(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射（λ）を受け取って電気信号に変換することが可能であり、動作温度定格を有する半導体構造体（５）であって、
同一の導電型を有し、それぞれが第１および第２の半導体材料により形成された第１および第２の領域（２０、６０）であって、前記第１および第２の半導体材料が同一の、構成元素と呼ばれる元素により構成されており、前記構成元素のうち少なくとも２種類の元素の異なる含有率が前記材料のバンドギャップエネルギーの差に対応し、前記第１の材料が直接バンドギャップ半導体材料である、第１および第２の領域（２０、６０）と、
前記第１および第２の領域（２０、６０）間に設けられ、バリア厚み（ｅ１）において前記第１および第２の領域（２０、６０）の多数キャリアに対するバリアとして作用し、前記構成元素により形成されたバリア領域（４０）であって、前記バリア領域（４０）の前記バリア厚み（ｅ１）全体に亘る前記構成元素の含有率が、前記バリア領域（４０）のバンドギャップエネルギー最小値が前記第１の領域（２０）のバンドギャップエネルギーよりも大きくなるような構成元素含有率であって、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと前記第２の領域のエネルギーとの絶対値差が、前記動作温度定格における熱エネルギーの少なくともｌ０倍と等しくなるような構成元素含有率であり、前記バリア領域（４０）が最小バンドギャップエネルギーを有する場合の前記構成元素の含有率がバリア含有率（Ｘｂ）を規定する、バリア領域（４０）と、
を含み、
前記構造体（５）は、前記第１の領域（２０）と前記バリア領域（４０）とを結合するように設けられて第１の界面領域厚み（ｅ２）を有する第１の界面領域（３０）であって、前記第１の領域（２０）から前記バリア領域（４０）までの前記界面領域厚み（ｅ２）全体に亘って、前記第１の材料の含有率に対応する含有率から前記バリア含有率（Ｘｂ）にまで変化する前記構成元素を有し、前記界面領域厚み（ｅ２）が前記バリア厚み（ｅ１）の少なくとも半分に等しい第１の界面領域（３０）をさらに含み、
前記構造体（５）は、前記バリア領域（４０）と前記第２の領域（６０）とを結合するように設けられて第２の界面領域厚み（ｅ３）を有する第２の界面領域（５０）であって、前記バリア領域（４０）から前記第２の領域（６０）までの前記第２の界面領域厚み（ｅ３）全体に亘って、前記バリア含有率（Ｘｂ）から前記第２の材料の含有率（Ｘ２）に対応するまで変化する前記構成元素を有し、前記第２の界面領域厚み（ｅ３）が前記バリア厚み（ｅ１）の半分よりも薄い第２の界面領域（５０）をさらに含む、構造体（５）。
【請求項２】
前記構造体がｎＢｎ構造体であり、すなわち前記第１および第２の領域の導電型が前記多数キャリアが電子である導電型であり、前記バリア領域（４０）が前記構成元素により形成されており、前記バリア領域（４０）の前記バリア厚み（ｅ１）全体に亘る前記構成元素の含有率が、前記バリア領域（４０）が前記第１の領域（２０）のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギー最小値を有するような構成元素含有率であって、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと前記第２の領域の伝導帯のエネルギーとの絶対値差が前記動作温度定格における熱エネルギーの少なくともｌ０倍と等しくなるような構成元素含有率である、請求項１に記載の構造体（５）。
【請求項３】
前記第１および第２の材料が、実質的に同一の構成元素含有率を有する、請求項１または２に記載の構造体（５）。
【請求項４】
前記構成元素が、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）およびテルリウム（Ｔｅ）である、請求項１から３のいずれかひとつに記載の構造体（５）。
【請求項５】
前記第１の界面領域厚み（ｅ２）が、前記バリア厚み（ｅ１）と前記バリア厚み（ｅ１）の２倍との間である、請求項１から４のいずれかひとつに記載の構造体（５）。
【請求項６】
前記構成元素の含有率が、前記第１の界面領域厚み（ｅ２）全体に亘って実質的に均等に変化する、請求項１から５のいずれかひとつに記載の構造体（５）。
【請求項７】
前記第２の界面領域厚み（ｅ３）が、前記バリア厚み（ｅ１）の１／３よりも薄く、好ましくは前記バリア厚み（ｅ１）の１／１０よりも薄い、請求項１から６のいずれかひとつに記載の構造体（５）。
【請求項８】
前記バリア厚み（ｅ１）が、１００ｎｍと３００ｎｍとの間である、請求項１から７のいずれかひとつに記載の構造体（５）。
【請求項９】
複数の半導体構造体（５ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を含み、前記構造体（５ａ、ｂ、ｃ、ｄ）の少なくとも１つが請求項１から８のいずれかひとつに記載の構造体である、半導体デバイス（１）。
【請求項１０】
光学部（２）と処理部とを含み、前記光学部（２）は光学構造体と呼ばれて電磁放射（λ）を受け取って電気信号に変換することが可能な複数の半導体構造体（５ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を含み、前記構造体（５ａ、ｂ、ｃ、ｄ）のうち少なくとも１つが請求項１から８のいずれかひとつに記載の構造体であり、前記処理部は前記半導体構造体（５ａ、ｂ、ｃ、ｄ）の間に設けられた半導体構造体を含んで前記光学構造体（５ａ、ｂ、ｃ、ｄ）の電気信号を処理する、請求項９に記載の半導体デバイス（１）。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれかひとつに記載の半導体構造体（５）を製造する方法であって、
第１の導電型を有し、第１の半導体材料により形成された第１の領域（２０）を提供する工程であって、前記第１の材料が、所謂構成元素であって、そのうち少なくとも２種類の元素の異なる含有率が、前記材料のバンドギャップエネルギーの変化に対応するような構成元素により形成されている、工程と、
前記第１の領域（２０）に接する第１の界面領域（３０）を形成する工程であって、前記第１の界面領域（３０）が第１の界面領域厚み（ｅ２）を有し、かつ前記界面領域厚み（ｅ２）全体に亘って前記第１の材料の含有率に対応する含有率からバリア含有率にまで変化する前記構成元素を有する、工程と、
前記界面領域（４０）が前記第１の領域（２０）と前記バリア領域（４０）とを結合するように前記界面領域（３０）に接するバリア領域（４０）を形成する工程であって、前記バリア領域（４０）が、前記第１の界面領域厚み（ｅ２）の少なくとも２倍よりも薄いバリア厚み（ｅ１）を有し、前記バリア領域（４０）が前記構成元素により形成され、前記バリア領域（４０）の前記バリア厚み（ｅ１）全体に亘る前記構成元素の含有率が、前記バリア領域（４０）のバンドギャップエネルギーが前記第１の領域（２０）のバンドギャップエネルギーよりも大きいような構成元素含有率であり、前記バリア領域（４０）が最小バンドギャップエネルギーを有する場合の前記構成元素の含有率が前記バリア含有率（Ｘｂ）に等しい、工程と、
第２の界面領域厚み（ｅ３）上に第２の界面領域（５０）を形成する工程であって、前記第２の界面領域の前記構成元素が、前記バリア含有率（Ｘｂ）から前記第２の材料の含有率に対応する含有率にまで変化し、前記第２の界面領域厚み（ｅ３）が前記バリア厚み（ｅ１）の半分よりも薄い、工程と、
