(57)【要約】本発明は、ヘテロ構造を有しＨｇＣｄＴｅ基板を含む少なくとも１つのｐ−ｎダイオードを含むデバイスに関する。ＨｇＣｄＴｅ基板は各ダイオードにおいて、第１のカドミウム濃度を有する第１の部分（４）と、第１のカドミウム濃度より高い第２のカドミウム濃度を有し、第１の部分（４）と共にヘテロ構造を形成する高濃度部（１１）と、高濃度部（１１）内に位置し、第１の部分にまで延び、第１の部分（４）のｎ型ドープ部分であって単一基板（１）と呼ばれる部分と共にｐ−ｎ接合（１０）を形成するｐ＋型ドープ領域（９）とを備え、高濃度部（１１）がｐ＋型ドープゾーン（９）内のみに位置しており、所与のカドミウム濃度を有するケーシング（１２）を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多くはｎ型にドープされたＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅに基づく基板を含む少なくとも１つのヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを有するデバイスであって、前記基板は各ダイオードにおいて、
第１のカドミウム濃度を有する第１の部分（４）と、
前記第１のカドミウム濃度より高い第２のカドミウム濃度を有し、前記第１の部分（４）と共にヘテロ構造を形成する第２の部分（１１）または高濃度部（１１）と、
前記高濃度部（１１）内に位置し、前記第１の部分（４）にまで延び、前記第１の部分（４）のｎ型ドープ部分またはベースプレート（１）と共にｐ／ｎ接合（１０）を形成するｐ＋型ドープゾーン（９）またはｐ型ドープゾーンと、
を備え、
前記高濃度部（１１）が前記ｐ＋型ドープゾーン（９）内のみに位置しており、実質的に一定のカドミウム濃度を有するウェル（１２）を形成する、デバイス。
【請求項２】
前記ウェル（１２）が前記ｐ／ｎ接合（１０）から実質的に一定の中間距離（Ｄ）にある位置にベースを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
少なくとも２つの互いに隣接するヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを備え、前記２つの互いに隣接するダイオードの前記ウェル（１２）が分離しており前記２つのダイオードのうち一方における前記中間相対距離（Ｄ）が前記ダイオードのうち他方における前記中間相対距離（Ｄ）と実質的に等しい、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ｐ＋型ドープゾーン（９）がアクセプタドーパント（８）でドープされている、請求項１から３のいずれかひとつに記載のデバイス。
【請求項５】
前記アクセプタドーパント（８）がヒ素である、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ベースプレート（１）がＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成され、ｘが０．１５と０．９５との間の値を有し、前記第１のカドミウム濃度を意味する、請求項１から５のいずれかひとつに記載のデバイス。
【請求項７】
前記ウェル（１２）がＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅにより形成され、ｙが０．１５より大きく０．９５以下の値を有し、ｘの値より厳密に大きく、前記第２のカドミウム濃度を意味する、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
少なくとも１つのヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを有するデバイスを製造する方法であって、
ａ）ｎ型不純物ドナーを含み第１のカドミウム濃度を有するＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成されてベースプレート（１）と呼ばれる基板（１０１）内にアクセプタドーパント（８）をイオン注入する工程と、
ｂ）前記基板内で前記ドーパント（８）を拡散および活性化させて、前記基板内にｐ＋型ドープゾーン（９）を規定する工程と、
ｃ）前記工程ｂ）の前または後に、前記ベースプレート（１）および前記ｐ＋型ドープゾーン（９）上に、元素の１つがカドミウムＣｄであるパッシベーション層（５）を堆積する工程と、
ｄ）前記基板内に初期状態から存在した、または前記ドーパントを拡散および活性化させる工程中に形成された水銀ギャップを充填し、それにより前記ベースプレート（１）がｎ型にドープされ、ｐ＋型ドープゾーン（９）と共にｐ＋／ｎ接合またはｐ／ｎ接合（１０）を形成する工程と、
を順に含み、
前記工程ｄ）の前であって前記工程ｂ）および前記工程ｃ）の後に、前記パッシベーション層（５）から前記ｐ＋型ドープゾーン（９）にカドミウムを選択的に相互拡散させ、それにより第１の濃度を有するＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成された第１の部分（４）と、実質的に一定で前記第１の濃度よりも高い第２のカドミウム濃度を有するＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅにより形成された第２の部分（１１）またはウェル（１２）または高濃度部とを形成し、前記ウェル（１２）が前記ｐ＋型ドープゾーン（９）内に位置するようにする工程を含む、方法。
【請求項９】
前記カドミウムを選択的に相互拡散させる工程が、１００℃を超える温度で１分を超える時間に亘って選択的拡散アニーリングを行うことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アクセプタドーパント（８）がヒ素である、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェル（１２）が界面またはヘテロ接合（３）を形成する境界をｐ／ｎ接合（１０）上に有し、前記ウェル（１２）がベースを有し、前記方法が複数のｐ／ｎダイオードを同時に製造することを意図しており、前記ウェル（１２）の前記ベースにある前記ヘテロ接合（３）が、前記方法によって製造される全ダイオード内の前記ｐ＋型ドープゾーン（９）内において前記ｐ／ｎ接合（１０）から実質的に同一の中間相対距離（Ｄ）にある、請求項８から１０のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項１２】
前記パッシベーション層（５）を堆積する工程の前に、前記基板（１０１）の全体が前記第１のカドミウム濃度を有している、請求項８から１１のいずれかひとつに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料で製造されたダイオードの分野に関する。本発明はより具体的には、赤外線撮像器に使用可能な、Ｈｇ１−ｘＣｄｘＴｅ型材料に基づく基板内に形成されたｐ／ｎダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｐ／Ｎダイオードは概して、大半がｎ型にドープされた基板１００．０内に形成される。Ｐ／Ｎダイオードは基板１００．０内に、ベースプレート１．０（図１）と呼ばれるｎ型ドープ領域と、ベースプレート１．０に隣接するｐ＋型ドープゾーン９．０またはｐ型ドープゾーンとを含む。ｎ型ドープ領域１．０とｐ＋型ドープゾーン９．０との間の界面を一般的に「ｐ／ｎ接合」１０．０と呼ぶ。熱力学的平衡状態において、ｐ／ｎ接合１０．０のいずれの側にも空間電荷ゾーン７．０が形成されている。空間電荷ゾーン７．０の第１の境界７．１ではｎ型ドープベースプレート１．０が正電荷を有し、空間電荷ゾーンの第２の境界７．２ではｐ＋型ドープゾーン９．０が負電荷を有して強力な電界を形成している。
