JPH0128893B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0128893B2 JPH0128893B2 JP56028533A JP2853381A JPH0128893B2 JP H0128893 B2 JPH0128893 B2 JP H0128893B2 JP 56028533 A JP56028533 A JP 56028533A JP 2853381 A JP2853381 A JP 2853381A JP H0128893 B2 JPH0128893 B2 JP H0128893B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- component semiconductor
- infrared
- component
- photodiode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は赤外線検知器、特に異なる波長帯の赤
外線検知能力をそなえた赤外線検知器に関するも
のである。
外線検知能力をそなえた赤外線検知器に関するも
のである。
目標物体から放射された赤外線を検知すること
によつて該目標物体の検知、認識を行う赤外線機
器においては、該目標物体を識別する能力を高め
るために、応答波長帯が互いに異なる赤外線検知
素子の対を検知器内で近接して配設した赤外線検
知器の使用が望ましい。これは白黒テレビよりも
カラーテレビの方が、色の違いによる識別という
機能が加わるために、検出できる情報量がそれだ
け増加するものと同じことであつて、最近では上
記のような赤外線検知器の開発が盛んに行われて
いる。
によつて該目標物体の検知、認識を行う赤外線機
器においては、該目標物体を識別する能力を高め
るために、応答波長帯が互いに異なる赤外線検知
素子の対を検知器内で近接して配設した赤外線検
知器の使用が望ましい。これは白黒テレビよりも
カラーテレビの方が、色の違いによる識別という
機能が加わるために、検出できる情報量がそれだ
け増加するものと同じことであつて、最近では上
記のような赤外線検知器の開発が盛んに行われて
いる。
第１図はこのような赤外線検知器にとつては望
ましい２つの応答波長帯を有する赤外線検知素子
の理想的分光感度の一例を示したものであつて、
長波長の赤外線検出用検知素子の分光感度曲線イ
は短波長の赤外線検出用検知素子の分光感度曲線
ロと重なつておらず、２つの分光感度曲線イ，ロ
はほとんど完全に分離されている。
ましい２つの応答波長帯を有する赤外線検知素子
の理想的分光感度の一例を示したものであつて、
長波長の赤外線検出用検知素子の分光感度曲線イ
は短波長の赤外線検出用検知素子の分光感度曲線
ロと重なつておらず、２つの分光感度曲線イ，ロ
はほとんど完全に分離されている。
しかるに通常の赤外線検知素子は一般に短い波
長（すなわちフオトンエネルギーの大きい波長）
の赤外線ならばどの波長にも応答してしまうた
め、２つの分光感度曲線イ，ロは第２図に示した
ように重なり合つてしまうのが現実であつて、こ
のような分光感度特性を有するならば、前記した
赤外線検知器の識別能力は著しく低下してしま
う。
長（すなわちフオトンエネルギーの大きい波長）
の赤外線ならばどの波長にも応答してしまうた
め、２つの分光感度曲線イ，ロは第２図に示した
ように重なり合つてしまうのが現実であつて、こ
のような分光感度特性を有するならば、前記した
赤外線検知器の識別能力は著しく低下してしま
う。
このような分光感度曲線の重なりを防止するに
は、たとえば２種類の異なるバンドパスフイルタ
を用いる方法や赤外線検知素子それぞれの受光面
に、干渉を利用してバンドパスフイルタ効果を持
たせた２種類の多層膜を形成する方法などが考え
られるが、前者は各バンドパスフイルタを接近し
て配置した赤外線検知素子のごく近くに設置する
ことが困難であり、後者は赤外線検知素子材料が
一般に熱に弱いので、被着に高温を必要とする多
