JPH01201971A - 赤外線検知装置 - 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〕 赤外線検知装置に関し、 検知素子間のクロストークの発生を少なくし、かつ各検
知素子に印加するバイアス電圧が変動しないようにする
ことを目的とし、 絶縁性、或いは半絶縁性基板上に形成した化合物半導体
結晶層の所定の位置にＰ−Ｎ接合を設けてホトダイオー
ドアレイを形成した装置であって、前記基板と素子形成
用の化合物半導体結晶層の間に、該素子形成用化合物半
導体結晶よりエネルギーハンドギャップの大きい化合物
半導体結晶をバッファ層として設け、前記Ｐ−Ｎ接合部
を設けた素子形成用の化合物半導体結晶層を、該結晶層
表面よりバッファ層に、或いは素子形成用結晶層表面よ
り基板に到達する溝を設けることにより、前記素子形成
用結晶層、或いはバッファ層に積層された素子形成用結
晶層をメリー状に形成するとともに前記溝の底部に光吸
収体を設けて構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は赤外線検知装置に係り、特にアレイ状に形成し
た検知素子間に於けるクロストークの発生を少なくした
赤外線検知装置に関する。

カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）のような半絶縁性基板、
或いはリーファイアのような絶縁性基板上に、エネルギ
ーハンドギャップの狭い水銀・カドミラＪ、　テルル（
ｌＬｇ＋−１Ｃｄ、、Ｔｅ）のような化合物半導体をエ
ピタキシャル法等を用いて薄層状態に形成し、該化合物
半導体結晶層に所定のパターンのＰ−Ｎ接合を形成して
ポＩ・ダイオードをアレイ状に形成し、ごのボＩ−タイ
オードアレイを有する赤外線検知装置と、ソリコン（Ｓ
ｉ）基板に形成したマルチプレクリ等の伝号処理装置と
をインジウム（Ｉｎ）金属柱を用いて接続形成して一体
化して赤外線撮像装置を形成している。

〔従来の技術〕 従来の赤外線検知装置の構造を第６図に示す。

第６図に示すように、従来の赤外線検知装置はＣｄ　Ｔ
ｅよりなる半絶縁性基板１−［−に１〕型のｌ＋１−８
Ｃｄ。

Ｔｅ結晶２か気相エピタキシャル成長法等を用いて形成
され、該結晶層２の所定位置にはレジストｖをマスクと
して用いてイオン注入法を用いてボロン（Ｂｏ）原子か
導入され、Ｎ゛層３形成されて１）−Ｎ接合４が形成さ
れている。更に該結晶層２の表面には、該結晶の陽極酸
化膜、或いは陽極硫化ｌ模か保８Ｗ膜５として形成され
てホトダイード６が形成されている。更にこのホトクイ
オート６上の保護膜５は窓開きされ、前記形成されたＮ
″層３上にはＩｎの金属柱７か茂着により形成されてい
る。

そしてこの基板１の裏面側より赤外線を入射して、この
入射された赤外線が基板１および化合物半導体結晶層２
を通過し、該結晶層２内で光電変換されてキャリアよな
り、このキャリアを光起電力として検知している。

〔発明が解決しよう々ずろ課題〕

ところで従来の装置に於いて、第７図（ａ）に示すよう
に、各タイオート間の距離Ｓか、ＣｄＴｅ　１の基板の
裏面より化合物半導体結晶２内に導入された赤外線によ
り、光電変換されて形成された少数キャリアの拡散長ｄ
に比して充分大きい場合、各ダイオ−１”６Ａ、５Ｂ間
で発生した少数キャリア８は、結晶層２内の例えば×印
の位置で再結合して消滅し、隨接ずろダ・イオード６Ａ
、６Ｂに到達することがないのてりｌニアストークを発
生することは無い。