【０００３】
ベースプレート１．０を介して電磁波Ｗが基板内に入り込むと、電磁波Ｗはベースプレート１．０内の材料の原子と相互作用することにより電子−正孔対を形成する。ベースプレート内の少数キャリア（この場合は正孔）はベースプレート１．０内を正孔拡散長だけ拡散し、その後多数キャリア（この場合は電子）と再結合する。少数キャリアが空間電荷ゾーン７．０に拡散しても、即座には再結合しない。このキャリアは電界によって加速されてｐ＋型ドープゾーン９．０に達する。そこで再結合してｐ＋型ドープゾーン９．０とｎ型ドープベースプレート１．０との間で逆電流を形成する。
【０００４】
電磁波Ｗがベースプレート１．０を通過して空間電荷ゾーン７．０内で電子／正孔対が発生すると、この対は電界によって即座に分離する。正孔は第２の境界７．２およびｐ＋型ドープゾーン９．０に向かい、電子は第１の境界７．１およびｎ型ドープベースプレート１．０に向かう。この現象は上記の現象よりも稀であり、概してベースプレート１．０が非常に薄くて電磁波Ｗがベースプレート１．０全体を通過することを条件として起こる。
【０００５】
ｐ／ｎダイオードは、電子にベースプレート１．０の材料ギャップを通過させて電子／正孔対を形成させるに十分なエネルギーを有する波長にのみ感度を有する。したがって電磁波は、検出されるためには最低限のエネルギーを有することが必要である。逆に電磁波がギャップよりはるかに大きいエネルギーを有する場合、電磁波はベースプレート１．０と有意に相互作用し、電子／正孔対の大半はｐ／ｎ接合から離れすぎた位置に形成され、正孔は電磁波を検出できずに多数キャリアと再結合する。このように、ベースプレート１．０の材料ギャップはダイオードが検出可能な最短波長と最適な検出に適した波長範囲とを規定する。
【０００６】
Ｈｇ１−ｘＣｄｘＴｅ材料により形成されたダイオードにおいて、材料ギャップはベースプレート１．０のカドミウム濃度に依存し、したがってこのダイオードが検出する波長範囲もまたベースプレート１．０のカドミウム濃度に依存する。カドミウム濃度が低い場合、ダイオードおよび長波長の電磁波の検出に対してギャップが小さいことが保証される。しかしギャップが小さいと、欠陥に対するダイオードの感度が上昇し暗電流が増加する。特に材料に欠陥がある場合、ギャップは材料のいくつかの局部点において不自然に低減される。ギャップの小さい材料の場合、この不自然な低減はギャップに比例して増加する。
【０００７】
暗電流は、熱撹拌によって起こるフォトダイオードの欠陥である。熱撹拌はある程度までは一部の電子に十分なエネルギーを付与して自然発生により電子−正孔対を形成し得る。自然発生により形成された正孔が空間電荷ゾーン内またはｐ／ｎ接合近傍に現れると、ダイオードに対する入力電磁波がない状態で電流が形成される。
【０００８】
ギャップの小さい赤外線撮像器において暗電流を制限するための１つのオプションは、図２Ｇに示すように所謂「ヘテロ構造」ダイオードを製造することである。このような構造および方法は非特許文献１に記載されている。ヘテロ構造ダイオードを製造することは、ｐ／ｎ接合１０．０とその周囲の空間電荷ゾーン７．０とを有するｐ／ｎダイオードを形成することを含む。その際、ダイオードのベースプレート１．０は小さいギャップを有する材料で形成し、ｐ／ｎ接合１０または特に空間電荷ゾーン７．０の第２の境界７．２はそれより大きいギャップを有する材料で形成する。この場合、空間電荷ゾーン７．０における電子−正孔対の自然発生は減少する。なぜなら電子−正孔対を形成するために供給されるべきエネルギーがベースプレート１．０におけるよりも大きいからである。この場合、欠陥および暗電流に対するダイオードの感度は上記より低い。
【０００９】
しかしベースプレート１．０内の電磁波を吸収することにより形成された電流を回収できなければならない。その場合、ｐ／ｎ接合１０．０は小さいギャップを有するベースプレート１．０に十分近い位置になければならず、より特定するとｐ／ｎ接合１０．０は、空間充填ゾーン７．０の第１の境界７．１が小さいギャップを有するベースプレート１．０内にあるような位置になければならない。
【００１０】
このようにダイオードにおいて、ｐ＋型ドープゾーン９．０の大半は、基板１００．０のうちベースプレート１．０よりも高いカドミウム濃度を有する部分にあり、元素の１つがカドミウムＣｄであるパッシベーション層５．０内にはない。このような設計により、ダイオードはベースプレート１．０のギャップに依存する短波長を含む波長範囲を検出することが可能となるが、非ヘテロ構造ダイオードに比べてノイズ、暗電流および欠陥に対する感度は低い。
【００１１】
当業者であればヘテロ構造ダイオードを形成するためには、Ｈｇ１−ｘＣｄｘＴｅ（「ｘ」は例えば０．２２に等しい）型のベース層から形成されたベースプレート１．０と、ベースプレート１．０に接しＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅ（「ｙ」は「ｘ」より大きく、例えば０．２８である）により形成された表面層２．０とを含む基板１００．０をどのように用いるべきかを知っている。表面層２．０はベースプレート１．０より大きいギャップを有している。用語「ヘテロ接合３．０」はベースプレート１．０と表面層２．０との間の界面を示す。
【００１２】
その後、表面層２．０内にｐ＋型ドープゾーン９．０またはｐ型ドープゾーンを形成するが、その際、ｐ＋型ドープゾーン９．０が表面層２．０よりも厚く、ヘテロ接合３．０から僅かに突出するようにする。ｐ／ｎ接合１０．０は、ｐ＋型ドープゾーン９．０とｎ−型ドープベースプレート１．０との間の界面により規定される。ｐ／ｎ接合１０．０は表面層２．０から突出し、空間電荷ゾーン７．０の少なくとも第１の境界７．１がベースプレート１．０内にあるようになっている。その後、ｐ／ｎ接合１０．０を、ベースプレート１．０のうち表面層２．０のカドミウムが僅かに拡散している可能性のあるゾーン内に配置する。
【００１３】
通常、Ｈｇ１−ｘＣｄｘＴｅに基づくこのようなダイオードには、元素の１つがカドミウムＣｄであるパッシベーション層をコーティングして安定させる。さらにダイオードを動作させるために、導電体６．０をｐ＋型ドープゾーン９．０内に配置してダイオード内で形成された電流を回収する。
【００１４】
従来技術によるヘテロ接合ダイオードの製造方法を図２Ａから２Ｇを参照して述べる。
【００１５】
まずＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成されたベースプレート１．０として作用する初期状態の基板を選択する（図２Ａ）。「ｘ」の値は例えば０．２２であり得る。この値は、Ｈｇ１−ｘＣｄｘＴｅのギャップが、このギャップに対応する最小エネルギーを有する所与の電磁波を検出するための所望のギャップとなるように選択される。ベースプレート１．０の厚みは典型的には数１０分の１マイクロメートルから数１０マイクロメートルであり得、例えば１０μｍであり得る。
【００１６】
好ましくは、ベースプレート１．０は初期状態において、１以上のドナー型ドーパントを用いて形成されダイオードの製造中に導入されたｎ型ドープを含む。不純物ドーパントがない場合は、ベースプレート１．０はｎ型でもｐ型でもよい。
【００１７】
図２Ｂに示すように、ベースプレート１．０上にＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅにより形成された表面層２．０を分子線エピタキシーまたは液相エピタキシャル成長によって形成する。Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅにおいて、「ｙ」は「ｘ」よりも厳密に大きい値、例えば０．２８である。表面層２．０は例えば１μｍの厚みを有し得る。表面層２．０は、ベースプレート１．０と共に基板１００．０を形成する。ベースプレート１．０と表面層２．０との間の界面３．０をヘテロ接合３．０と呼ぶ。