層膜の形成は不可能に近いという欠点がある。
は、たとえば２種類の異なるバンドパスフイルタ
を用いる方法や赤外線検知素子それぞれの受光面
に、干渉を利用してバンドパスフイルタ効果を持
たせた２種類の多層膜を形成する方法などが考え
られるが、前者は各バンドパスフイルタを接近し
て配置した赤外線検知素子のごく近くに設置する
ことが困難であり、後者は赤外線検知素子材料が
一般に熱に弱いので、被着に高温を必要とする多
層膜の形成は不可能に近いという欠点がある。
また前記のような赤外線検知器では対をなす赤
外線検知素子数が多いほど、識別能力が高まるは
ずであるが、こうした多素子赤外線検知器となれ
ば上記したようなバンドパスフイルタを用いるこ
とも、またフイルタ効果を持たせた２種類の多層
膜の形成も、一層困難なものとなる。
外線検知素子数が多いほど、識別能力が高まるは
ずであるが、こうした多素子赤外線検知器となれ
ば上記したようなバンドパスフイルタを用いるこ
とも、またフイルタ効果を持たせた２種類の多層
膜の形成も、一層困難なものとなる。
そこで本発明はこうした欠点に鑑みてなされた
もので、赤外線を透過する基板上に、禁制帯幅が
比較的大きい第１の多元半導体層を設けると共
に、該第１の多元半導体層上の所定部分に該第１
の多元半導体と同一導電型で、かつ禁制帯幅が小
さな第２の多元半導体層を複数個規則的な島状パ
ターンで配設し、上記第１の多元半導体層の部分
的露出表面に第１のホトダイオードを、また上記
第２の各島状多元半導体層表面に第２のホトダイ
オードをそれぞれ配設して、これら第１および第
２の各ホトダイオードに前記基板側から入射する
赤外線に対して異なる波長帯の光検知能力を持た
せるようにしたことを特徴とする赤外線検知器を
提供せんとするものであつて、第３図以下の図面
を用いて詳記する。
もので、赤外線を透過する基板上に、禁制帯幅が
比較的大きい第１の多元半導体層を設けると共
に、該第１の多元半導体層上の所定部分に該第１
の多元半導体と同一導電型で、かつ禁制帯幅が小
さな第２の多元半導体層を複数個規則的な島状パ
ターンで配設し、上記第１の多元半導体層の部分
的露出表面に第１のホトダイオードを、また上記
第２の各島状多元半導体層表面に第２のホトダイ
オードをそれぞれ配設して、これら第１および第
２の各ホトダイオードに前記基板側から入射する
赤外線に対して異なる波長帯の光検知能力を持た
せるようにしたことを特徴とする赤外線検知器を
提供せんとするものであつて、第３図以下の図面
を用いて詳記する。
第３図は本発明に係る赤外線検知器の主要部分
たる赤外線検知素子の要部構造を断面図で示した
一実施例であつて、禁制帯幅Egがたとえば1.6ev
のように充分大きいカドミウムテルル（CdTe）
基板１の片方の主面上に、禁制帯幅Egがたとえ
ば0.4evと比較的大きな値を有する第１の多元半
導体層２がエピタルキシヤル成長法などによつて
形成されている。そして該第１の多元半導体層２
上の所定部分１１にはやはりエピタキシヤル成長
法などによつて、禁制帯幅Egがたとえば0.2ev程
度である第２の多元半導体層３が形成されている
が、１２として示した部分は該多元半導体層３を
たとえばエツチングによつて除去し、前記第１の
多元半導体層２の表面が露出した部分である。
たる赤外線検知素子の要部構造を断面図で示した
一実施例であつて、禁制帯幅Egがたとえば1.6ev
のように充分大きいカドミウムテルル（CdTe）
基板１の片方の主面上に、禁制帯幅Egがたとえ
ば0.4evと比較的大きな値を有する第１の多元半
導体層２がエピタルキシヤル成長法などによつて
形成されている。そして該第１の多元半導体層２
上の所定部分１１にはやはりエピタキシヤル成長
法などによつて、禁制帯幅Egがたとえば0.2ev程
度である第２の多元半導体層３が形成されている
が、１２として示した部分は該多元半導体層３を
たとえばエツチングによつて除去し、前記第１の
多元半導体層２の表面が露出した部分である。
上記第１および第２の多元半導体層２および３
は両者ともたとえばｐ型とされているのである
