層３を形成することにより、成長が行われる時の熱履歴が低減され、これにより、濃度の均一化に向かう傾向のある拡散現象が制限される。

【0058】

カドミウム勾配の程度が、２ミクロン未満であるようにして、さらには１．５ミクロン未満であるようにして、第１層３を形成することが特に有利であり、ここで、第１層３内における勾配の程度は、上層に対する界面から、第１元素の濃度が一定となる部分までにわたって、測定される。

【0059】

有利な態様では、カドミウム勾配の範囲は、１．５ミクロン未満であり、より好ましくは１ミクロン未満である。カドミウム勾配の範囲が、１００ｎｍ超であるようにして、好ましくは５００ｎｍ超であるようにして、第１層３を形成することが特に有利である。

【0060】

有利な実施形態では、第１層３は、少なくとも１０原子％に等しいものとされた、好ましくは３０原子％以下または２０原子％以下とされた、最小カドミウム濃度を、すなわち第１勾配におけるカドミウムに富まない部分を、有している。

【0061】

第１電気的ドーパントおよびカドミウムは、拡散によって第１層３内へと浸透することにより、カドミウムおよび第１電気的ドーパントは、同様のかつ良好に制御されたドーピングプロファイルを有することができる。同様が意味することは、プロファイルの形状が互いに似通っているのと同時に、それらの濃度プロファイルが半対数スケールで観察される時に、非常に異なる濃度レベルに対応していることである。第１濃度勾配の範囲と、第２濃度勾配の範囲とは、好ましくは同一である、あるいは、厚さにわたって、１ミクロン未満の差を呈する、さらには５００ｎｍ未満の差を呈する。

【0062】

有利な態様では、液相エピタキシー工程の前の時点で、上層２は、５×１０^１６ａｔ／ｃｍ^３以上であるような、有利には５×１０^１７ａｔ／ｃｍ^３以上であるような、さらには５×１０^１８ａｔ／ｃｍ^３または１×１０^１９ａｔ／ｃｍ^３以上であるような、第１電気的ドーパントの濃度を有している。濃度は、好ましくは５×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３～１×１０^１９ａｔ／ｃｍ^３である。

【0063】

例えばインジウムまたはヨウ素から形成された、上層２内における第１電気的ドーパントの濃度を、活性電気的ドーパントが第１層３内へと少なくとも５×１０^１８ａｔ／ｃｍ^３で好ましくは少なくとも１×１０^１９ａｔ／ｃｍ^３で取り込まれることを確保するように選択することが、特に有利である。

【0064】

好ましい態様では、第２電気的ドーパント濃度勾配は、その最高濃度と最低濃度との間に、少なくとも１０に等しい、または少なくとも５０に等しい、または少なくとも１００に等しい、またはさらには１０００に等しい、濃度比を呈する。このようなプロファイルは、単一の浴を使用した単一液相エピタキシー操作において得られる。

【0065】

上層２内の第１電気的ドーパントの濃度と、液体浴内のドーパントの濃度と、液相エピタキシー工程における操作条件とが、第１層３内におけるドーピングプロファイルを規定する。

【0066】

第１層３が一定の電気的ドーパント濃度へと到達する前に一定のカドミウム濃度へと到達するような成長操作条件を選択することが、有利である。第１電気的ドーパントの最小濃度は、第１層３におけるカドミウム含有量が一定の部分またはほぼ一定の部分にのみ存在するとともに、好ましくは５×１０^１３ａｔ／ｃｍ^３～２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３とされる。

【0067】

成長浴では、ｎ型またはｐ型の電気的活性ドーパントの取込を確保する濃度を、第１層３の一定またはほぼ一定の部分において、５×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満に、好ましくは２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満に、さらに好ましくは５×１０^１４ａｔ／ｃｍ^３未満に、選択することが、特に有利である。

【0068】

好ましい態様では、第１層３は、少なくとも１×１０^１８ａｔ／ｃｍ^３または５×１０^１８ａｔ／ｃｍ^３に等しい第１ドーパント濃度から２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満へと、好ましくは少なくとも４×１０^１８ａｔ／ｃｍ^３に等しい値から８×１０^１４ａｔ／ｃｍ^３未満の値へと、厳密に減少する濃度勾配を有した電気的活性ドーパントの濃度とされる。吸収領域で弱いドーピングを達成するドーピング勾配を使用することにより、あるいは、層内における空乏に対応したレベルとなる傾向を有したドーピング勾配を使用することにより、電荷キャリアを、より効率的に案内することができる。そのような構成は、クロストークを低減するとともに、変調伝達関数（ＭＴＦ）を向上させる。