【００１８】
次に、表面層２．０内のドープゾーンにイオン注入によってアクセプタ型ドーパント８．０を導入する（図２Ｃ）。イオン注入により、ドーパント原子という形態のドーパント８．０を規定された深さに注入し、ドーパント８．０を含む注入ゾーン７．０を形成する。
【００１９】
その後ドーパント８．０を拡散させる。拡散によりドーパント原子が変位し、それにより従来の形態のｐ／ｎダイオード用ドーピング領域が形成される（図２Ｄ）。その後、ドーパント８．０が活性化する。この活性化は、ドーパント原子がベースプレート１．０の結晶格子に導入されることを意味する。このように例えばヒ素などのドーパントの活性化によって、表面層２．０内およびベースプレート１．０内でテルル原子に取って代わるヒ素原子が変位する。活性化はｐ＋型ドープゾーン９．０の形成につながる。ドーパントの拡散および活性化は概して拡散および活性化という単一の工程に分類される。
【００２０】
この拡散および活性化工程を最適化して、ｐ＋型ドープゾーン９．０と、表面層２．０およびベースプレート１．０の残りの部分との間の界面がヘテロ接合３．０の近傍になるまでドーパントを拡散させる。この界面は表面層２．０を越えて延びベースプレート１．０に入り込む。後述するように、この界面にｐ＋／ｎ接合１０．０が形成される。これと平行して、この拡散および活性化工程により水銀ギャップが形成され、ベースプレート１．０と表面層２．０とｐ＋型ドープゾーン９．０とを含む基板１００．０全体がｐ型にドーピングされる。ｐ＋型ドープゾーン９．０と、ベースプレート１．０および表面層２．０の残りの部分との界面はｐ＋／ｐ接合になる。簡潔化のため、この界面をｐ／ｎ接合１０．０と呼ぶ。
【００２１】
好ましくは、ｐ／ｎ接合１０．０をベースプレート１．０内のヘテロ接合３．０の境界に配置して、ｐ／ｎ接合１０．０がベースプレート１．０のカドミウム濃度と表面層２．０のカドミウム濃度との間の中間カドミウム濃度を有するゾーンにあるようにすることを試みる。
【００２２】
ドーパントを拡散および活性化させる工程の前または後に、元素の１つがカドミウムＣｄであるパッシベーション層５．０を表面層２．０上に堆積する（図２Ｅ）。この層の目的は、ｐ／ｎダイオード構造を保護することである。
【００２３】
当業者であれば、上記のｐ＋／ｐ接合をｐ＋／ｎ接合１０．０に変換するために、上記の工程の後に水銀ギャップを充填する工程を行うことを知っている。水銀ギャップを充填する工程の目的は、イオン注入中およびドーパントを拡散および活性化させる工程中に欠陥の形成によって起こったｐ型ドーピングを取り消すことである。ギャップを充填する工程の後、ドナー型ドーパントを有するベースプレート１はｐ型ドープに戻る（図２Ｆ）。その後ｐ＋／ｐ接合がｐ＋／ｎ接合１０．０になる。ｐ＋／ｎ接合１０．０は通常ｐ／ｎ接合と呼ばれる。
【００２４】
その後、好ましくは金属製である導電コンタクト６．０を追加する（図２Ｇ）。このコンタクトはパッシベーション層５．０を通過して、ｐ＋型ドープゾーン９．０に入り、ベースプレート１．０には到達しない。導電コンタクト６．０は従来のマイクロエレクトロニクス技術を用いて形成し得る。その後、導電コンタクト６．０を外部の電子回路（不図示）に接続する。第２のコンタクト（不図示）は概してダイオード外部に形成され、ｎ型ドープベースプレート１．０と外部の電子回路との電気的接続を形成することを意図している。連携して動作する２種類のコンタクトは、例えば電磁波の影響下でｐ／ｎ接合１０．０に現れ易い電流を回収する助けとなり得る。
【００２５】
このようなヘテロ構造ダイオードは多くの欠点を有する。
【００２６】
以下、従来の方法を用いて得られるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードについて図２Ｇを参照して述べる。
【００２７】
まず、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅにより形成された表面層２．０を結晶欠陥なしで成長させることは困難である。特に欠陥のないヘテロ接合３．０を得ることは困難である。リスクを減らすために時間およびコストを費やしているにもかかわらず、欠陥は一般的に依然として存在し、ダイオードのｐ／ｎ接合１０．０を弱め、ノイズに対する感度を高めている。
【００２８】
第２の限界は、ヘテロ接合３．０が基板１００．０全体に存在することである。したがって基板１００．０に結晶欠陥があるのはヘテロ接合の存在による可能性が高い。
【００２９】
第３の限界は、ヘテロ接合に対するｐ／ｎ接合１０．０の相対位置がドーパントの拡散、特にドーパントの注入条件ならびに拡散および活性化アニーリング条件に依存することにある。ドーパントの注入および拡散はランダムで統計的な現象であり、細かく制御することは困難である。
【００３０】
したがってヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを製造する上記方法を用いた場合、ヘテロ接合３．０に対するｐ／ｎ接合１０．０の相対位置を制御することは困難である。ｐ／ｎ接合１０．０のうちヘテロ接合３．０の境界にある部分がベースプレート１．０に到達すること、または逆にベースプレート１．０から大幅に突出することは全く不可能である。
【００３１】
第４に、上記したようにベースプレート１．０のうち表面層２．０近傍でありカドミウムの濃度勾配を有する部分にｐ／ｎ接合１０．０を配置することが有利であり意図されている。２つの隣接するダイオード間のｐ／ｎ接合１０．０の深さが僅かに異なる結果、ｐ／ｎ接合１０．０は勾配の異なる点に位置し、そのためｐ／ｎ接合１０．０におけるカドミウム濃度が異なる。したがってｐ／ｎ接合１０．０はダイオードごとにことなるギャップの材料中に配置され得る。
【００３２】
この現象が第３の限界に関連する上記現象に加わることによって、ｐ／ｎ接合１０．０でのカドミウム濃度は、精密に予想および制御することが困難となる。したがってダイオードの性能、例えば量子歩留り、検出された波長領域に対する暗電流はダイオードごとに異なり得る。そのためダイオード間で放射束が同じでも同じ信号を得られないというリスクがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３３】
【非特許文献１】Ｊ．Ｍ  Ａｒｉａｓら、「ＭＢＥ  ＨｇＣｄＴｅ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｐ−ｏｎ−ｎ  Ｐｌａｎａｒ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ」（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．８、１０４９頁〜１０５３頁（１９９３））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
本発明によるｐ／ｎ接合ヘテロ構造を有するダイオードおよび本発明による方法は、これらの限界の影響を低減することを目的としている。本発明のダイオードおよび方法は特に、ヘテロ接合に対するｐ／ｎ接合の相対位置の制御を容易にし、基板間および同一基板上のダイオード間での上記相対位置の再現性および反復性を高めるために、高質のヘテロ構造を低コストで製造することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