が、前記の露出した第１の多元半導体２の所定部
１２には上記多元半導体層２，３と逆導電型であ
る第１のｎ型の不純物ドープ層７が設けられて第
１のホトダイオードを形作つており、また上記第
２の多元半導体層３の所定部１１には第２のｎ型
の不純物ドープ層８が設けられて第２のホトダイ
オードを形作つている。なお４はたとえば硫化亜
鉛（ZoＳ）からなる表面保護膜であり、前記第１
および第２のホトダイオードを形作つている不純
物ドープ層７，８と接触している引出し電極９，
１０（たとえばインジウムなどを材料とする）は
上記ZoＳの表面保護膜４上に配設されている。ま
た光（赤外線）hν1およびhν2が波線ハ，ニで示し
たように入射してくる方のCdTe基板１の他方の
主面上を覆つている５として示したものは該
CdTe基板面への入射光の反射防止膜であつて、
これはたとえばZoＳを材料として形成される。
は両者ともたとえばｐ型とされているのである
が、前記の露出した第１の多元半導体２の所定部
１２には上記多元半導体層２，３と逆導電型であ
る第１のｎ型の不純物ドープ層７が設けられて第
１のホトダイオードを形作つており、また上記第
２の多元半導体層３の所定部１１には第２のｎ型
の不純物ドープ層８が設けられて第２のホトダイ
オードを形作つている。なお４はたとえば硫化亜
鉛（ZoＳ）からなる表面保護膜であり、前記第１
および第２のホトダイオードを形作つている不純
物ドープ層７，８と接触している引出し電極９，
１０（たとえばインジウムなどを材料とする）は
上記ZoＳの表面保護膜４上に配設されている。ま
た光（赤外線）hν1およびhν2が波線ハ，ニで示し
たように入射してくる方のCdTe基板１の他方の
主面上を覆つている５として示したものは該
CdTe基板面への入射光の反射防止膜であつて、
これはたとえばZoＳを材料として形成される。
第３図に示した赤外線検知素子はしたがつて多
元半導体の２層ヘテロ接合構造を形成していると
言えるし、上記第１および第２の不純物ドープ層
７，８はいわゆる後方入射型のホトダイオードと
なつていると言える。
元半導体の２層ヘテロ接合構造を形成していると
言えるし、上記第１および第２の不純物ドープ層
７，８はいわゆる後方入射型のホトダイオードと
なつていると言える。
また６は透過波長が１〜6μｍであるバンドパ
スフイルタで前記hν1，hν2なる赤外線はこのバン
ドパスフイルタ６を透過して入射されるのである
が、CdTe基板１はその禁制帯幅が1.6evであるか
ら、0.8μｍより長い波長の赤外線は該CdTe基板
１によつて吸収されてしまう。このためCdTe基
板だけでも0.8μｍより長い波長の赤外線に対する
遮断効果があり、この波長の赤外線に対しては不
透明であるのと同じ結果となる。したがつてこの
特性を利用するならば、前記の６として示したフ
イルタは１〜6μｍ帯だけの光を通すものでなく
ともよく、6μｍ以上の波長を遮断するハイパス
フイルタであつてもよい。
スフイルタで前記hν1，hν2なる赤外線はこのバン
ドパスフイルタ６を透過して入射されるのである
が、CdTe基板１はその禁制帯幅が1.6evであるか
ら、0.8μｍより長い波長の赤外線は該CdTe基板
１によつて吸収されてしまう。このためCdTe基
板だけでも0.8μｍより長い波長の赤外線に対する
遮断効果があり、この波長の赤外線に対しては不
透明であるのと同じ結果となる。したがつてこの
特性を利用するならば、前記の６として示したフ
イルタは１〜6μｍ帯だけの光を通すものでなく
ともよく、6μｍ以上の波長を遮断するハイパス
フイルタであつてもよい。
ところで、上記のようにして通過帯域が0.8〜
6μｍに制限されて波線ハおよびニのように入射
して来た２種類の光のうち、まず波線ハに沿つて
入射して来た光は禁制帯幅Egが0.4evである第１
の多元半導体層（Hg0.6Cd0.4Te層）に入射するが
この層では上記の入射光の波長のうち、0.8〜3μ
ｍの波長の赤外線が吸収される。したがつてこの
第１の多元半導体層２に作られている前記第１の
