JPH01238160A - 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、検知素子
の入力インピーダンスの低下を招くことな（長波長帯域
の赤外線に高感度を有する赤外線検知装置を目的とし、 絶縁性、或いは半絶縁性基板上にエネルギーバンドギャ
ップの異なる化合物半導体結晶層を複数層積層形成し、
該積層形成した結晶層を基板表面に到達する迄メサスト
ライプ状に形成し、該メサストライプ状領域に所定の間
隔を隔てて素子形成用不純物を導入して構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光起電力型のホトダイオードのような赤外線検
知素子をアレイ状に配設した赤外線検知装置に関する。

カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）のような半絶縁性の化合
物半導体基板にエネルギーバンドギャップの小さい水銀
・カドミウム・テルル（ＨｇＩ−、ｘＣｄｘ　Ｔｅ）の
エピタキシャル層を形成し、該エピタキシャル層の所定
領域に素子形成用不純物原子を導入してＰ−Ｎ接合を形
成してホトダイオードをアレイ状に形成し、このホトダ
イオードアレイを有する赤外線検知装置と、シリコン（
Ｓｉ　）基板に形成したマルチプレクサ等の信号処理装
置とをＩｎ金属ハンプ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。

このような赤外線撮像装置に於いて、最近長波長（１０
μｍ）帯に高感度な検知装置が望まれている。

〔従来の技術〕

従来の赤外線検知装置は第３図に示すように、半絶縁性
のＣｄＴｅの基板ｌ上にＰ型のｌＩｇ＋−ｘ　ＣｄＸＴ
ｅの結晶層２がＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長方法）
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ＩＦｓをマスクとして用いてイオン注入法によりボロ
ン（Ｂ゛）原子が導入され、Ｎ°層３が形成されてＰ−
Ｎ接合４が形成されホトダイオード６Ａ、６Ｂが形成さ
れている。更に該結晶層２の表面には、該結晶層の陽極
酸化膜、或いは陽極硫化膜が保護膜５として形成されて
いる。更にこのホトダイオード６八、６Ｂ上の保護膜５
は開口され、前記形成されたＮ″層層上上はＩｎ金属ハ
ンプ７が蒸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裁板１および結晶層２内を通過し、
該結晶層２で光電変換されてキャリアとなり、このキャ
リアがＰ−Ｎ接合４が形成されているホトダイオード６
Ａ、６Ｂに到達するのを検知している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで従来の装置に於いて、第４図（ａ）に示すよう
に、基板ｌの裏面よりエピタキシャル結晶層２内に導入
された赤外線が、光電変換されて形成された少数キャリ
アの拡散長ｄに対して各ダイオード６Ａ、６Ｂの間の距
離Ｓが充分大きい場合、各ダイオード６Ａ、６Ｂ間で発
生した少数キャリア８はエピタキシャル層２内の例えば
×印の位置で再結合して消滅し、隣接するホトダイオー
ド６八、６Ｂに到達することが無いのでクロストークを
発生することは無い。

然しなから、近年こ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、これに伴ってホトダイオード間の距離Ｓが少数キ
ャリアの拡散長ｄより小さくなり、この場合は第４図（
ｂ）に示すようにホトダイオード６八、６Ｂの間に発生
した少数キャリア８は隣接するホトダイオード６Ａ、６
Ｂに到達してクロストークの現象が発生する問題がある
。

また最近、波長が１０μｍ帯の長波長帯域を高感度に検
知できる赤外線検知素子が望まれるように成っており、
そのため使用する水銀・カドミウム・テルル（ｔｌｇｌ
−ＸＣｄ、　Ｔｃ）のＸ値が０．２のエネルギーバンド
ギャップの狭い結晶が用いられる状況にある。

然し、このようなエネルギーバンドギャップの狭いＨｇ
Ｉ−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅの結晶を用いた場合、形成される
赤外線検知素子のインピーダンスが低下する欠点があり
、そのためこの赤外線検知素子の信号を処理するために
、シリコン基板に設けた電荷結合素子の入力ダイオード
に於ける入力インピーダンスがマツチングしない問題が
発生する。