前記第１の領域（２０）と同一の導電型を有する第２の領域（６０）を形成する工程であって、前記第２の領域（６０）が前記構成元素により構成された第２の半導体材料により形成され、前記第２の領域（６０）が、前記第１および第２の領域（２０、６０）の間に前記バリア領域（４０）が設けられるように配置され、前記第２の領域（６０）のバンドギャップエネルギーが、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと前記第２の領域のエネルギーとの絶対値差が、動作温度定格における熱エネルギーの少なくともｌ０倍と等しくなるようなバンドギャップエネルギーである、工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射の検出および／または測定、およびこのような検出および／または測定を可能にするデバイスの分野に関する。
【０００２】
オプトエレクトロニクスの急速な進歩は、マイクロエレクトロニクス技術の直接バンドギャップ半導体への適合性に関連し、紫外線から赤外線までの波長範囲においてコンパクトな電磁放射の検出および／または測定を可能にするデバイスの開発を可能にした。
【０００３】
これらのデバイスは概して、電磁放射を受け取って電気信号に変換することが可能な半導体構造体を実装する。
【０００４】
本発明はより特定すると、電磁放射を受け取って電気信号に変換することが可能な半導体構造体、このような半導体構造体を少なくとも１つ含む半導体コンポーネント、およびこのような半導体構造体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
電磁放射を受け取って電気信号に変換することが可能な半導体構造体は概して、逆バイアスをかけられることを意図したダイオード型半導体構造体である。
【０００６】
このような構造体は、電磁放射の検出および／または測定用に用いられると、暗電流を有する。この暗電流は、動作中、構造体が電磁放射に曝されていないときのダイオードの電流に対応し、構造体の主要ノイズ源であり、したがってその信号対雑音比を制限し、ゆえにその感度を制限する。この暗電流は低温度、すなわち１７０Ｋ以下の温度において、空間電荷領域に本質的に関連する。実際これは、トラップアシスティッドトンネル電流およびバンド間トンネル電流の電子−ホール対であって、ほとんどの低温暗電流を生成する電子−ホール対を生成し再結合させる電流のサイトである。
【０００７】
低温暗電流を制限するために、バリア型半導体構造体を用いることが知られている。バリア型半導体構造体とは、同一の導電型を有しバリア領域によって分離された第１および第２の領域を含む半導体構造体である。第１の領域および第２の領域は同一の導電型を有し、同一の多数キャリアを含む。この多数キャリアは構造体の多数キャリアと定義される。バリア領域は、多数キャリアに対するバリアとして作用し小数キャリアを通過させるのに適したバンドギャップを含む。このためバリア領域は、第１および第２の領域のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、様々な領域間のエネルギー差は、小数キャリアに対応するエネルギーバンドに対してできるだけ小さい。エネルギーバンドは、小数キャリアがホールである場合は価電子体であり、小数キャリアが電子である場合は伝導帯である。したがってバリア領域は、第１および第２の領域間のバンドギャップエネルギー差を介して、多数キャリアに対する強力な電位バリアを形成する。これは小数キャリアにとっては低いか、あるいはキャンセルされることもある。なぜなら小数キャリアに対応するエネルギーバンドに対するエネルギー差は小さいからである。
【０００８】
上記において、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかると、第１の領域において光子によって電子−ホール対が生成される。生成された少数キャリアは、第１の領域から第２の領域に移動し、バイアスによって加速され、後者で収集される。この構造体は、小さいギャップ材料における空間電荷領域の存在をなくすことにより、空間電荷領域で起こるノイズもなくし、そのため、この構造体の低温暗電流はダイオード型構造体の低温暗電流よりも少ない。
【０００９】
しかしこの構造体によって低温動作中に暗電流を減少させることが可能になるならば、この構造体はバリア形成のために用いるバンドギャップエネルギー差のために必然的にヘテロ構造体となる。したがって構造体は概して、異なる元素を含む材料であってそのために概して高い格子パラメータ差を有する材料を用いる場合、構造体の様々な領域間に界面欠陥を有する。このような欠陥は潜在的にノイズを引き起こし、構造体のバルブを制限する。
【００１０】
特に特許文献１に教示されているように、界面欠陥の量を制限するために、同一の元素、例えばＣｄＸＨｇ１−ＸＴｅ（テルル化水銀カドミウム型材料）から構成される材料を用いることが知られている。この材料は、様々な元素の含有率に対して、概して減少する格子パラメータ差を有し、格子パラメータ差が大きい場合は微細整合層を含み得、整合層に沿って元素の含有率が変化して応力が減少し、それにより界面における欠陥の量が減少する。
【００１１】
しかし上記材料を含む構造体において界面欠陥の密度がより低い場合、上記構造体を形成するために用いられる材料は以下の２つの基準を満たさなければならない。
【００１２】
材料は、元素の含有率に応じて強力なバンドギャップエネルギー変化を有するべきである。
【００１３】
材料は少なくとも１つの導電型に対して、バンドギャップエネルギーの強力な変化における、小数キャリアに対応するエネルギーバンドに対して小さいエネルギー差を有するという可能性を提供しなければならない。
【００１４】
特許文献１に記載の、第２の基準を満たすための手段は、バリア領域に適切なドーピングをすることである。この手段は、第１の基準を満たす材料、例えばテルル化カドミウム水銀などの材料の場合は実行困難であり、技術的制約のある適切なドーピングは工業的生産にほとんど不適合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４６７９０６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明はこの欠点を克服することを目標とする。
【００１７】
本発明の１つの目的は、電磁放射を受け取って電気信号に変換することが可能なバリア型半導体構造体を提供することである。この構造体を形成する半導体材料は、同一の元素により形成されている。構造体は、バリア領域のドープが第１および第２の領域のドープ型とは異なることを必要とせず、動作中、少数キャリアに対する電位バリアを有していないが、構造体に印加される逆バイアス電圧が高い場合でも活性なままである多数キャリアに対する電位バリアは有している。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的を達成するため、本発明は電磁放射を受け取って電気信号に変換することができるよう適合された半導体構造体に関する。その構造体は、動作温度定格を有するものであって、
同一の導電型を有し、それぞれが第１および第２の半導体材料により形成された第１および第２の領域であって、前記第１および第２の半導体材料が同一の、構成元素と呼ばれる元素により構成されており、前記構成元素のうち少なくとも２種類の元素の異なる含有率が前記材料のバンドギャップエネルギーの差に対応し、前記第１の材料が直接バンドギャップ半導体材料である、第１および第２の領域と、