したがって本発明はまず、多くはｎ型にドープされたＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅに基づく基板を含む少なくとも１つのヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを有するデバイスに関する。基板は各ダイオードにおいて、
第１のカドミウム濃度を有する第１の部分と、
第１のカドミウム濃度より高い第２のカドミウム濃度を有し、第１の部分と共にヘテロ構造を形成する第２の部分または高濃度部と、
高濃度部内に位置し、第１の部分にまで延び、第１の部分のうちｎ型にドープされてベースプレートと呼ばれる部分と共にｐ／ｎ接合を形成するｐ＋型ドープゾーンまたはｐ型ドープゾーンと、
を備える。
【００３６】
基板は、不純物ドナーを導入することによりｎ型にドープされている。
【００３７】
本発明によるデバイスは、高濃度部がｐ＋型ドープゾーン内のみに位置しており、実質的に一定のカドミウム濃度を有するウェルを形成することを特徴とする。このようなデバイスは、上記問題点を解決するのに適している。実際、ヘテロ構造はｐ＋型ドープゾーン内に含まれているため、基板のうちデバイスのダイオードより外の部分には存在しない。したがって２つの互いに隣接するダイオード間のヘテロ構造に関連する問題はない。さらに第１のカドミウム濃度を有する第１の部分は、ダイオード端部での処理を行うためにアクセス可能であり、従来技術の構造とは異なり、別のカドミウム濃度を有する表面層でコーティングする必要はない。
【００３８】
選択的には、ウェルは、ｐ／ｎ接合から実質的に一定の中間距離にある位置にベース（ｂａｓｅ）を有する。このように本発明によるデバイスは、ダイオードの性能を制御するのに適しており、従来技術に比べて中間相対距離のバラツキを低減する。
【００３９】
本発明によるデバイスが少なくとも２つの互いに隣接するヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを備える場合、２つの互いに隣接するダイオードのウェルは分離しており、２つのダイオードのうち一方における中間相対距離は他方のダイオードにおける中間相対距離と実質的に等しい。これにより各ダイオードにおいてｐ／ｎ接合とヘテロ接合との位置関係が実質的に同一となり、各ダイオードの性能の信頼性が実質的に同一となる。実際、ｐ／ｎ接合およびヘテロ接合の相対位置が実質的に同一であるダイオードの性能は実質的に同一である。
【００４０】
ｐ＋型ドープゾーンはアクセプタドーパントでドープされており、アクセプタドーパントはヒ素が有利である。
【００４１】
ベースプレートはＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成され、ｘは好ましくは０．１５と０．９５との間の値を有し、例えば０．３である。ｘの値は第１のカドミウム濃度を意味しており、それを計算するのに適している。ｘの値は実質的に第１のカドミウム濃度の値の２倍に等しい。
【００４２】
同様に、ウェルはＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅにより形成され、ｙは０．１５と０．９５との間の値を有し、ｘの値より厳密に大きいことが有利である。ｙの値はカドミウム濃度を意味しており、それを計算するのに適している。ｘおよびｙの値は、ダイオードが赤外線スペクトル内の波長に感度を有することを保証する。ｙの値は実質的に第２のカドミウム濃度の値の２倍に等しい。
【００４３】
ｘの値とｙの値との差はあまり大きくない方が好ましい。特にこの差は０．５未満、または０．２である。ｘの値とｙの値との差が大きすぎると、ベースプレートといずれかの導電コンタクトとの間に過剰なギャップ差が形成され得る。このような大きなギャップ差が形成されると、電磁波とベースプレートとの相互作用による何れかの正孔がギャップ差を通過する必要が生じる。これは場合によっては検出器の効率の低下または消費電力の増加を招き得る。
【００４４】
本発明はさらに、本発明による少なくとも１つのヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを有するデバイスを製造する方法に関する。方法は、
ａ）ｎ型不純物ドナーを含み第１のカドミウム濃度を有するＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成されてベースプレートと呼ばれる基板内にアクセプタドーパントをイオン注入する工程と、
ｂ）基板内に注入されたドーパントを拡散および活性化させて、基板内に標準のドープゾーン形状を有するｐ＋型ドープゾーンを規定する工程と、
ｃ）工程ｂ）の前または後に、ベースプレートおよびｐ＋型ドープゾーン上に、元素の１つがカドミウムＣｄであるパッシベーション層５を堆積して、ダイオードを保護しダイオードからの水銀の脱離を制限する工程と、
ｄ）基板内に初期状態から存在した、またはドーパントを拡散および活性化させる工程中に形成された水銀ギャップを充填する工程と、
を順に含む。工程ｄ）の後、水銀ギャップにより起こったｐ型ドーピングは消失する。ドーパントを拡散および活性化させる工程によって人工的にｐ型にドープされたベースプレートは再びｎ型になり、ｐ＋型ドープゾーンと共にｐ＋／ｎ接合またはｐ／ｎ接合を形成する。
【００４５】
そのためベースプレートは工程ａ）において、基板のうちアクセプタドーパントのない部分として規定されている。
【００４６】
本発明による方法は、選択的に工程ｄ）の前であって選択的に工程ｂ）および工程ｃ）の後に、パッシベーション層からｐ＋型ドープゾーンにカドミウムを選択的に相互拡散させる工程を含むことを特徴とする。これにより第１のカドミウム濃度を有するＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成された第１の部分と、実質的に一定でベースプレートの第１のカドミウム濃度より高い第２のカドミウム濃度を有するＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅにより形成された第２の部分またはウェルまたは高濃度部とが形成される。ウェルはｐ＋型ドープゾーン内に位置している。これによりギャップを充填する工程ｄ）の後、ウェルはｐ／ｎ接合により規定されるゾーン内部に位置する。
【００４７】
本発明による方法の選択的相互拡散工程は、ｐ＋型ドープゾーンに対して最適な様式で位置し自己配置する高濃度のカドミウムを含む第２の部分を自動的にかつ外部制御を必要とせずに形成するのに適している。拡散は選択的であるため、選択的相互拡散工程の動作条件とｐ＋型ドープゾーンの形状によって制御される。そのためｐ＋型ドープゾーンの形状を制御するとウェルが制御される。したがってｐ／ｎ接合に対して望ましくない位置にヘテロ接合が形成されるリスクはなく、ｐ／ｎ接合はｐ＋型ドープゾーンとｎ型ドープベースプレートとの間の境界として規定される。さらに、相対的に高いカドミウム濃度を有するウェルは、初期結晶格子内にカドミウムを拡散することによって得られており、基板の初期結晶格子と同一の結晶格子を有する。
【００４８】
好ましくは、ドーパントを拡散および活性化させる工程ｂ）は、パッシベーション層を堆積する工程ｃ）の前に行う。
【００４９】
工程ｂ）と工程ｃ）とを逆にすることは可能である。
【００５０】