そこで本出願人は以前に特願昭６２−２６９９７４号に
より、信号処理装置としての電荷結合素子を構成し、前
記赤外線検知素子からの信号が人力される電界効果型ト
ランジスタのソース電位をインピーダンス変換回路を介
してホトダイオードを形成するｌ１ｇ１□ＣｄＸＴｅの
基板にフィードバックし、電荷結合素子へのホトダイオ
ードからの信号の注入効率の改善を図った出願を行って
いるが、この方式であるとホトダイオードの各々にこの
変換回路が設けられており、その回路を同時に動作させ
ることはできず、そのためホトダイオードの信号をうイ
ン状に一度に読みだすことは困難であり、各ホ１−ダイ
ード毎に信号を読みだす必要があり、そのため信号の蓄
積時間の増加を図れないといった欠点を生しる。

またエピタキシャル結晶層２の厚さは、赤外線検知装置
の高性能化を図るために、該エピタキシャル層２中で発
生する拡散電流を低減するために、薄く形成することが
望ましく、このようにエピタキシャル層２を薄く形成す
ると、該エピタキシャル層２のシート抵抗が増大する。

この検知装置はエピタキシャル層２の長手方向の端部に
電極を設けてアース接続しており、このシート抵抗が増
大するとエピタキシャル層の長手方向の中央部と両端部
とでは、各ホトダイオードに印加されるバイアス電圧が
異なる問題がある。つまり、各ホトダイオードの動作電
圧は一定であるので、各ホトダイオードを均一に動作さ
せようとすると、前記したエピタキシャル層２の長手方
向のシート抵抗が異なるため、各ホトダイオードにそれ
ぞれ異なったバイアス電圧を印加する必要があり、この
電圧を印加するための電源回路が煩雑になる問題がある
。

本発明は上記した問題点を解決し、クロス）　−りを発
生しない、素子形成用エピタキシャル層のシート抵抗の
低下が図れ、かつホトダイオードで検知された信号をラ
イン毎に一括して読みだすラインアドレスが可能で信号
の蓄積時間の増加が図れ、Ｓ／Ｎ比の大きい赤外線検知
装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の赤外線検知装置は、
絶縁性、或いは半絶縁性基板上にエネルギーバンドギャ
ップの異なる化合物半導体結晶層を複数層積層形成し、
該積層形成した結晶層を基板表面に到達する迄メサスト
ライプ状に形成し、該メサストライプ状領域に所定の間
隔を隔てて素子形成用不純物を導入して構成する。

〔作　用〕

本発明の赤外線検知装置は、検知素子となるホトダイオ
ードの素子形成領域がメサストライプ状に絶縁基板によ
り素子分離されている。或いは素子形成領域はメサスト
ライプ状に絶縁性基板によって絶縁分離され、更に該素
子形成領域の各々は、該各々の素子形成領域よりもエネ
ルギーバンドギャップの大きい結晶で分離されているた
め素子間でクロスト−りを発生しない。

また素子形成領域が基板上でメサストライプ状に絶縁分
離されているため、該素子を形成する基板」二の積層さ
れた結晶毎に異なるバイアス電圧を印加することで、ホ
トダイオードがライン毎に一括して信号を読み出すこと
ができるので、ホトダイオードの読み出し速度が増加し
、信号の蓄積時間が増加するのでＳ／Ｎ比が大きくなる
。

また基板上に形成された２層構造の結晶層のうち下層に
形成され、エネルギーバンドギャップの大きい結晶層を
厚く形成すれば、その上に形成されるエネルギーバンド
ギャップの狭い結晶層を薄く形成すれば、検知素子の感
度低下を招くこと無く、素子形成領域のシート抵抗の低
下を図ることができる。

〔実施例］ 第１図は本発明の赤外線検知装置の第１実施例の斜視図
を示す。

第１図に示すように本発明の赤外線検知装置はＣｄＴｅ
のような半絶縁性の化合物半導体基板ｌｌ上にエネルギ
ーバンドギャップが０．２５ｅＶのＨｇ＋−ｙ　Ｃｄｙ
Ｔｅ（ｙ−０，３）の結晶層が第１の結晶層１２として
、３０μｍの厚さで形成され、その上にはエネルギーバ
ンドギャップが０．１１ｅＶのＩｔｇ、−、Ｃｄ、　Ｔ
ｅ（ｘ＝０．２）が第２の結晶層１３として１０μｍの
厚さでＭＯＣＶＤ法を用いて形成されている。

これ等の結晶層１２．１３はいずれも基板１１の表面に
到達するまでメサストライプ状にホトレジスト膜（図示
せず）をマスクとして臭素（Ｂｒｚ）とメチルアルコー
ルよりなるエツチング液でエツチングされ、そのストラ
イブ状にエツチングされた領域には所定の間隔を隔てて
素子形成用のＮ型の不純物であるＢ゛原子イオン注入さ
れてＮ型層１４が形成され光起電力型のホトダイオード
１５が形成されている。