前記第１および第２の領域間に設けられ、バリア厚みにおいて前記第１および第２の領域の多数キャリアに対するバリアとして作用し、前記構成元素により形成されたバリア領域であって、前記バリア領域の前記バリア厚み全体に亘る前記構成元素の含有率が、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値が前記第１の領域のバンドギャップエネルギーよりも大きくなるような構成元素含有率であって、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと前記第２の領域のエネルギーとの絶対値差が、前記動作温度定格における熱エネルギーの少なくともｌ０倍と等しくなるような構成元素含有率であり、前記バリア領域が最小バンドギャップエネルギーを有する場合の前記構成元素の含有率がバリア含有率を規定する、バリア領域と、
前記第１の領域と前記バリア領域とを結合するように設けられて第１の界面領域厚みを有する第１の界面領域であって、前記第１の領域から前記バリア領域までの前記界面領域厚み全体に亘って、前記第１の材料の含有率に対応する含有率から前記バリア含有率にまで変化する前記構成元素を有し、前記第１の界面領域厚みが前記バリア厚みの少なくとも半分に等しい第１の界面領域と、
前記バリア領域と前記第２の領域とを結合するように設けられて第２の界面領域厚みを有する第２の界面領域であって、前記バリア領域から前記第２の領域までの前記第２の界面領域厚み全体に亘って、前記バリア含有率から前記第２の材料の含有率に対応するまで変化する前記構成元素を有し、前記第２の界面領域厚みが前記バリア厚みの半分よりも薄い第２の界面領域。
【００１９】
「バリア領域」は、構造体内のある領域を意味する。バリア領域において、多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値は、第２の領域の伝導帯最下部と差を有し、その差は、最高動作温度における熱エネルギーの少なくとも１０倍に等しい。さらに、「バリア厚み」は、バリア領域の厚みを意味する。
【００２０】
「直接バンドギャップ半導体材料」は、半導体材料であって、その価電子帯のエネルギー最大値と伝導帯のエネルギー最小値とが、エネルギー分布図において実質的に等しい波長ベクトルｋの値にある半導体材料を意味する。
【００２１】
「半導体構造体の動作温度定格」は、半導体構造体が定格信号対雑音比を有することにより動作する最高温度を意味する。実際このような構造体は、例えば遠赤外線を用いる適用での検出目的では、十分に定義された温度（この例では約８０Ｋ）で動作しなければならず、より高い温度に対しては、信号対雑音比の低下に関連して感度が低下する。別の例によると、室温で動作するようになっている半導体構造体は、８０℃、すなわち３５３Ｋの動作温度定格を有する。
【００２２】
この動作温度定格は、温度定格における分子の平均運動エネルギーに対応する熱エネルギーを規定する。この熱エネルギーＥＴは、ボルツマン定数ｋを用いて、ＥＴ＝ｋＴと定義される。この式においてＴは温度である。遠赤外線を用いる適用での検出のための半導体構造体の例を再び考慮すると、約７ｍｅＶの熱エネルギーが得られる。
【００２３】
この第１の界面領域は、少なくともバリア厚みの半分に等しい第１の界面領域厚みに沿って、第１の領域の含有率に対応する含有率とバリア含有率との間で変化する構成元素を有し、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかったときに、第１および第２の領域間の電位差の一部分を吸収することができる。その結果、上記一部分によって誘導された価電子帯の変形によって、バリア領域と第１および第２の領域との間のバンドギャップエネルギー差によって形成された少数キャリアに対する電位バリアが除去される。したがってこの構造体は、バリア領域に対して特定のドーピングをする必要はなく、それによって第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかっている間、バリア領域が少数キャリアに対する電位バリアを有することがないようになっている。
【００２４】
第２の界面領域は、バリア領域および第１の界面領域の両方に比べて薄いため、多数キャリアに対して急峻な電位バリアが形成されることを可能にし、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかっている間、バリアの変形は減少する。この第２の界面領域があるため、構造体は、高いバリアを多数キャリアが通過するのに十分なバリアの変形を引き起こす逆バイアスが第１の領域にかかることを受け入れる。
【００２５】
したがって上記第１および第２の界面領域を有する構造体は動作中、バリア領域の導電型が第１および第２の領域とは異ならない状態で、構造体の逆バイアスが高い場合でも活性であり続ける多数キャリアのみに対する電位バリアを有する。
【００２６】
前記構造体はｎＢｎ構造体であり得、すなわち前記第１および第２の領域の導電型が前記多数キャリアが電子である導電型であり、前記バリア領域が前記構成元素により形成されており、前記バリア領域の前記バリア厚み全体に亘る前記構成元素の含有率が、前記バリア領域が前記第１の領域のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギー最小値を有するような構成元素含有率であって、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと前記第２の領域の伝導帯のエネルギーとの絶対値差が前記動作温度定格における熱エネルギーの少なくともｌ０倍と等しくなるような構成元素含有率である。
【００２７】
このように本発明はさらに、電磁放射を受け取って電気信号に変換することが可能であり、動作温度定格を有するｎＢｎ型の半導体構造体であって、
多数キャリアが電子である導電型と同一の導電型を有し、それぞれが第１および第２の半導体材料により形成された第１および第２の領域であって、前記第１および第２の半導体材料が同一の、構成元素と呼ばれる元素により構成されており、前記構成元素のうち少なくとも２種類の元素の異なる含有率が前記材料のバンドギャップエネルギーの差に対応し、前記第１の材料が直接バンドギャップ半導体材料である、第１および第２の領域と、
前記第１および第２の領域間に設けられ、バリア厚みにおいて前記第１および第２の領域の多数キャリアに対するバリアとして作用し、前記構成元素により形成されたバリア領域であって、前記バリア領域の前記バリア厚み全体に亘る前記構成元素の含有率が、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値が前記第１の領域のバンドギャップエネルギーよりも大きくなるような構成元素含有率であって、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと前記第２の領域のエネルギーとの絶対値差が、前記動作温度定格における熱エネルギーの少なくともｌ０倍と等しくなるような構成元素含有率であり、前記バリア領域が最小バンドギャップエネルギーを有する場合の前記構成元素の含有率がバリア含有率を規定する、バリア領域と、
前記第１の領域と前記バリア領域とを結合するように設けられて第１の界面領域厚みを有する第１の界面領域であって、前記第１の領域から前記バリア領域までの前記界面領域厚み全体に亘って、前記第１の材料の含有率に対応する含有率から前記バリア含有率にまで変化する前記構成元素を有し、前記第１の界面領域厚みが前記バリア厚みの少なくとも半分に等しい第１の界面領域と、