【0069】

液相エピタキシー工程時には、カドミウム濃度が変更され、これにより、蒸着材料のバンドギャップ幅が変化する。同時に、第１電気的ドーパントの濃度が変化し、減少する傾向にある。この２つの濃度勾配の特徴は、複数の成長浴によって規定されるのではなく、液相エピタキシー工程における熱履歴に関連して上層内のおよび浴内のカドミウム濃度ならびに第１電気的ドーパント濃度によって規定される。２つの濃度勾配は、１つまたは複数の事前シミュレーションを実行することにより、規定することができる。そのシミュレーションでは、カドミウム拡散係数と、第１電気的ドーパント拡散係数と、浴内でのおよび上層２内での各濃度と、成長の進行に伴うそれら２つの成分の枯渇と、が考慮される。

【0070】

バンドギャップ幅の変調と電気的ドーパントの変調とを呈するカドミウム濃度の変調により、第１層３におけるいくつかの個別部分を、単一ステップで、電磁信号を電気信号へと変換するようにさらにこの電気信号の伝導を促進するように機能化することを可能とする。

【0071】

第１層３は、電気信号の通過を容易とするように設計された第１部分３ａと、少なくともその厚さの一部にわたって、電磁信号のみをまたは主に電磁信号を取り込むように設計された第２部分３ｂと、を有している。

【0072】

第２半導体材料からなる第１部分３ａを、第１電気的ドーパントに富むようにさらに全体的にカドミウムに富むように形成することにより、広いバンドギャップを有した低抵抗層を形成することができ、これにより、電気信号の良好な伝達が確保される。第１部分３ａは、電気光学的に活性が小さいことにより、フォトダイオードが提供する信号品質に対する結晶欠陥の影響を低減することができる。第２部分３ｂは、フォトダイオード構造の吸収部分を形成する、すなわち、電磁放射を取り込むように設計された部分を形成する。第２部分３ｂは、必要な電磁放射を収集するために、閾値よりも小さなバンドギャップ幅を呈する。第２部分３ｂは、より小さなバンドギャップ幅を呈するものであって、光検出器に対して良好な光電子性能を提供するよう、弱くドープされる、あるいは、ドープされない。弱いドーピングの使用により、光検出器の性能を損なうパラメータである暗電流の値を低減することができ、これにより、より厚い吸収層の使用を容易とする。

【0073】

第２部分３ｂは、好ましくは、２５原子％に等しい閾値よりも小さなカドミウム濃度を呈し、さらに好ましくは、一定のカドミウム濃度を呈する。第２部分３ｂは、好ましくは１ミクロン～４．５ミクロンの厚さを含み、より好ましくは１．５ミクロン～４ミクロンの厚さを含み、さらには２ミクロン～４ミクロンの厚さを含む。第２部分の厚さは、接合を完成するように設計された第２層４の形成モードに応じて、選択することができる。１ミクロン以上超の、好ましくは１．５ミクロン超の、吸収層の使用は、より良好な量子効率を達成することを可能とし、これにより、撮像分野での使用を容易とする。有利には、第２部分３ｂは、２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３未満の第１電気的ドーパント濃度を有している。例えば、第２半導体材料から形成された第１層３がなす第２部分３ｂは、一定もしくはほぼ一定のカドミウム濃度を有した部分を含有しており、またはそのような部分だけによって形成されており、最も光学的に活性な、ｎ型またはｐ型にドープされた層を形成している。

【0074】

第１部分３ａは、好ましくは、カドミウム濃度に関して、第２部分３ｂの最大値に対応した最小値を呈する。第１部分３ａは、好ましくは、最大値が、少なくとも３０原子％であるような、有利には少なくとも４０原子％または５０原子％であるような、カドミウム濃度を呈する。有利には、第２部分３ｂは、２×１０^１５ａｔ／ｃｍ^３超の第１電気的ドーパント濃度を有している。第１部分３ａは、カドミウム濃度が一定とされた領域を有することができる。第１部分３ａは、好ましくは１ミクロン～４ミクロンの厚さを含み、さらに好ましくは２ミクロン～４ミクロンの厚さを含む。

【0075】

第１電気的ドーパント濃度勾配が存在することにより、第１層３内における電界または擬似電界の形成が確保され、これにより、光生成された電荷キャリアを、第１部分３ａから、低抵抗で信号の効率的な伝達を実行し得る第２部分３ｂへと、伝達することを可能とする。第２部分３ｂと第１部分３ａとの間には、成長界面が存在していないため、信号の良好な伝達が確保される。

【0076】

有利な態様では、上層２は、可能であれば浴は、第１電気的ドーパントだけを含む、あるいは、第１電気的ドーパントがその大部分を占めている。液相エピタキシー工程の条件および第１電気的ドーパントの濃度が、第１電気的ドーパント濃度プロファイルをカドミウム濃度プロファイルに一致させることを可能としない場合には、上層２を、第１電気的ドーパントと同じ導電型の第２電気的ドーパントによってドープすることが、有利である。第２電気的ドーパントは、第１層３の形成時に第１電気的ドーパントとは異なる拡散速度を呈するように、選択される。例えば、ｎ型ドーピングの場合、電気ドーピングプロファイルを、カドミウムによって規定されるバンドギャップ幅プロファイルに対して一致させる目的で、インジウムと関連してヨウ素を使用することができる。