カドミウムを選択的に相互拡散させる工程は、選択的拡散アニーリングを含むことが有利である。すなわちカドミウムを選択的に相互拡散させる工程は好ましくは、１００℃を超える温度で１分を超える時間に亘って、材料の劣化を制限する圧力および温度条件下で行う。そのためｐ＋型ドープゾーン内でのカドミウムの拡散は、選択的相互拡散工程の動作条件に影響を与える２つのパラメータであるアニーリング温度および時間によって制御される。これらのパラメータは、基板全体に対して同一であり、本発明による他のデバイスの製造にも容易に反復可能である。したがって、ｐ＋型ドープゾーンの形状がダイオードごとに実質的に異なっても、同一基板上および異なる基板間においてｐ＋型ドープゾーンに対するカドミウムの拡散は実質的に同一である。したがって本発明によるデバイスの特徴は有為に反復可能および再現可能である。特にｐ／ｎ接合およびウェルは、同一基板上の任意のダイオードまたは同一動作条件で拡散アニーリングを行った任意の基板において実質的に同一の相対位置に配置される。
【００５１】
アクセプタドーパントは好ましくはヒ素である。
【００５２】
イオン注入は、ドーパントがヒ素であるか否かにかかわらず、典型的には１０１２と１０１６ａｔ／ｃｍ２との間のドーズで行われる。
【００５３】
本発明による方法で製造されたウェルは、界面またはヘテロ接合を形成する境界を有し、基板の残りの部分は第１のカドミウム濃度を有する。ウェルはｐ＋型ドープゾーン内に含まれており、ヘテロ接合もまたｐ＋型ドープゾーン内に含まれている。ウェルはベースを有し、本発明の方法は複数のｐ／ｎダイオードを同時に製造することを意図している。ウェルのベースにあるヘテロ接合は、本発明の方法によって製造される全ダイオード内のｐ＋型ドープゾーン内において、ｐ／ｎ接合から実質的に同一の中間相対距離にある。このように本発明による方法は、相互拡散工程の温度および時間を制御し、それゆえヘテロ接合をｐ／ｎ接合に対して精密に反復可能に配置するのに適している。
【００５４】
最後に、好ましくは、パッシベーション層を堆積する工程の前に、基板全体が第１の濃度であるカドミウム濃度を有している。これは、従来技術とは異なり、基板のカドミウム濃度と異なるカドミウム濃度を有するＨｇＣｄＴｅにより形成された表面層は存在しないことを意味する。本発明による方法は、経済的に大きな利点を有する。なぜなら、製造するのに時間およびコストのかかる処理を要ししかも欠陥が形成されるかもしれないエピタキシャル層を含む基板を必要としないでヘテロ接合ダイオードを製造することができるからである。
【００５５】
本発明は、本発明を限定しない例として述べる以下の説明を読み、添付の図面を参照することにより、より明確に理解され、さらなる詳細、利点および特徴が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、従来技術によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、従来技術によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを製造する方法の工程を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来技術によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを製造する方法の工程を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、従来技術によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを製造する方法の工程を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、従来技術によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを製造する方法の工程を示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、従来技術によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを製造する方法の工程を示す。
【図２Ｆ】図２Ｆは、従来技術によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを製造する方法の工程を示す。
【図２Ｇ】図２Ｇは、従来技術によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを製造する方法の工程を示す。
【図３】図３は、本発明によるヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを示す。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明による方法の工程を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明による方法の工程を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明による方法の工程を示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明による方法の工程を示す。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明による方法の工程を示す。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明による方法の工程を示す。
【図４Ｇ】図４Ｇは、本発明による方法の工程を示す。
【図５】図５は、本発明によるダイオード上の２つのＳＩＭＳ測定点の位置を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明によるダイオードに対する２つの測定の一方によって得られたカドミウムの濃度プロファイルを示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明によるダイオードに対する２つの測定の他方によって得られたカドミウムおよびヒ素の濃度プロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
様々な図面に亘って同一、類似または同等の部分は同一の参照符号を付し、異なる図面を参照する際に理解しやすいようにしている。
【００５８】
図面に示す様々な部分は、より判りやすくするために、必ずしも同一の縮小で描かれていない。
【００５９】
本発明によるデバイスの様々な実施形態を示す図面は例としてのものであり、本発明を限定するものではない。
【００６０】
本発明はまず、少なくとも１つのヘテロ構造ｐ／ｎダイオードを含むデバイスに関する。本発明によるこのようなデバイスを図３に示す。
【００６１】
基板１０１上のヘテロ構造ダイオードは、ｎ型にドープされた半導体材料層またはベースプレート１を含む。この半導体材料はＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅ型である。Ｈｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成されたベースプレート１は、ベースプレート１のカドミウム組成比ｘを特徴とする第１のカドミウム濃度を有する。組成比ｘは好ましくは０．１５と０．９５との間である。
【００６２】
長波長赤外線（ＬＷＩＲ）として知られる、いわゆる長波長の赤外線電磁波、特に９μｍと３０μｍとの間の赤外線電磁波に感度を有するダイオードを形成する場合、ｘの値は０．１５と０．２５との間であり、例えば０．２２であることが有利である。
【００６３】
中波長赤外線（ＭＷＩＲ）として知られる、いわゆる中波長の赤外線電磁波、特に３μｍと９μｍとの間の赤外線電磁波に感度を有するダイオードを形成する場合、ｘの値は０．２５と０．４との間であり、例えば０．３であることが有利である。
【００６４】