前記バリア領域と前記第２の領域とを結合するように設けられて第２の界面領域厚みを有する第２の界面領域であって、前記バリア領域から前記第２の領域までの前記第２の界面領域厚み全体に亘って、前記バリア含有率から前記第２の材料の含有率に対応するまで変化する前記構成元素を有し、前記第２の界面領域厚みが前記バリア厚みの半分よりも薄い第２の界面領域と、
を含む半導体構造体に関する。
【００２８】
第１の界面厚みはバリア厚み以上であり得る。
【００２９】
前記第１および第２の材料は、実質的に同一の構成元素含有率を有し得る。
【００３０】
したがって第１および第２の材料は、実質的に同一のバンドギャップエネルギーを有し、少数キャリアが第１の領域から第２の領域へ移動することを容易にする。
【００３１】
本発明の特定の適用によると、前記構成元素は、カドミウム、水銀およびテルリウムである。
【００３２】
このような構成元素は、低温で赤外線範囲の電磁放射を検出および測定するのに特に適している。動作温度が８０Ｋの場合、カドミウムと水銀の含有率の変化は、バンドギャップエネルギーが０ｅＶから１．６ｅＶを超える値まで変化することを可能にする。すなわち多数キャリアの所与の濃度において、対応する伝導帯最下部間の差を約１．２ｅＶにすることができる。さらにこのような構成元素は、同様の格子パラメータを有する材料が構成元素含有率の変化範囲全体に亘って形成されることを可能にし、それにより上記構造体が製造された際に界面欠陥が現れるのを制限する。
【００３３】
前記第１の界面領域厚みは、前記バリア厚みと前記バリア厚みの２倍との間であり得る。
【００３４】
上記構造体は、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスが印加されている間、その逆バイアスが小さい場合でも、多数キャリアに対する電位バリアがキャンセルされるのに十分厚い界面を有する。
【００３５】
前記構成元素の含有率は、前記界面領域厚み全体に亘って実質的に均等に変化し得る。
【００３６】
構成元素含有率が上記のように変化する場合、第１の界面領域のバンドギャップエネルギーは連続的に変化し、したがって少数キャリアに対応するエネルギーバンドのエネルギーも連続的に変化する。この変化は価電子帯の大幅な変形を可能にする。
【００３７】
構成元素含有率は、界面厚み全体に亘って実質的に線形に変化し得る。
【００３８】
本発明の別の可能性によると、構成元素含有率は界面厚み全体に亘って、ガウス誤差関数としても知られる誤差関数に実質的に応じて変化し得る。
【００３９】
上記含有率の変化は、構成元素のうちの１つの、互いに混ざり合う線形グラジエントに対応する。
【００４０】
バリア領域と第２の領域とを結合するように設けられて第２の界面領域厚みを有する第２の界面領域が提供され得る。第２の界面領域は、バリア領域から第２の領域までの界面領域厚み全体に亘って、バリア含有率から第２の材料の構造元素含有率に対応する含有率にまで変化する構成元素を有する。第２の界面領域厚みは、バリア厚みの半分よりも薄い。
【００４１】
前記第２の界面領域厚みは、前記バリア厚みの１／３よりも薄いことがあり得、好ましくは前記バリア厚みの１／１０よりも薄いことがあり得る。
【００４２】
上記第２の界面領域は、バリア領域および第１の界面領域の両方に比べて特に薄いため、多数キャリアに対して急峻な電位バリアが形成されることを可能にし、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかっている間、バリアの変形は減少する。それゆえ構造体は、より高いバリアを多数キャリアが通過するのに十分なバリアの変形を引き起こす逆バイアスが第１の領域にかかることを受け入れる。
【００４３】
前記バリア厚みは、１００ｎｍと３００ｎｍとの間である。
【００４４】
この厚みは、バリアを流れるトンネル電流を制限し、したがって第２の領域と第１の領域との間を多数キャリアが移動することを阻止するのに十分に広い電位バリアを提供するが、他方、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかっている間に迅速に空乏化するのに十分薄い。
【００４５】
本発明はさらに、複数の半導体構造体を含み、前記構造体の少なくとも１つが本発明による構造体である半導体デバイスに関する。
【００４６】
このデバイスは、同一の構成元素により構成された半導体材料により形成された上記構造体のうちの少なくとも１つを用いて低温電磁放射の検出および／または測定を可能にする。上記構造体は、バリア領域のドープ型が第１および第２の領域のドープ型とは異なることを必要とせず、動作中、少数キャリアに対する電位バリアを有していない。
【００４７】
光学部と処理部とが提供され得る。前記光学部は光学構造体と呼ばれて電磁放射を受け取って電気信号に変換することが可能な複数の半導体構造体を含み、前記構造体のうち少なくとも１つが本発明による構造体の少なくとも１つであり、前記処理部は前記半導体構造体の間に設けられた半導体構造体を含んで前記光学構造体の電気信号を処理する。
【００４８】
光学半導体構造体はコンポーネントの光学部に設けられ、光学構造体からの信号を処理する半導体構造体はコンポーネントの一部分であって光学部とは別の一部分に設けられる。これによりコンポーネントは、検出すべき電磁放射の検出および／または測定のために最適化された半導体材料により形成された光学構造体という利点と、上記処理に適した材料、例えばシリコンなどにより形成された光学半導体構造体の電気信号を処理するのに適した構造体という利点とを併せ持つ。
【００４９】
本発明はさらに、本発明による半導体構造体を製造する方法であって、
第１の導電型を有し、第１の半導体材料により形成された第１の領域を提供する工程であって、前記第１の材料が、所謂構成元素であって、そのうち少なくとも２種類の元素の異なる含有率が、前記材料のバンドギャップエネルギーの変化に対応するような構成元素により形成されている、工程と、
前記第１の領域に接する第１の界面領域を形成する工程であって、前記第１の界面領域が第１の界面領域厚みを有し、かつ前記界面領域厚み全体に亘って前記第１の材料の含有率に対応する含有率からバリア含有率にまで変化する前記構成元素の含有率を有する、工程と、
前記界面領域が前記第１の領域と前記バリア領域とを結合するように前記界面領域に接するバリア領域を形成する工程であって、前記バリア領域が、前記第１の界面領域厚みの少なくとも２倍よりも薄いバリア厚みを有し、前記バリア領域が前記構成元素により形成され、前記バリア領域の前記バリア厚み全体に亘る前記構成元素の含有率が、前記バリア領域のバンドギャップエネルギーが前記第１の領域のバンドギャップエネルギーよりも大きいような構成元素含有率であり、前記バリア領域が最小バンドギャップエネルギーを有する場合の前記構成元素の含有率が前記バリア含有率に等しい、工程と、
第２の界面領域厚み上に第２の界面領域を形成する工程であって、第２の界面領域がバリア領域と第２の領域とを結合するように設けられ、前記第２の界面領域の前記構成元素が、前記バリア含有率から前記第２の材料の含有率に対応する含有率にまで変化し、前記第２の界面領域厚みが前記バリア厚みの半分よりも薄く、好ましくはバリア厚みの１／１０よりも薄い、工程と、