然しなから、近年ごの裏面入射型のホトダイオードアレ
イは益々大規模化、高密度に形成することが要求されて
おり、これに伴ってダイオード間の距離Ｓか少数キャリ
アの拡散長ｄより小さくなり、この場合は第７図（ｂ）
に示すように、ホトダイオード６Ａ、６１’ｔの間に発
生した少数キャリア８は、随接するホＩ・ダイオード６
Ａ、６Ｂに到達してクロストークの現象が生じる問題が
ある。

本発明はト記した問題点を除去し、クロストークの発生
を少なくした赤外線検知装置の提供を目的とする。

（課題を解決するだめの手段］ 上記した「１的を達成する本発明の赤外線検知装置は、
第１図に示すように絶縁性、或いは半絶縁性基板１１と
素子形成用の化合物半導体結晶層１３の間に、該素子形
成用化合物半導体結晶層１３よりエネルギーハンドギャ
ップの大きい化合物半導体結晶をバッファ層１２として
設け、Ｐ−Ｎ接合部１７を設けた素子形成用の化合物半
導体結晶層１３を、該結晶層１３表面よりバッファ層１
２に、或いは素子形成用結晶層１３表面より基板１１に
到達する溝１９を設けることにより、０１■記素子形成
用結晶層１３、或いはバッファ層１２に積層された素子
形成用結晶層１３をメザ状に形成するとともに、前記溝
１９の底部に光吸収体２０を設けて構成する。

〔作　用〕

本発明の赤外線検知装置は、該検知装置を構成するホト
ダイオードを形成する素子形成用化合物半導体結晶層１
３と基板１１との間に該素子形成用結晶層１３よりエネ
ルギーハンドギャップの大きい結品Ｊｊ’ｉをバッファ
ー層１２として形成し、また上記ホＩ・タイオードをメ
゛り型に形成することで、該ダイオード間か確実に素子
分離されるようにする。

そして素子分離した溝１９の底部に更に光吸収体２０を
設りる。このようにすれば第５図に示すように、検知す
べき赤外線が素子形成用の結晶層１３で吸収され、−１
−ヤリアとなっても、そのうちの成る少数キャリー７（
電子）ａは、該バッファ層１２のエネル昌−−バンドギ
ャップ２１が広いために伝導帯２２の壁Ｑ、二当たって
矢印Ｂ方向に移動してバッファ層１２側にキャリアが到
達しない。また他の成る少数キャリアｂは、価電子帯２
４と伝導帯２２との間のハンドギャップ２１の狭い素子
形成用結晶層１３の領域側に到達してＰ−Ｎ接合部２３
を通過して光電流として検知される。

またこの素子形成用結晶層１３はメサ環に分離されてい
るのでキャリアは隣接画素にも流れ込まないため、クロ
スｌ−−りの発生を見なくなる。

更に本発明では、素子間を分離する溝１９の底部乙こ硫
化亜鉛（ＺｎＳ）とクロム（Ｃｒ）とを積層した光吸収
体２０を設けているので、ＣｄＴｅ１板の底部より入射
してＰ、−Ｎ接合部を有するメリ°状の検知素子間に入
射した光は、＋’＋ｉｉ記光吸収体２０にて吸収され、
そのため、このような素子間に入射した迷光がマルチプ
レクサに到達し、該マルチプレクサの表面で反射されて
再びＰ−Ｎ接合部へ導入されることがなくなるので更に
クロストーク現象か確実に除去できる。

更に検知すべき波長の赤外線が透過するバッファ層１２
を素子形成用の結晶層１３と積層した状態で形成してい
るので結晶層全体の厚さが厚くなり、その厚さの厚く成
ることで結晶層全体のシート抵抗か低くなり、各ホトダ
イオードのそれぞれに印加するバイアス電圧は、各ホト
ダイオードの結晶層の長手方向の位置に対応させて変動
させる必要がなくなり、各ダイオードに印加するバイア
ス電圧は均一な値て良い。