短波長赤外線（ＳＷＩＲ）として知られる、いわゆる短波長の赤外線電磁波、特に０．８μｍと３μｍとの間の赤外線電磁波に感度を有するダイオードを形成する場合、ｘの値は０．４と０．９５との間であり、例えば０．４５であることが有利である。
【００６５】
本発明の一実施形態では、ｘの値は実質的に０．３に等しい。
【００６６】
ベースプレート１は図３に示していない基板の一方側に存在し得る。ベースプレート１はＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅ層を受け取るに適した任意のタイプの基板上に存在し得る。しかしダイオードを撮像器内で用いる場合、撮像器が感度を有する所与の波長に対して透明な基板が選ばれる。特に、ベースプレートのギャップに等しいエネルギーを有する電磁波に対して透明な基板が選ばれる。さらに、後者が透明でない場合またはこの工程によって組成物の性能が向上する場合、後の工程で基板を除去してもよい。
【００６７】
ベースプレート１上にはＣｄＴｅにより形成されたパッシベーション層５が設けられている。この層はベースプレート１に接している。
【００６８】
ベースプレート１は一方の側に、ｐ＋型ドープゾーン９として作用しいずれの基板とも接触しないｐ型ドープ領域を含む。ｐ＋型ドープゾーン９はＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅ用のアクセプタ型ドーパントを用いてドープされている。このタイプのドーパントとしてヒ素（Ａｓ）が有利である。用いるに適した他のアクセプタ型ドーパントは例えば、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）など、またはその他の原子である。これらのドーパントはヒ素同様、ドーパント活性化工程でテルル原子に代わって設けられる。カドミウム原子または水銀原子に代わって設けられるリチウム（Ｌｉ）、銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）も本発明の範囲内で用いるに適したアクセプタドーパントである。以下、ヒ素の場合を述べる。本発明が上記した他のアクセプタ型ドーパントにも関していることは明らかである。
【００６９】
ｐ＋型ドープゾーン９は、従来技術においてヘテロ構造ｐ／ｎダイオードおよび非ヘテロ構造ｐ／ｎダイオードの両方に見られる形状と同等の形状を有する。したがってｐ＋型ドープゾーン９はパッシベーション層５に接している。ｐ＋型ドープゾーン９はさらにベースプレート１内で従来のドーパント拡散プロファイルにしたがって有限に、例えばベースプレート１の深さ約１μｍまで延びている。ｐ＋型ドープゾーン９とｎ型ドープベースプレート１との間の界面はｐ＋／ｎ接合またはｐ／ｎ接合１０を形成する。
【００７０】
従来技術のダイオード同様、パッシベーション層５を通過してｐ＋型ドープゾーン９に入る導電コンタクト６があることが有利である。
【００７１】
本発明によるデバイスのダイオードが特に従来技術と異なるのは、ｐ＋型ドープゾーン９の大半に、ベースプレート１のうちの残りの部分よりもカドミウム濃度の高い高濃度部１１と呼ばれる部分があることである。高濃度部１１は、第１のカドミウム濃度よりも厳密に高いカドミウム濃度を有するＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅから構成されている。この第２のカドミウム濃度は高濃度部のカドミウム濃度ｙを特徴とする。
【００７２】
高濃度部１１は、実質的に一定のカドミウム濃度を有するウェル１２という形態を取っており、基板のうちｐ／ｎ接合１０に位置する残りの部分との境界を有している。このように基板はベースプレート１から構成されるヘテロ構造を含み、ベースプレート１よりも厳密に高いカドミウム濃度を有するＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅにより形成されたウェル１２が少なくとも１つ挿入されている。
【００７３】
ウェル１２の境界はパッシベーション層５との界面以外で、カドミウム濃度ｘを有するベースプレート１と共にヘテロ接合３を形成している。ヘテロ接合３は実質的にｐ／ｎ接合上に位置しているが、常に実質的にｐ＋型ドープゾーン９の内部に位置している。実際、ヘテロ接合３はｐ／ｎ接合と重複せず、全体がｐ＋型ドープゾーン９内部にあることが有利である。そのためｐ＋型ドープゾーン９の一部は第２のカドミウム濃度を有していない。
【００７４】
濃度ｙは０．１５と０．９５との間であり、例えば０．５である。高濃度部１１のカドミウム組成比は実質的に一定であることが有利である。
【００７５】
ｙの値は上記ｘの値と同じ範囲にあることが好ましい。しかしｘの値とｙの値の差が過剰に大きくない限り、ｙの値の範囲は上記した範囲のうちｘの値の範囲と異なる範囲内にあってもよい。特にこの差は典型的には０．５未満である。ｘとｙの差がこれより大きくないことを確実にするために手段が取られる。さもなければ、ベースプレートとダイオード内の任意の導電コンタクトとの間に過剰なギャップ差が形成され得る。このような大きなギャップ差が形成されると、電磁波とベースプレートとの相互作用による任意の正孔によってこれを埋める必要が生じる。これは検出器の効率の低下または消費電力の増加を引き起こし得る。
【００７６】
したがって本発明による基板は、第１の概算(approximation)では、ｎ型ドープベースプレート１と、ｐ＋型ドープゾーン９のうち第２の濃度を有していない部分とを含む、第１のカドミウム濃度を有する第１の部分４を含む。
【００７７】
好ましくは、ベースプレート１の第１のカドミウム濃度とウェル１２の第２のカドミウム濃度との中間のカドミウム濃度を有する中間ゾーンが、ｐ／ｎ接合１０上で且つウェル１２の外部にあることが好ましい。
【００７８】
中間ゾーンは好ましくは、少なくとも、ｐ＋型ドープゾーン９のうち第２のカドミウム濃度を有していない部分全体に亘って広がっている。中間ゾーンは従来の拡散プロファイルという形態で第１のカドミウム濃度と第２のカドミウム濃度との間のカドミウム濃度勾配を有する。したがって熱力学的平衡が達成されると、ｐ／ｎ接合１０周りに空間電荷ゾーン（不図示）が形成される。空間電荷ゾーンの大半は、中間濃度または第２のカドミウム濃度のいずれかを有する材料により形成されている。すなわち空間電荷ゾーンの大半は、第１のカドミウム濃度よりも高いカドミウム濃度を有している。その結果、空間電荷ゾーンはベースプレート１の材料ギャップよりも大きなギャップを有する材料により形成されている。好ましくは、ｐ／ｎ接合において、空間電荷ゾーンの第１の境界がベースプレート１内にあるか、または中間ゾーンのうちベースプレート１のカドミウム濃度に近いカドミウム濃度を有する部分にあり、空間電荷ゾーンの第２の境界がウェル１２内にあるか、または中間ゾーンのうちウェル１２のカドミウム濃度に近いカドミウム濃度を有する部分にある。
【００７９】
ベースを有するウェル１２と、ウェル１２の境界により形成されたヘテロ接合３と、ｐ＋型ドープゾーン９の境界により形成されたｐ／ｎ接合１０とは、ウェル１２のベースにおいて、平均すると所与の相対的中間距離だけ離れている。そのためヘテロ接合３とｐ／ｎ接合１０は所与の相対位置にある。本発明によるデバイス内に複数のｐ／ｎ接合がある場合、ヘテロ接合３およびｐ／ｎ接合の相対位置は、本発明の方法によって製造される全ダイオードにおいて実質的に同一である。
【００８０】
このように本発明によるデバイス内に存在するｐ／ｎダイオード内に、ｐ／ｎダイオードのノイズを低減するヘテロ構造３がある。さらにヘテロ接合３はデバイス内のうちｐ／ｎ接合１０の近傍にしか存在せず、ヘテロ接合は界面欠陥を引き起こすことなく形成される。
【００８１】