前記第１の領域と同一の導電型を有する第２の領域を形成する工程であって、前記第２の領域が前記構成元素により構成された第２の半導体材料により形成され、前記第２の領域が、前記第１および第２の領域の間に前記バリア領域が設けられるように配置され、前記第２の領域のバンドギャップエネルギーが、前記バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと前記第２の領域のエネルギーとの絶対値差が、動作温度定格における熱エネルギーの少なくともｌ０倍と等しくなるようなバンドギャップエネルギーである、工程と、
を含む方法に関する。
【００５０】
この方法は、電磁放射を受け取って電気信号に変換することが可能な構造体の形成を可能にする。構造体を動作させるために、バリア領域のドープ型が第１および第２の領域のドープ型と異なる必要はない。さらにこの方法は、多数キャリアに対する急峻な電位バリアを有し、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかっている間はバリアの変形が減少する構造体を可能にする。したがってこの構造体は、より高いバリアを多数キャリアが通過するのに十分なバリアの変形を引き起こす逆バイアスが第１の領域にかかることを受け入れる。
【００５１】
そのためこの方法は、第１および第２の領域があるために、バリア領域の導電型が第１および第２の領域の導電型とは異ならない状態でより高い逆バイアスがかけられた場合でも活性であり続ける多数キャリアのみに対する電位バリアを動作中有する構造体の形成を可能にする。
【００５２】
第２の領域を形成する工程において、第２の領域は、構成元素により構成された第２の半導体材料により形成され得る。第２の領域は、バリア領域が第１の領域と第２の領域との間に設けられるように配置される。第２の領域のバンドギャップエネルギーは、バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと、第２の領域の伝導帯のエネルギーとの絶対値差が、動作温度定格における熱エネルギーの少なくとも１０倍に等しくなるようなバンドギャップエネルギーである。
【００５３】
本発明は、添付の図面を参照しながら例としての実施形態の記載を読むことにより、より良く理解できる。実施形態は説明の目的のためだけに提供するものであり、本発明を限定する意図はない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明による構造体の一例の模式的断面図である。
【図２】図２は、図１に示す構造体のｚ軸に沿った、カドミウム含有率の変化を示すグラフである。
【図３ａ】図３ａは、図１に示す構造体の、バイアスがない場合のエネルギーバンド図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図１に示す構造体の、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかっている間のエネルギーバンド図である。
【図４】図４は、本発明による半導体コンポーネントの光学部の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図面全体を通して同一、類似または均等な部分には同一の参照符号を付し、図面間の理解をし易くしている。
【００５６】
図面では、様々な部分を必ずしも均一の縮尺で描いているわけではなく、それにより図面を理解し易くしている。
【００５７】
図１は、電磁放射を受け取って電気信号に変換することが可能な半導体構造体５を示す。構造体５は動作温度定格を有し、温度がこれより低いと、構造体５は定格信号対雑音比を有する。
【００５８】
上記構造体５は、紫外線から赤外線までの波長範囲内の波長を有する電磁放射λを検出および／または測定するのに適したものであり得る。本明細書中に示す値は赤外線放射λの検出および／または測定に適合されている。これらの値は、本発明の特定の適用を説明するためだけに提供する。この特定の適用を、本明細書において「本発明の特定の適用」と呼ぶ。
【００５９】
構造体５は、
半導体サポート１０と、
サポート１０に接しており、第１の電気コンタクト７０を備え、第１の材料により形成されている第１の半導体領域２０と、
第１の領域２０に接しており、第１の界面領域厚みｅ２を有する第１の界面領域３０と、
第１の界面領域３０に接しており、バリア厚みｅ１を有するバリア領域４０と、
バリア領域４０に接しており、第２の界面領域厚みｅ３を有する第２の界面領域５０と、
第２の界面領域５０に接しており、第２の電気コンタクト７５を備え、第２の材料により形成されている第２の半導体領域６０と、
構造体５の表面であって第１および第２の電気コンタクト７０、７５以外の部分の表面のパッシベーションに適しており、電気絶縁体としても作用する表面パッシベーション層８０とを含む。
【００６０】
第１の領域２０、第１の界面領域３０、バリア領域４０、第２の界面領域５０および第２の領域６０は、いわゆる構成元素により形成されている。
【００６１】
構成元素は、構成元素のうち少なくとも２種類の元素の含有率が異なる２種類の半導体材料がバンドギャップエネルギーを有するように選択される。バンドギャップエネルギーが変化し得る範囲は、最小のバンドギャップエネルギーを提供する構成元素含有率を有する材料と、最大のバンドギャップエネルギーを提供する構成元素含有率を有する材料とのバンドギャップエネルギー差が、少なくとも１つの導電型に対する電位バリアを形成するのに適した差であるような範囲でなければならない。
【００６２】
この条件は例えば、以下のような構成元素によって満たされる。あるいくつかの構成元素について、その含有率を変化させることにより得られ得るバンドギャップエネルギーのバンドギャップエネルギー最小値に関連する伝導帯最下部とバンドギャップエネルギー最大値に関連する伝導帯最下部とのエネルギー差が、最大動作温度（電子である多数キャリア、ならびに第１の領域、第２の領域およびバリア領域において同一の多数キャリア濃度に対する最大動作温度）における熱エネルギーの少なくとも１０倍に等しい場合、これらの構成元素によって上記条件は満たされる。構成元素は、カドミウムＣｄ、水銀ＨｇおよびテルリウムＴｅであって、材料の組成はＣｄＸＨｇ１−ＸＴｅである。この構成元素は後者の条件を満たすことができる。実際、動作温度定格８０Ｋの場合、ＣｄＸＨｇ１−ＸＴｅの組成を有し、カドミウムの含有率Ｘが０．１８と１である２種類の材料のエネルギー差は約１．２ｅＶである。８０Ｋでの熱エネルギーが約７ｍｅＶである場合、得られる得る差は熱エネルギーの約１０倍、すなわち７０ｍｅＶよりもはるかに大きい。
【００６３】
このことはより高い温度でも同じである。したがって室温において熱エネルギーは約２６ｍｅＶであり、差は２６０ｍｅＶより大きいことになる。この値は、カドミウムＣｄ、水銀ＨｇおよびテルリウムＴｅという構成元素によっても達成可能である。
【００６４】
以下、本発明の特定の適用において、「構成元素含有率」はカドミウムの含有率を意味し、後者は水銀とテルリウムの含有率を直接決める。本発明の特定の適用による構造体を形成する材料はＣｄＸＨｇ１−ＸＴｅであり、この式においてＸはカドミウムの含有率を示す。
【００６５】
半導体サポート１０は、第１の領域２０を形成する材料を成長させるのに適した半導体材料である。したがって構成元素がカドミウムＣｄ、水銀ＨｇおよびテルリウムＴｅである本発明の特定の適用において、半導体サポートは例えばテルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）である。
【００６６】
図１に示すように、半導体サポート１０は第１および第２の面を有する実質的に平坦なサポートである。
【００６７】
第２の領域２０は、サポート１０の第２の面に接している。第１の領域２０は、一方の面がサポート１０に接した実質的に平面状の層である。