【0077】

第１ドーパントの含有量の変更は、第１層３の厚さにわたって連続的に実行され、これにより、ｎ型またはｐ型の電気活性ドーパントの濃度を連続的に変更することを容易に達成することができ、したがって、電界の出現により、光生成された電荷キャリアを効率的にチャネリングさせることを可能とする。

【0078】

図３に示すように、第１半導体材料からなる第１層３が形成された後には、フォトダイオードの残部を形成することができ、特に、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を規定するための逆導電性の第２層４を形成することができる。第１層３が、ｎ型にドープされている時には、第２層４は、ｐ型にドープされる。逆に、第１層３が、ｐ型にドープされている時には、第２層４は、ｎ型にドープされる。上述したように、ｐｉｎ接合を形成するために、第２層４よりも先に、１つまたは複数の他の層を成膜することができる。また、接合を規定するｐ型ドープ層とｎ型ドープ層とを分離するような、意図せずにドープされた第３層５を形成することもできる。層５は、１つまたは複数の異なる材料によって形成することができる。

【0079】

第２層４は、閾値よりも小さなバンドギャップ幅を有した第３半導体材料から形成される。フォトダイオードの活性光学部分または最も活性な光学部分は、バンドギャップ幅が閾値よりも小さな材料によって形成されることにより、フォトダイオードは、第１部分３ａとは異なる特定範囲の電磁放射に対して感応する。この電磁放射は、より大きなバンドギャップ幅を有した第１層２の第１部分３ａによっては、収集されない。第３半導体材料は、有利には、好ましくはＨｇＣｄＴｅのもしくはＨｇＣｄＴｅベースの、三元合金または少なくとも三元合金である。有利な態様では、第１層３と第２層４との合計厚さは、６ミクロン以下であり、さらには５ミクロン以下である。

【0080】

例えば、第３半導体材料から形成された第２層４は、エピタキシーによって、有利には液相エピタキシーによって、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によって、または有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって、成膜される。

【0081】

代替可能な実施形態では、ｐｎ接合を形成するように設計された第２層４は、逆の電気伝導性を有したドーパントの注入によって、またはドーパントの前駆体を含有した雰囲気を使用した拡散によって、得られる。第３半導体材料は、第２半導体材料と同一とすることができる。第２層４は、外部ドーピングによって第１層３内に形成される。層３および４によって形成された接合の厚さは、液相エピタキシーによって形成された第１層３の初期厚さに対応する。

【0082】

第１層３と第２層４との合計厚さは、有利には５ミクロン未満である。第１層３の厚さは、第２層が第１層３上に成膜されるかまたは第１層３内に形成されるかに応じて、調整される。特定の実施形態では、第１層３の厚さは、第２層４の形成後に、３ミクロン以上であり、有利には５ミクロン以下である。

【0083】

第１カドミウム濃度勾配と、第１電気的ドーパントの第２勾配とは、第２層４の形成が行われる時には、第１層３内において保存される。

【0084】

好ましい態様では、フォトダイオードの内部における電磁放射の吸収は、主に、第１層３の第２部分３ｂ内で行われる。第１層３の第２部分３ｂの厚さは、良好な電気光学特性を有した領域が保存されるよう、第２層が第１層内に形成される時には、第３半導体材料からなる第２層４の厚さよりも大きい。

【0085】

第２層４上に、または少なくとも第２層４に対して電気的に接触するようにして、導電性コンタクト６を形成することが、特に有利である。導電性コンタクト６は、有利には純金属材料からなるまたは金属合金からなるコンタクト層によって形成することができる。コンタクト層は、コンタクト６を形成するために、成膜後にエッチングすることができる。同じ基板１上に複数のフォトダイオードが形成される時には、各フォトダイオード上に、特定のコンタクトが形成される。第１カドミウム濃度勾配と、第１電気的ドーパントの第２勾配とは、１つまたは複数のコンタクト６の形成が行われる時には、第１層３内において保存される。

【0086】

フォトダイオードは、有利には、例えば窒化ケイ素Ｓｉ_３Ｎ_４からまたは酸化ケイ素ＳｉＯ_ｘからまたはＺｎＳ層から形成された被覆層７によって、部分的に覆われ、これにより、外部環境から、例えば湿気から、フォトダイオードが保護される。第１カドミウム濃度勾配と、第１電気的ドーパントの第２勾配とは、被覆層７の形成が行われる時には、第１層３内において保存される。