〔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２関は本発明の赤外線検知装置の一実施例の断面図で
１０μｍ　’ｊｌ）の波長に感度を有する検知装置であ
る。図示するように本発明の装置は、半絶縁性のＣｄ　
Ｔｅ４％板１１上にエネルキーハンドギャップが０．２
５ｅＶのｌ１ｇ、−ｙＣｄｙＴｅ（ｙ＝０．３）の結晶
層が３０μｍの厚さてバッファ層１２として形成され、
その上にはエネルキーハンドキャンプか、０．１１ｅＶ
のＨｇ＋−ｘＣｄ、　Ｔｅ（ｘ”０．２）の素子形成用
の結晶層１３が形成され、該結晶層１３の所定位置には
、Ｂ゛原子イオン注入されてＮ゛層１４が形成され、該
Ｐ−Ｎ接合が形成された結晶層１３がメサ環にエツチン
グ形成されている。そしてこのメサ構造を形成する溝１
９の底部にはＺｎ３層２０Ａ　とＣｒ層２０Ｂとを蒸着
により積層形成した光吸収体層２０が被着形成され、メ
サの側壁部表面には該結晶層の陽極硫化膜が保護膜１５
として形成されている。またメリーの頂部にはＩｎの金
属栓１６か茄着により形成されている。

このような本発明の装置の基板１１の底部より赤外線を
導入すると、結晶層１２は５μｍ帯以下の波長の光は吸
収するが、５μｍ帯以上の波長の光は透過するので、５
μｍ以下の波長の光は結晶層１２に吸収され、光電変換
されてキャリアとなる。

一方、５μｍ以上の光は、結晶層１２を透過して結晶層
１３に到達する。結晶層１３は１０μｍ帯より短い光を
吸収するので、５μｍ〜１０μｍの波長の光が結晶層１
３て光電変換されてキャリアとなり、ｐ−Ｎ接合部１７
へ到達して、ホトダイオード１８にて検知される。そし
てこの結晶層１３で光電変換されたキャリアは、ホトダ
イオ−１・がメサ状に確実に素子分離されているので、
クロストークを発生ずることはない。またバッファ層と
の間にはハント障壁が形成されているので、該結晶層１
３で発生した少数キャリアがバッファ層を介して隣接画
素に流入することもない。

更に溝１９の底部に＆Ｊ光吸収体２０か形成されている
ので、ＣｄＴｅの基板の裏面側より入射し、Ｐ−Ｎ接合
部１７を有するメ・り状の赤外線検知素子に到達しない
迷光は、前記光吸収体２０にて吸収されるので、その迷
光か該検知素子の一ヒ部に設置されているマルチプレク
リ′に当たって反射し、その光がＰ−Ｎ接合部に到達し
てクロストークを発生する事故が防止される。

また結晶層１２を厚く形成しても、１０μｍ帯の波長の
光は結晶層１２を透過するので、検知装置の感度が低下
することがなく、またこのように結晶層１２をｈ゛くす
ることで、化合物半導体結晶層１２．１３の厚さが厚く
なるので、結晶層１２．１３のシート抵抗が増加するこ
とがなくなり、従って結晶層１３の長手方向の位置によ
って、シート抵抗の増加によってホトダイオードに印加
するバイアス電圧を変動さゼる必要もなくなる。

また本実施例の他の実施例として第４図に示すように、
素子形成用結晶層１２よりバッファ層１３を口通して基
板１１に到達する溝２５を形成し、この溝２５上に前記
した光吸収体２０を設け、線溝２５で分割されたへソフ
ァ層１３上に素子形成用結晶層１２を積層した状態で、
バッファ層と共に素子形成用結晶層１２をメサ状に形成
しても良い。

このような赤外線検知装置の第１実施例の製造方法に付
いて述へると、第３図（ａ）に示すようにＣｄＴｅ基＋
Ｆ１．１１上にエネルギーハンドギャップが０．２５ｅ
ＶのＩｌｇ　ｌ　−ｙ　Ｃｄｙ　Ｔｅ　（ｙ−Ｏ，Ｊ）
のバッファ層１２を３０μｍの厚さて気相エピタキシャ
ル成長にて形成する。