【００６８】
第１の領域２０は第１の材料により形成されている。第１の材料は、構成元素により構成されている。第１の材料は直接ギャップ半導体材料である。第１の材料のギャップエネルギーは、検出および／または測定すべき電磁放射の波長λに適合されている。第１の材料のバンドギャップエネルギーへの適合は、第１の材料のバンドギャップエネルギーが、検出すべき電磁放射λのエネルギーよりも小さいエネルギーに対応するのに適した構成元素含有率Ｘ１により達成される。
【００６９】
第１の材料は多数キャリアおよび少数キャリアについての第１の導電型を有する。以下、「多数キャリアおよび少数キャリア」はそれぞれ、第１の材料の多数キャリアおよび少数キャリアを意味する。
【００７０】
第１の電気コンタクト７０は、第１の材料およびその導電型に適合された電気コンタクトである。
【００７１】
本発明の特定の適用によると、第１の材料は、３μｍより短い中赤外線範囲の電磁放射λを検出および／または測定するのに適した構造体の場合、０．４に等しい構成元素含有率Ｘ１を有し、５μｍより短い中赤外線範囲の電磁放射λを検出および／または測定する場合、０．３に等しい構成元素含有率Ｘ１を有する。１０μｍより短い遠赤外線範囲の電磁放射λを検出および／または測定する場合、第１の材料の構成元素含有率Ｘ１は０．２２に等しい。
【００７２】
上記適用によると第１の材料は、第１の領域２０の多数キャリアが電子であり、したがって少数キャリアがホールｈ＋であるような導電型を有する。この導電型は、第１の材料に、過剰な電子を提供するドーパント構成元素、例えばインジウム（Ｉｎ）をドープすることによって達成される。多数キャリアの濃度は５×１０１４ｃｍ−３と５×１０１５ｃｍ−３との間である。
【００７３】
本発明の特定の適用によると、第１の電気コンタクト７０は金コンタクトであり、ＣｄＸＨｇ１−ＸＴｅ型材料に電気的に接するように適合されている。
【００７４】
第１の領域は、構造体のうち電磁放射λを吸収するように適合された領域であり、吸収に適した厚みを有する。したがって本発明の特定の適用において、第１の領域２０の厚みは少なくとも２μｍに等しく、好ましくは構造体が適合された波長のオーダーである。
【００７５】
本明細書の上記の部分およびこれ以降において、「構造体の領域の厚み」は、領域の寸法であって、第１の領域から第２の領域まで延びる軸に沿った寸法を意味する。図１に示す実施形態および各領域において、この軸は、各領域と、各領域が接する別の領域との界面に対して実質的に垂直である。この軸は、本明細書に記載の実施形態において、図１に示すｚ軸である。
【００７６】
第１の領域２０は、サポート１０に接する面とサポート１０とは反対側の面とを有する。
【００７７】
第１の界面領域３０は、第１の領域の面であってサポート１０とは反対側の面に沿って、第２の領域２０に接する。第１の界面領域３０は、第１の領域２０の面であってサポート１０とは反対側の面に沿って第２の領域２０に接する実質的に平面状の層である。
【００７８】
第１の界面領域３０は、第１の領域２０からバリア領域４０までの界面領域厚みｅ２全体に亘って、第１の材料の構成元素含有率Ｘ１に対応する含有率からバリア含有率Ｘｂまで変化する構成元素を有する。
【００７９】
第１の界面領域３０の構成元素含有率は、界面領域厚みｅ２全体に亘って実質的に均等に変化する。
【００８０】
図２に示すように、第１の界面領域３０の構成元素含有率は、界面厚みｅ２全体に亘って実質的に線形に変化する。
【００８１】
第１の界面領域３０は、第１の領域２０に接する面と、第１の領域２０に接する面とは反対側であってバリア領域４０に接する面とを有する。
【００８２】
バリア領域４０は、構造体５の領域であって、第１および第２の領域２０、６０の多数キャリアに対するバリアとして作用する領域である。バリア領域４０は実質的に平面状の層である。
【００８３】
バリア厚みｅ１は、バリア領域４０のバンドギャップエネルギーが、バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと、第２の領域の伝導帯のエネルギーとの絶対値差が、動作温度定格における熱エネルギーの少なくとも１０倍に等しくなるようなバンドギャップエネルギーである場合の厚みである。
【００８４】
バリア厚みｅ１は、バリア領域が多数キャリアに対するバリアとして作用し、第２の領域６０と第１の領域２０との間で多数キャリアが移動することを阻止するのに十分大きい値を有する。バリア厚みｅ１はさらに、第１の領域２０に第２の領域とは逆のバイアスがかかっている間にバリア領域を迅速に空乏化させるのに十分薄い。
【００８５】
バリア含有率Ｘｂは、構成元素含有率であって、バリア含有率Ｘｂを有する材料のバンドギャップエネルギーが、バリア領域のバンドギャップエネルギー最小値に関連する多数キャリアに対応するエネルギーバンド極値のエネルギーと、第２の領域の伝導帯のエネルギーとの絶対値差が、動作温度定格における熱エネルギーの少なくとも１０倍に等しくなるようなバンドギャップエネルギーであるために必要な構成元素含有率である。
【００８６】
図２に示すように、バリア領域の構成元素含有率は、バリア含有率Ｘｂと最大幅含有率Ｘｍとの間で変化する。最大幅含有率Ｘｍは、バリア領域４０が最大バンドギャップエネルギーを有する場合の構成元素含有率である。
【００８７】
本発明の特定の適用によると、バリア含有率Ｘｂおよび最大幅含有率Ｘｍは、３μｍより短い中赤外線範囲の電磁放射λを検出するのに適した構造体の場合（Ｘ１＝０．４）、それぞれ０．８と０．８５に等しく、５μｍより短い中赤外線範囲の電磁放射λを検出する場合（Ｘ１＝０．３）、それぞれ０．６および０．６５に等しい。１０μｍより短い遠赤外線範囲の電磁放射λを検出する場合（Ｘ１＝０．２２）、バリア含有率Ｘｂおよび最大幅含有率Ｘｍはそれぞれ０．５５と０．６に等しい。特定の適用によるこれら構造体の動作温度定格が、近赤外線、中赤外線および遠赤外線範囲の放射を検出するためにそれぞれ８０Ｋ、１２０Ｋおよび１７０Ｋである場合、１０倍という基準ｋＴは、さらに高い温度（室温に近い温度）でもこれらの構造体の各々において広く満たされる。
【００８８】
バリア領域４０は、第１の界面領域３０から第２のバリア領域５０までのバリア厚みｅ１方向に沿って以下を順に含む。
【００８９】
構成元素含有率がバリア含有率Ｘｂから最大幅含有率Ｘｍにまで線形に変化する第１の部分、
構成元素含有率が実質的に一定であり最大幅含有率Ｘｍに等しい第２の部分、および
構成元素含有率が最大幅含有率Ｘｍからバリア含有率Ｘｂにまで線形に変化する第３の部分。
【００９０】
バリア領域が効率的な電位バリアを有するようにするために、第２の部分がバリア領域４０の大半を占める。
【００９１】
本発明の特定の適用によると、バリア厚みｅ１は１００ｎｍと３００ｎｍとの間であり、好ましくは３００ｎｍに等しい。
【００９２】
バリア領域４０は、界面領域３０に接する面と、界面領域３０に接する面とは反対側であって第２の界面領域５０に接する面とを有する。
【００９３】
第２の界面領域５０は、バリア領域４０の面であって第１の界面領域３０とは反対側の面に沿ってバリア領域４０に接する実質的に平面状の層である。
【００９４】
第２の界面領域５０は、バリア領域４０から第２の領域までの界面領域厚みｅ３全体に亘って、バリア含有率Ｘｂに対応する含有率から第２の材料の構造元素含有率Ｘ２に対応する含有率にまで変化する構成元素を有する。
【００９５】
第２の界面領域５０の構成元素含有率は、第２の界面領域厚みｅ３全体に亘って実質的に均等に変化する。図２に示すように、第２の界面領域５０の構成元素含有率は、界面領域厚みｅ３全体に亘って実質的に均等に変化する。