本発明はさらに、本発明によるデバイスを製造する方法に関する。以下、図４Ａから図４Ｇを参照して本発明による方法を述べる。
【００８２】
まず、第１のカドミウム濃度と上記の組成を有するＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅ型材料の層またはベースプレート１を含む基板１０１を選択する（図４Ａ）。ベースプレート１の厚みは１マイクロメートルを超え数１０マイクロメートルまでであり得、例えば１０μｍであり得る。ベースプレート１は例えば分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）または液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）によって形成され得る。好ましくは、ベースプレート１は初期状態において、形成中に導入された不純物ドナー型ドーパント、例えばインジウムにより形成されたｎ型ドープゾーンを含む。このドーパントは当業者に公知のように低い濃度を有し得、例えば典型的な濃度は１．Ｅ１４ａｔ／ｃｍ３と５．Ｅ１６ａｔ／ｃｍ３との間あり得る。ベースプレート１の形成中にドーパントを導入しない場合、上記工程の前に添加する。
【００８３】
次に従来技術による方法と同様、ドーパント原子という形態のアクセプタ型ドーパント８を局部的にイオン注入する（図４Ｂ）。ドーパントは、上記でデバイスの説明の際に述べたものの１つ、特にヒ素であり得る。標準的な注入条件は例えば、エネルギーが５００ＫｅＶで注入ドーズが２．Ｅ１５ａｔ／ｃｍ２である。ダイオードに求める性能に応じて、当業者に公知のさらなるイオン注入条件を用いることができる。注入エネルギーは例えば１０ＫｅＶと６００ＫｅＶとの間であり得、注入ドーズは典型的には１０１２と１０１６ａｔ／ｃｍ２との間であり得る。ドーパント８はベースプレート１内に埋められた注入ゾーン７に注入する。必要に応じて複数のドーパントを同時に注入してもよい。
【００８４】
好ましくは次にドーパントを拡散および活性化させる工程を行う（図４Ｃ）。この工程はドーパント拡散および活性化アニーリングを用いて行うのが有利である。その後、ドーパント原子は３方向、すなわちベースプレート１の主面１３を規定する２方向と主面１３に直交する方向１３’に拡散する。アニーリング中、初期状態でｎ型にドープされていたベースプレート１を含む基板全体に水銀ギャップが形成されｐ型ドーピングが行われる。
【００８５】
ドーパント原子は拡散しながら活性化する。これはドーパント原子が、それ自体が存在する材料中で補助的なｐ極性を付与するように配置されることを意味する。一般的に用いられる注入ドーズ量の場合、補助的な極性はドーパントが拡散している材料中でｐ＋型ドーピングを引き起こす。ヒ素ドーパントの場合、活性化はテルル原子に代えてヒ素ドーパント原子を配置することにより構成される。拡散および活性化アニーリングは概して、飽和水銀圧下、選択的に３００℃と５００℃との間の温度で、選択的に数分と数時間との間の時間で行う。１つの特定の例は、温度４４０℃、５時間である。当業者であれば、用いるドーパントの種類、用いる注入ドーズ量およびダイオードの使用目的に応じてドーパント拡散および活性化時間および温度を適合させることができるのは明らかである。
【００８６】
拡散および活性化の後、ｐ＋型ドープゾーン９において、アクセプタドーパント原子は典型的には１０１５と１０２０ａｔ／ｍ３との間の濃度を有する。その後、元素の１つがカドミウムＣｄであるパッシベーション層５をベースプレート１上に堆積する。この層は物理気相成長（ＰＶＤ）または任意の他の技術によって得られ得る。この層の典型的な厚みは０．５マイクロメートルと５マイクロメートルとの間であり、例えば１マイクロメートルである。
【００８７】
ドーパントの拡散および活性化アニーリングは、パッシベーション層５を堆積する前に行わない場合、その後に行う。
【００８８】
ここで本発明者らは、カドミウムの選択的相互拡散の工程を提案する（図４Ｅ）。この工程では、高濃度のカドミウムを含むパッシベーション層５からベースプレート１に、特にベースプレート１のうち水銀ギャップでｐ型ドープされているｐ＋型ドープゾーン９に選択的にカドミウムを拡散させる。
【００８９】
この目的のためには、１００℃を超える温度で選択的拡散アニーリングを行うことが有利である。アニーリングは１分を超えて行い得る。特に選択的拡散アニーリングの温度は、ドーパントをこれ以上拡散させないように４００℃未満とすることが好ましい。
【００９０】
カドミウムの拡散はイオン拡散である。これは、カドミウム原子が格子間サイトを介してＣｄ２＋イオンの形態で拡散することを意味する。特徴的な拡散長Ｄは以下の式で表し得る。
2015504607.tif 000003
ここでＤＣｄ＋は所与の温度におけるカドミウム拡散係数であり、ｐは正孔密度値であり、ｎｉはベースプレート１の真性キャリア密度である。
【００９１】
したがって率[正孔密度／ｎｉ]または拡散率が上昇すると、カドミウムの拡散は促進される。逆に拡散率が１未満であるドーピング領域ではカドミウムの拡散は低い。
【００９２】
したがってベースプレート１のうちキャリア密度が１０１７と１０２０ａｔ／ｃｍ３との間の範囲であるｐ＋型ドープゾーン９で選択的に拡散が起こり、残りの部分ではそのようなことはない。実際ベースプレート１はｐ−型にドープされているが、その正孔密度は真性キャリア密度に比べてはるかに低い。拡散はｐ＋型ドープゾーン９全体に亘って即座に起こると考えられるが、アクセプタドーパント（この場合はヒ素）の密度はｎｉより高い。
【００９３】
したがってカドミウムはｐ型にドープされたベースプレート１のｐ＋型ドープゾーン内に選択的拡散長１４を有しており、これは標準的拡散長１５よりもはるかに長い。選択的拡散アニーリング時間および温度は調整可能であり、ｐ＋型ドープゾーン９内のカドミウムの選択的拡散長１４と拡散するカドミウム量とを制御できるようになっている。
【００９４】
カドミウムの選択的拡散アニーリング中、カドミウムは本質的にはｐ＋型ドープゾーン内で拡散する。これによりＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅのウェル１２が形成される。ウェル１２は実質的に一定の第２のカドミウム濃度を有し、ベースプレート１よりも高濃度のカドミウムを含む。ウェル１２とベースプレート１との間の界面を「ヘテロ接合３」と呼ぶ。カドミウムは本質的に真性キャリア密度ｎｉよりも多量のヒ素が存在する領域で拡散するため、ウェル１２は全体的にｐ＋型ドープゾーン９に含まれ、ヘテロ接合３はｐ／ｎ接合１０から突出しない。一定の濃度を有するウェル１２とベースプレート１との間には、ベースプレート１の第１のカドミウム濃度とウェル１２の第２のカドミウム濃度との中間のカドミウム濃度を有する中間ゾーンが存在する。図６Ａおよび図６Ｂを参照して中間ゾーンをより詳細に述べる。中間ゾーンは、ベースプレート内のカドミウム拡散勾配を含む。本発明において、このカドミウム拡散勾配を「中間プロファイル」と呼ぶ。中間ゾーンおよびベースプレート１は、基板のうち第２のカドミウム濃度とは異なる濃度を有する２つの部分であり、共に第１の部分４を規定する。他方複数のダイオードを形成する場合、様々なダイオードのウェル１２はすべて、第２のカドミウム濃度を有する第２の部分に属すると考えられ、第２のカドミウム濃度はすべての点で実質的に一定である。
【００９５】
選択的拡散長１４と拡散したカドミウム量とを制御することにより、以下の２つの重要なパラメータが厳密に制御されることが保証される。２つのパラメータとは、ウェル１２の第２のカドミウム濃度の値と、中間プロファイルの形状である。さらに基板１０１上に複数のダイオードを形成する場合、カドミウム拡散はｐ＋型ドープゾーン９で即座に起こると考えられるため、ヘテロ接合３およびｐ／ｎ接合の相対位置は、基板１０１に含まれるすべてのダイオードに対して設定される場合と実質的に同じ方法で設定される。