次いてその上に、第２図（ｂ）に示すように、エネルギ
ーハンドギャップか０．１１ｅＶのＨｇ、−１Ｃｄ、　
Ｔｅ（ｘ−０，２）の素子形成用結晶層１３を気相エピ
タキシャル成長により形成する。

次いで第３１Ｆ（Ｃ）に示すように該素子形成用結晶層
１３にＢ゛原子イオン注入してＮ＋層１４を形成する。

更に第３図（ｄ）に示すように、該１１’−Ｎ接合が形
成された素子形成用結晶層１３を、ホトレジスト膜をマ
スクとして用いてバッファ層１２に到達するまでメサ型
にエツチング形成後、前記第１図に示したように、ｉ苗
１９の底部にＺｎＳ膜２〇八とＣｒ層２０Ｂが積層形成
された光吸収体２０を設け、素子形成用結晶層１２のメ
サの１！］ｌＩ壁部に該結晶層１２．１３の陽極硫化膜
を陽極硫化膜液を用いて、また第４図に示すように基板
１１に到達するまて溝２５を形成するとともに、その上
に光吸収体２０を設け、素子形成用結晶層１３とハンフ
ァ１ｉ１２か工、チングされたメサの側壁部に該結晶層
１２．１３の陽極硫化膜１５を前記第２図（ａ）に示し
たようにして形成しても良い。

〔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、クロス
１−一りの発生の少ない、高画素密度の検知アレイを構
成でき、また各ホトダイオードに印加するバイアス電圧
が均一となる高品質な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図は本発明の赤外線検知装置の原理構成回、第２図
は本発明の赤外線検知装置の第１実施例の断面図、 第３図（ａ）より第３図（ｄ）迄は第１実施例の装置の
製造方法を示す断面図、 第４図は本発明の第２実施例の赤外線検知装置の断面図
、 第５図は本発明の装置に於りる−）−ヤリアの状態の説
明図、 第６図は従来の赤外線検知装置の断面図、第７図（ａ）
および第７図（ｂ）は従来の装置の不都合な状態の説明
図である。 図において、 １１ばＣｄＴｅ基板、１２はバッファ層（Ｈｇｌ−ｙＣ
ｄｙＴｅの結晶層）、１３は素子形成用結晶層（ｔｌｇ
ｌ−８ＣｄＸＴ（！の結晶層）、１４はＮ゛層、１５は
保護膜、１６はＩｎ金属柱、１７．２３はＰ−Ｎ接合部
、１８はボＩ・ダイオード、１９．２５は溝、２０は光
吸収体、２０ＡはＺｎＳ膜、２０ＢはＣｒ層、２１はエ
ネルギーハンドギャップ、２２は伝導帯、２４は価電子
帯を示す。 代理人　弁理士　　井　桁　貞　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　絶縁性、或いは半絶縁性基板（１１）上に形成した化
   合物半導体結晶層（１３）の所定の位置にＰ−Ｎ接合を
   設けてホトダイオードアレイを形成した装置であって、 前記基板（１１）と素子形成用の化合物半導体結晶層（
   １３）の間に、該素子形成用化合物半導体結晶よりエネ
   ルギーハンドギャップの大きい化合物半導体結晶層（１
   ２）をバッファ層として設け、前記Ｐ−Ｎ接合部を設け
   た素子形成用の化合物半導体結晶層（１３）を、該結晶
   層（１３）表面よりバッファ層（１２）に、或いは素子
   形成用結晶層（１３）表面より基板（１１）に到達する
   溝（１９）を設けることにより、前記素子形成用結晶層
   （１３）、或いはバッファ層（１２）に積層された素子
   形成用結晶層（１３）をメサ状に形成するとともに、前
   記溝の底部に光吸収体（２０）を設けたことを特徴とす
   る赤外線検知装置。