【００９６】
第２の界面領域厚みｅ３はできるだけ薄く、バリア厚みｅ１の１／３よりも薄く、好ましくはバリア厚みｅ１の１／１０よりも薄い。
【００９７】
本発明の特定の適用によると、バリア厚みｅ１は３０ｎｍよりも薄い。
【００９８】
第２の界面領域５０は、バリア領域４０に接する面と、バリア領域に接する面とは反対側の面であって第２の領域６０に接する面とを有する。
【００９９】
第２の領域６０は、第２の界面領域５０の面であってバリア領域４０とは反対側の面に沿って第２の界面領域５０に接する実質的に平面状の層である。
【０１００】
第２の領域６０は、第２の材料により形成されている。図２に示すように、第２の材料の構成元素含有率Ｘ２は、第１の材料の構成元素含有率Ｘ１と実質的に同一である。
【０１０１】
第２の材料は、第１の材料と実質的に同一の導電型および多数キャリア濃度を有する。
【０１０２】
第２の領域６０は、第２の領域６０にバイアスをかけることを可能にするのに適し、したがって第２の材料に適した第２の電気コンタクト７５を備える。
【０１０３】
本発明の特定の適用によると、第２の電気コンタクト７５は、チタンおよび／または金コンタクトであり、このコンタクトはＨｇＸＣｄ１−ＸＴｅ型材料に適している。
【０１０４】
構造体５は、構造体５の表面であって第１および第２の電気コンタクト７０、７５以外の部分の表面上に表面パッシベーション層８０を備える。この表面パッシベーション層１８は、構造体５の表面に対する電気絶縁機能をも有する。
【０１０５】
特定の適用によると、表面パッシベーション層８０はテルル化カドミウムＣｄＴｅまたは硫化亜鉛ＺｎＳにより形成される。
【０１０６】
この構造体５は、本発明の特定の適用による構造体である場合、図３ａに示すようなバイアスのないバンド構造を有する。
【０１０７】
第１の領域は、厚み全体に亘って一定のエネルギーギャップを有する。このエネルギーギャップは、検出および／または測定すべき電磁放射λのエネルギーよりも僅かに小さい。
【０１０８】
第１の界面領域３０の構成元素含有率は第１の界面領域厚みｅ２に沿って変化するため、第１の界面領域３０は第１の界面領域厚みｅ２方向に増加するバンドギャップエネルギーを有する。構成元素が水銀、カドミウムおよびテルリウムであるため、カドミウム含有率の増加に関連するバンドギャップエネルギーの広がりは非対称であり、該増加のほぼ２０％が価電子帯上に分布し、該増加のほぼ８０％が伝導帯上に分布する。
【０１０９】
バリア領域において、バンドギャップエネルギーは迅速に増加してバンドギャップエネルギー最大値に達する。バンドギャップエネルギーがバンドギャップエネルギー最大値に達すると、バリア領域４０はバリア厚みｅ１の大部分に亘って、実質的に一定のバンドギャップエネルギーを有する。
【０１１０】
バリア領域のバンド構造は主に、伝導帯Ｅｃが第１および第２の領域において高エネルギー側にオフセットすることに対応する。電位バリアは、多数キャリアである電子に対して形成されている。バンド構造ではさらに、価電子帯Ｅｖが第１および第２の領域において低エネルギー側にオフセットしている。そのため電位バリアは少数キャリアであるホールに対しても形成されている。このように伝導帯および価電子帯がオフセットにより非対称であるため、バリア領域は電子およびホールそれぞれに対して強力かつ低い電位バリアを有する。
【０１１１】
バリア厚みの端部において、バンドギャップエネルギーは減少し、バリア含有率Ｘｂを有する材料に対応するバンドギャップエネルギー値に達する。
【０１１２】
第２の界面領域５０において、第２の界面領域厚みｅ３方向に構成元素含有率が変化することにより、第２の界面領域厚みｅ３全体に沿ってバンドギャップエネルギーが減少する。第２の界面領域厚みｅ３の適合性ゆえに、バンドギャップエネルギーの変化は第１の界面領域３０の変化に比べて急峻である。
【０１１３】
第２の界面領域５０は、第１の領域２０と実質的に同一のバンドギャップエネルギーを有する。これは動作中に少数キャリアが第１の領域２０と第２の領域６０との間を移動することを容易にするためである。
【０１１４】
本発明による構造体５を実装すると、第１の領域２０に第２の領域６０とは逆のバイアスがかけられる。このバイアスは、第１および第２の電気コンタクト７０、７５を介してかけられる。この構造体５は、このバイアスがかかっている間に図３ｂに示すものと同一型のバンド構造を有することにより、電磁放射λを検出することができる。実際、第１の領域２０で生成される任意の電子−ホール対の小数キャリアは、第１および第２の領域２０、６０間の電位差によって加速し、バリア領域４０およびその界面領域３０において増大する電界によって直接収集される。実際、多数キャリアは、バリア領域を通過する際に電位バリアに出くわすことはない。
【０１１５】
図３ｂは本発明の特定の適用による構造体５に関し、これにより動作をよりよく理解することができる。
【０１１６】
この構造体５の場合、赤外線電磁放射λの測定および／または検出を可能にするために印加する電圧は、数百ミリボルトのオーダーでなければならない。図３ｂにおいて、第１の領域に第２の領域とは逆のバイアスがかかっている間、主に第１の界面領域３０およびバリア領域４０間で電位が変化していることがわかる。
【０１１７】
その結果、第１の界面領域３０およびバリア領域４０において、価電子帯および伝導帯が高エネルギーまで上昇する。この上昇は、第１の界面領域３０においては動作閾値電圧からの上昇であり、少数キャリアに対する電位バリアを除去するのに十分価電子帯を変形させる。第２の界面領域５０においては伝導帯および価電子帯の変形が低減し、バリア領域は電位バリアを形成し続け、第２の領域６０および第１の領域２０間で多数キャリアが移動することを阻止する。
【０１１８】
したがって電磁放射λがない状態では、構造体５を通過する多数キャリア流はない。構造体５が十分なエネルギーを有する電磁放射λに曝されると、第１の領域２０において光子によって生成された電子−ホール対のうちホールは加速し、電位バリアに出くわすことなく第２の領域６０を通過して、そこで収集される。適切な電子部品を用いれば、このように生成された電流によって電磁放射λを検出および／または測定するこが可能になる。
【０１１９】
特定の適用による構造体５は、以下の工程を含む製造方法によって製造し得る。
【０１２０】
テルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）製の半導体サポート１０を提供する工程、
構成元素をサポート１０上に堆積することにより第１の材料の層を形成して、第１の領域２０を形成する工程、
構成元素を第１の領域２０上に堆積することにより第１の界面領域３０を形成する工程であって、構成元素は層として堆積され、構成元素は、第１の界面領域厚みｅ１方向に沿って第１の材料の構成元素含有率Ｘ１に対応する含有率からバリア含有率Ｘｂにまで変化する工程、
構成元素を第１の界面領域３０上に堆積することによりバリア領域４０を形成する工程であって、構成元素はバリア厚みｅ１を有する層として堆積され、バリア領域４０の構成元素含有率は、バリア含有率Ｘｂと最大幅含有率Ｘｍとの間である工程、
構成元素をバリア領域４０上に堆積することにより第２の界面領域５０を形成する工程であって、構成元素は層を形成するように堆積され、構成元素含有率は、第２の界面領域厚みｅ３方向に沿ってバリア含有率Ｘｂから第２の領域の構成元素含有率Ｘ２に対応する含有率まで変化する工程、