【0087】

第１層３と、第２層４と、存在する場合には第３層５と、の成長は、有利には、複数のフォトダイオードが形成されるようにして、実行される。一つより多くのフォトダイオードを、フォトダイオードアレイの形態で形成することが、有利である。

【0088】

導電性コンタクト６は、フォトダイオードにバイアスを印加することで、観察されたシーンを代理した電気信号を受信することとなる読出回路に対して、接続されるように設計される。各フォトダイオードを読出回路に対して関連付けることが、有利である。複数の読出回路は、また、読出回路アレイとして接続されることで、複数の読出回路を、複数のフォトダイオードに対してハイブリッド接続して、フォーカルプレーンアレイ（ＦＰＡ）を形成する。

【0089】

フォトダイオードを、低温で好ましくは０℃未満でより好ましくは１３０Ｋ～２５０Ｋの範囲で、動作させることが、特に有利である。

【0090】

フォトダイオードが形成された後には、例えば導電性コンタクト６が形成された後には、または被覆層７が成膜された後には、または読出回路とのハイブリッド化が行われた後には、基板１を除去することが考えられる。代替的な方法として、基板１を薄肉化することができる、あるいは、基板１を初期の厚さのままで維持することができる。電磁放射は、基板１を介して、フォトダイオード構造内へと入射する。

【0091】

ｎ型導電性でドープされた第１層３とｐ型導電性でドープされた第２層４とから形成された接合を含むフォトダイオード構造が、提案されている。第１層は、第１半導体材料から形成されているとともに、高濃度でドープされた第１部分３ａと、弱くドープされた第２部分３ｂと、を規定している。

【0092】

フォトダイオード構造は、第１半導体材料から形成された第１層の第１部分と、第１半導体材料から形成された第１層の第２部分と、第２半導体材料から形成された第２層と、を順次的に含む。第１層３と第２層４とは、電磁信号を電子－正孔対へと変換する接合を形成する。

【0093】

第２層４が、接合を形成するために、第１層３内へと第２導電型のドーパントを注入することによって形成されている時には、接合の両側には、ドーピングの型を除いて、同じ半導体材料が存在する。

【0094】

ＨｇＣｄＴｅから形成されたまたはその少なくとも四元誘導体の１つから形成された第１層３を有したフォトダイオードが、得られる。第１層３は、第１カドミウム濃度勾配と、第１電気的ドーパントの第２濃度勾配と、を含む。第１濃度勾配と第２濃度勾配とは、両方とも、第１層３の一端部を起点として、減少している。この端部は、基板１および上層２が除去された時には、被覆されていないものとすることができる、あるいは、事前規定された光学特性を有した材料によってコーティングされていないものとすることができる。構成によっては、基板１は、第２層４上に導電性コンタクト６を形成した後に少なくとも部分的に除去される、あるいは、基板１は、第２層４上に導電性コンタクト６を形成した後に完全に除去される。

【0095】

第１層３は、第１導電型のものであり、６ミクロン未満の厚さを呈する。第２層４も、また、ＨｇＣｄＴｅから、またはその少なくとも四元誘導体の１つから、形成される。第２層４は、第１導電型とは逆の第２導電型の層であり、第１層と第２層とは、電磁信号を電子－正孔対へと変換する接合を形成している。第２層４は、第１層３と第２層４との間の界面に、少なくとも、第１層３と同じ、ＨｇとＣｄとＴｅとの組成を有している。

【0096】

第１層３は、第１部分３ａと第２部分３ｂとの間で、減少するカドミウム濃度と、減少する電気活性ドーパント濃度と、を呈し、これにより、より良好な品質の信号を提供することを可能とする。濃度の減少は、不連続性を有していない。

【0097】

濃度勾配を形成するために液相エピタキシー工程で行われる予防措置は、ダイオードを形成するための方法の最後まで、維持される。ダイオードを製造するための方法は、第１層の厚さの全体にわたってカドミウム濃度および／または第１電気的ドーパント濃度を均一化するアニールを、含んでいない。

【0098】

従来技術による方法では、電気活性ドーパント濃度プロファイルは、連続した複数の浴の個数に対応した多数のクレネルによって得られる。複数のクレネルによって形成されたプロファイルは、その後に、クレネルを消失させるように設計されたアニールに供される。カドミウムの拡散速度は、ｎ型電気活性ドーパントの拡散速度とは異なるため、上述した方法によって得られるプロファイルと同一のプロファイルを得ることが、特に困難である。ドーピングが、液相エピタキシーによる成長が行われる時に得られるため、このドーピング方法は、特に電気光学的に活性となる弱ドープ領域において、注入工程と比較して、欠陥の発生がかなり少ない。

【0099】

フォトダイオードの構造は、光生成された電荷キャリアを、より良好に制御することを可能とし、例えば、複数のフォトダイオードを接続することでアレイを形成する時には、得られる画像のぼやけが低減されることを可能とする。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】