【００９６】
選択的拡散アニーリング温度および時間は、ウェル１２のカドミウム濃度ならびに中間ゾーンの拡散プロファイルの形状および長さを設定する制御手段である。
【００９７】
実際、温度が低い場合、カドミウム拡散係数は低すぎて有意に拡散できない。逆に温度が高すぎる場合、拡散係数は高いがヒ素が拡散し得るため、ｐ＋型ドープゾーン９の形状が変更される。ｐ＋型ドープゾーン９を変更することなく目的のカドミウム相互拡散を得るための最適拡散温度および時間を見つけることが可能である。このように選択的拡散アニーリング温度は重要な役割を担い、その制御は有意な拡散制御に適しており、拡散プロファイルおよび拡散したカドミウム量を多様に変化させることができる。アニーリング時間を調整することにより、より制限されてはいるがより制御可能な多様化が可能になる。
【００９８】
中間ゾーンの長さおよび中間プロファイルの制御は、ｐ／ｎ接合１０および空間電荷ゾーンのカドミウム濃度を制御する助けとなる。そのためアニーリング温度および／または時間を変化させるだけでｐ／ｎ接合１０のギャップおよびｐ／ｎダイオードの性能を細かくかつ反復可能に制御することが可能であり、ｐ＋型ドープゾーン９の寸法／形状を制御する必要はない。
【００９９】
この方法では選択的相互拡散工程の後、従来の工程を行う。水銀ギャップを充填する工程（図４Ｆ）を行い、アクセプタ型水銀ギャップが充填された状態で、ｐ型ドープベースプレート１が再びｎ型にドープされる。この工程は低温アニーリングを、１５０℃と３５０℃との間の温度、例えば２５０℃で、数分と数日との間、例えば１日または２日かけて行うことを含み得る。
【０１００】
次に、例えば金属製の導電コンタクト６がパッシベーション層５を通過してｐ＋型ドープゾーン９に入る（図４Ｇ）。
【０１０１】
上記の方法は、ヘテロ接合３がダイオードのｐ／ｎ接合１０の周囲かつ近傍、好ましくはｐ／ｎ接合によって規定される領域内に位置する状態のヘテロ構造を有するｐ／ｎダイオードを得るのに適している。このヘテロ構造は自己配置型である。すなわちｐ／ｎ接合１０に対するヘテロ構造の具体化(embodiment)および相対位置は、方法のうち基板１０１全体に対して処理を行う工程のみにより得られ、エッチング、局部的分離などの局部的処理工程は必要としない。このことは、パラメータの局部的バラツキ、例えばｐ／ｎダイオードごとのバラツキなどを抑制する。
【０１０２】
本発明による方法は、本発明によるｐ／ｎダイオードを少なくとも１つ有するデバイスを得るのに適している。本発明者らは二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で得られたカドミウム濃度プロファイルがヒ素原子濃度プロファイルと関連することを示すことができた。
【０１０３】
図５は、本発明によるデバイスを示す。デバイスは、ｐ＋型ドープゾーン９と、これより高いカドミウム濃度を有するウェル１２と、ｐ＋型ドープゾーン９および基板のうちｎ型にドープされてベースプレート１を形成している部分と接するパッシベーション層５とを含む。
【０１０４】
二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）による２つの濃度プロファイル測定を行った。カドミウムおよびヒ素の濃度プロファイルを測定した。第１の測定１６は、図５に示す矢印１６に沿って、パッシベーション層５がｎ型ドープベースプレート１と接する点に対して行った。第２の測定１７は、図５に示す矢印１７に沿って、パッシベーション層５がｐ＋型ドープゾーン９と接する点に対して行った。
【０１０５】
図６Ａは、第１の測定中に得られたカドミウム濃度プロファイルを示す。ｙ軸は任意単位で測定した濃度を示し、ｘ軸は任意単位で測定した基板の深さを示し、ｙ軸の基点をパッシベーション層５の外表面としている。ダイオードの構成要件に対する参照符号については図５を参照されたい。
【０１０６】
カドミウム濃度プロファイル１８は、パッシベーション層５を特定すると見られるピーク平坦部を有する。その後Ｈｇ１−ｘＣｄｘＴｅのベースプレート１への遷移に対応する降下部が見られる。カドミウム濃度プロファイル１８は、ベースプレート１のカドミウム濃度に対応する最終カドミウム平坦部まで急速に降下している。ベースプレート１のうちパッシベーション層５に近い部分では、ベースプレート１の残りの部分のカドミウム量よりも大きい僅かなカドミウム勾配１９が見られる。この勾配１９は、限定量のカドミウムがベースプレート１においてパッシベーション層５から拡散していることを示す。
【０１０７】
この測定では、ヒ素が存在していないためその量は求めていない。
【０１０８】
図６Ｂは、第２の測定中に得られたカドミウム濃度プロファイルを示す。ｙ軸は任意単位で測定した濃度を示し、ｘ軸は任意単位で測定した基板の深さを示し、ｙ軸の基点をパッシベーション層５の外表面とみなしている。
【０１０９】
ｙ軸のゼロから始まりカドミウムプロファイル１８’が最大となるゾーンが見られる。このゾーンはパッシベーション層５に対応する。ｙ軸方向のうち増加する方向に対して第１降下部が見られ、それに続いてカドミウム平坦部２２が見られる。カドミウム平坦部２２に続いて、プロファイル２５で第２の降下部が示されている。平坦部２２は第２のカドミウム濃度を有するウェル１２に対応するゾーンを規定している。カドミウムプロファイル２５の第２の降下部は上記の中間ゾーンに対応し、第１の濃度と第２の濃度との中間値のカドミウム濃度勾配を含む。
【０１１０】
カドミウムプロファイル１８’は、Ｈｇ１−ｙＣｄｙＴｅであって組成比ｙがベースプレート１の第１のカドミウム濃度を示す値ｘよりも大きいＨｇ１−ｙＣｄｙＴｅによりウェルが形成されていることを証明する。
【０１１１】
ここで第２の測定中に得られたヒ素プロファイル２４を検討する。カドミウム平坦部２２の長さ方向においてヒ素プロファイル２４のピークがカドミウム平坦部２２に重なっているのが見られる。ヒ素の拡散後にカドミウム拡散が起こる方法から見ると、この重なりは、カドミウム拡散がヒ素の存在によって規定されるゾーン内で起こることを示している。
【０１１２】
ｐ／ｎ接合１０の配置が見られ得る。図６Ｂのプロファイルの観察によると、ｐ／ｎ接合はカドミウムプロファイル１８’のプロファイル降下部２５に位置している。したがってｐ／ｎ接合は、カドミウムプロファイル２５の第２の降下部の濃度勾配によって特定される中間ゾーンのうちウェル１２よりも深い位置にあることが見られる。中間ゾーンはｎ型ドープベースプレート１とｐ＋型ドープゾーン９とをまたぐ領域である。
【０１１３】
当業者であれば、上記の選択的拡散アニーリング動作条件を用いてプロファイル２５の勾配の長さおよびカドミウム濃度を変更することができることを容易に理解する。
【０１１４】
このようなＳＩＭＳ分析は、本発明による方法が実際にＨｇ１−ｘＣｄｘＴｅにより形成されたベースプレート１に自己配置されたヘテロ構造ダイオード３を製造可能であること、およびダイオードのｐ／ｎ接合１０のカドミウム濃度およびｐ／ｎ接合周囲に形成された空間電荷ゾーンのカドミウム濃度を制御可能であることを示している。
【０１１５】
本発明による方法およびデバイスは、特に低エネルギー電磁波を検出可能であり、ノイズおよび暗電流を最小限にし、極めて均一なダイオード性能を有する赤外線撮像器を製造するためのダイオードアレイまたはダイオード単体を得るのに適している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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