構成元素を第２の界面領域５０上に堆積することにより第２の材料の層を形成して、第２の領域６０を形成する工程、
第１および第２の領域６０上にそれぞれ第１および第２の電気コンタクト７０、７５を形成する工程、および
構造体の表面であって金属コンタクト７０、７５以外の部分の表面上に表面パッシベーション層８０を堆積する工程。
【０１２１】
本発明の特定の適用において、構成元素を堆積することを含む工程は、分子ビームエピタキシまたは有機金属気相成長法によって行い得る。
【０１２２】
さらに留意し得るのは、構造体の領域１０、２０、３０、４０、５０、６０の導電型および多数キャリアの濃度を規定するために、様々な領域１０、２０、３０、４０、５０、６０を形成した後に構成元素にドーパント元素を堆積して混入させるという点である。ドーパント元素の種類によっては、構造体５を製造する方法は、ドーパント元素を活性化させる工程、例えば熱アニーリング工程などを含み得る。
【０１２３】
本発明はさらに、図４に一部を示すようなデバイス１に関する。デバイス１は、本発明による構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを含む。
【０１２４】
このデバイス１は、第１のいわゆる光学部２と第２のいわゆる処理部（図示しない）とを含む。
【０１２５】
図４に示すように、光学部２は本発明による４つの構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを含む。
【０１２６】
光学部２は、
すべての構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに共通の半導体サポート１０と、
半導体サポート１０に接しており、第１の電気コンタクト７０を備え、第１の材料により形成されており、すべての構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに共通である第１の半導体領域２０と、
第１の領域２０に接しており、すべての構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに共通である第１の界面領域３０と、
第１の界面領域３０に接しており、すべての構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに共通であるバリア領域４０と、
バリア領域４０に接しており、すべての構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに共通である第２の界面領域５０と、
第２の界面領域５０に接しており、各構造体毎に設けられた第２の半導体領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄであって、それぞれが第２の電気コンタクト７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄを備え、第２の材料により形成されている第２の半導体領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄと、
光学部２の表面であって第１および第２の電気コンタクト７０、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ以外の部分の表面のパッシベーションに適している表面パッシベーション層８０とを含む。
【０１２７】
上記構造体５と同一の動作原理を用いる光学部２の構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、上記構造体の領域と同一の特徴を有する、光学部２の様々な領域１０、２０、３０、４０、５０、６０ａ、ｂ、ｃ、ｄを含む。
【０１２８】
デバイスの処理部に対する光学部２のインジウムハイブリダイゼーションを可能にするために、インジウムハイブリダイゼーションによって光学部を処理部に接続することを可能にしてデバイスを形成するのに適したハイブリダイゼーションプランを規定するように、光学部２のすべての電気コンタクトを配置する。
【０１２９】
処理部は、相互接続されることによって光学構造体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの電気信号を処理するのに適した処理回路を形成する半導体構造体を含む部分である。この処理部は、トランジスタ型構造を用い、シリコンにより形成されている。処理部はさらに、インジウムハイブリダイゼーションによる光学部への接続を可能にするのに適した電気コンタクトを含む。したがってこのデバイスは、ＣｄＸＨｇ１−ＸＴｅなどの光学半導体材料を用いることの利点と、シリコン構造体により提供される低ノイズ高速電子部品を用いた処理による利点とを併せ持っている。
【０１３０】
このデバイス１の光学部の実装は、本発明による構造体の実装と同様である。
【０１３１】
このデバイス１を製造する方法は、第２の領域６０ａ、ｂ、ｃ、ｄを形成すること、および光学構造体５ａ、ｂ、ｃ、ｄの各々に特定の第２の電気コンタクトを形成することに関連するマスキング工程を実行すること以外は、本発明による構造体５の製造方法と同様である。
【０１３２】
上記の実施形態において、本発明による構造体５のバリア領域４０が３つの部分を含み、そのうちバリア領域の大部分を占める第２の部分が実質的に一定の元素含有率を有すると記載されている場合、本発明の範囲から逸脱することなく、バリア領域４０のバリア厚みｅ１の大部分に亘って構成元素含有率は任意に変化し得る。この場合、構成元素含有率のバリア厚みｅ１に沿った変化は、バリア領域４０全体のバンドギャップエネルギーがバリア含有率Ｘｂに対応するバンドギャップエネルギー以上であるような変化でなければならない。
【０１３３】
上記の実施形態において、本発明による構造体５の第２の材料の構成元素含有率Ｘ２が第１の材料の構成元素含有率Ｘ１と実質的に同一であると記載されている場合、第２の材料の構成元素含有率Ｘ２は、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の材料の構成元素含有率と異なり得る。
【０１３４】
本発明の特定の適用において、多数キャリアは電子であり、構造体はｎＢｎ型構造体（ｎは第１および第２の領域のドープ型を示し、Ｂはバリアを示す）である。本発明による構造体はさらに、本発明の範囲から逸脱することなく、多数キャリアがホールである導電型を有し得、この場合、構造体はｐＢｐ型構造体（ｐは第１および第２の領域のドープ型を示し、Ｂはバリアを示す）である。
【０１３５】
さらに本明細書に記載の実施形態において、第１および第２の界面領域の各々において構成元素含有率がそれぞれの厚み方向に沿って線形に変化すると記載されている場合、本発明の範囲から逸脱することなく、第１および第２の領域のうち少なくとも一方は元素含有率の線形でない変化を有し得る。
【０１３６】
本明細書に記載の実施形態において、第１および第２の界面領域において構成元素含有率が線形に変化すると記載されている場合、本発明の範囲から逸脱することなく、界面領域の一方または両方の構成元素含有率が線形でない様式で変化することは考慮する価値がある。したがって界面領域の一方または両方について、構成元素含有率が「ガウス誤差関数」としても知られる誤差関数に応じて変化することも考慮する価値がある。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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