このような本発明の検知装置によれば、ホトダイオード
１５の素子形成領域１６がライン状に基板に到達するま
で素子分離されているので、ライン状に配設されたホト
ダイオード１５間でクロスト−りを発生することが無く
なる。

また下層の結晶層１２は厚く形成しても１０μｍ帯の長
波長帯域の赤外線は透過するので、素子の感度低下を招
（ことがない。また下層の結晶層１２を厚く形成するこ
とで結晶層１２と１３で形成される素子形成層の全体の
厚さが厚くできるのでシート抵抗の低下を図ることがで
き、電源回路も複雑な構成を採らなくても良い。

またメサストライプ状にエツチングされた素子を形成す
る結晶層１２．１３に、それぞれ独立したバイアス電圧
を印加することで、ライン状の赤外線検知素子の信号を
ラインアドレス方式で読み出すことができるので、ホト
ダイオードの読み出し速度が向上し、信号の蓄積時間が
増加するために、Ｓ／Ｎ比が向トする。

第２図に本発明の第２実施例を示す。

図示するように本実施例が第１実施例と異なる点は、−
Ｆ層の第２結晶層１３を更に島状にメサエッチングし、
この島状にメサエッチングされた素子形成領域１７に前
記したようにＮ型層１４を形成した点にある。

このようにすれば、島状の素子形成領域１７は前記第１
実施例で示した素子形成領域１６に比して更にエネルギ
ーバンドギャップの大きい第１の結晶層１２で素子分離
されことになり、第１実施例に比して更に素子間のクロ
ストーク発生が少なくなる効果がある。

以上述べたように、本発明の赤外線検知装置によれば、
クロストークの発生が少なく高信頼度の光起電力型の赤
外線検知装置が得られる。また素子形成領域が基板上で
メサストライプ状に絶縁分離されているため、該素子を
形成する基板上の積層された結晶毎に異なるバイアス電
圧を印加することで、ホトダイオードがライン毎に一括
して信号を読み出すことができるので、ホトダイオード
の読み出し速度が増加し、信号の蓄積時間が増加するの
でＳ／Ｎ比が大きくなる。

〔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
トークの発生の少ない、検知信号の蓄積時間の増加が保
てる高Ｓ／Ｎ比の高信頼度の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図は本発明の装置の第１実施例を示す斜視図、 第２図は本発明の装置の第２実施例を示す斜視図、 第３図は従来の装置を示す断面図、 第４図（ａ）および第４図（ｂ）は従来の装置に於ける
不都合な状態の説明図である。 図に於いて、 ＩＪはＣｄ　Ｔ　ｅ基板、１２は第１の結晶層（ｔ１ｇ
＋−ｙ　ＣｄｙＴｅの結晶層、１３は第２の結晶層（Ｈ
ｇ＋−ｘ　Ｃｄ　、　Ｔｅの結晶層）　１４はＮ型層、
１５はホトダイオード、１６．１７は素子形成領域を示
す。 不発ａｆａ／ｌ舊１のプ１糺培例ｄ址梳ｍ第１図 従来−家１４１牟准■刀 第３図 （Ｑ） （ｌ？）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性、或いは半絶縁性基板（１１）上にエネル
   ギーバンドギャップの異なる化合物半導体結晶層（１２
   、１３）を積層して設け、該積層形成した結晶層（１２
   、１３）を基板（１１）の表面に到達する迄メサストラ
   イプ状に形成し、該メサストライプ状の素子形成領域（
   １６）に所定の間隔を隔てて素子形成層（１４）を設け
   たことを特徴とする赤外線検知装置。
2. （２）前記絶縁性、或いは半絶縁性基板（１１）上に第
   １の化合物半導体結晶層（１２）、並びに該第１の結晶
   層上に該第１の結晶層よリエネルギーバンドギャップの
   小さい第２の結晶層（１３）を設け、前記第１および第
   ２の結晶層が基板表面に到達する迄メサストライプ状に
   形成されるとともに前記第２の結晶層が第１結晶層の表
   面に到るまで島状のメサ型に形成され、該島状のメサ型
   領域に素子形成用不純物が導入されたことを特徴とする
   請求項１記載の赤外線検知装置。