ホトダイオード７では、この0.8〜3μｍの範囲の
波長の光が光電変換されてその出力は引き出し電
極９を介して出力される。
6μｍに制限されて波線ハおよびニのように入射
して来た２種類の光のうち、まず波線ハに沿つて
入射して来た光は禁制帯幅Egが0.4evである第１
の多元半導体層（Hg0.6Cd0.4Te層）に入射するが
この層では上記の入射光の波長のうち、0.8〜3μ
ｍの波長の赤外線が吸収される。したがつてこの
第１の多元半導体層２に作られている前記第１の
ホトダイオード７では、この0.8〜3μｍの範囲の
波長の光が光電変換されてその出力は引き出し電
極９を介して出力される。
これに対して波線ニに沿つて入射して来た光が
第２のホトダイオード８に届くまでには、その光
は途中で前記第１の多元半導体層（Eg＝0.4ev）
２中を通過しなければならないので、上記したよ
うに、該第１の半導体層２における0.8〜3μｍの
範囲の光吸収をこうむる。したがつて該第１の多
元半導体層２を通過してたとえばHg0.73Cd0.27Te
からなる第２の多元半導体層３（Eg＝0.2ev）に
入つて来た光は0.8〜3μｍの波長成分が失なわれ
ており、３〜6μｍの波長成分だけが残された光
となつている。したがつて該第２の多元半導体層
３に作られている前記第２のホトダイオード８で
は、この３〜6μｍの範囲の波長の光が光電変換
されてその出力は引き出し電極１０を介して出力
される。
第２のホトダイオード８に届くまでには、その光
は途中で前記第１の多元半導体層（Eg＝0.4ev）
２中を通過しなければならないので、上記したよ
うに、該第１の半導体層２における0.8〜3μｍの
範囲の光吸収をこうむる。したがつて該第１の多
元半導体層２を通過してたとえばHg0.73Cd0.27Te
からなる第２の多元半導体層３（Eg＝0.2ev）に
入つて来た光は0.8〜3μｍの波長成分が失なわれ
ており、３〜6μｍの波長成分だけが残された光
となつている。したがつて該第２の多元半導体層
３に作られている前記第２のホトダイオード８で
は、この３〜6μｍの範囲の波長の光が光電変換
されてその出力は引き出し電極１０を介して出力
される。
すなわち、赤外線検知素子の対をなす第１およ
び第２のホトダイオードをこのように第１および
第２の多元半導体層２，３のそれぞれに作りつけ
ることによつて、第１図のイおよびロに示したよ
うな別個に分離された分光感度特性が獲得でき
る。
び第２のホトダイオードをこのように第１および
第２の多元半導体層２，３のそれぞれに作りつけ
ることによつて、第１図のイおよびロに示したよ
うな別個に分離された分光感度特性が獲得でき
る。
ちなみにホトダイオードは第３図に示したよう
に２個すなわち１対に限られることはなく、たと
えば多元半導体層を第１、第２、第３のようにし
て各層の組成を順次変え、禁制帯幅をたとえば３
段階に変えるならば第１図に示した分光感度特性
はイ，ロの２つではなく３つに分割して生ぜしめ
ることもできる。また上記実施例はCdTe基板の
上にHgCdTe層を多層にエピタキシヤル成長させ
たものであつたが、多元半導体材料としては
HgCdTeに限られることなく、たとえば鉛テルル
（PbTe）基板上に第１および第２の互いに組成
したがつて禁制帯幅Egの異なつた鉛錫テルル
（PbSoTe）層を複数層に形成して赤外線検知素子
を作ることも可能である。
に２個すなわち１対に限られることはなく、たと
えば多元半導体層を第１、第２、第３のようにし
て各層の組成を順次変え、禁制帯幅をたとえば３
段階に変えるならば第１図に示した分光感度特性
はイ，ロの２つではなく３つに分割して生ぜしめ
ることもできる。また上記実施例はCdTe基板の
上にHgCdTe層を多層にエピタキシヤル成長させ
たものであつたが、多元半導体材料としては
HgCdTeに限られることなく、たとえば鉛テルル
（PbTe）基板上に第１および第２の互いに組成
したがつて禁制帯幅Egの異なつた鉛錫テルル
（PbSoTe）層を複数層に形成して赤外線検知素子
を作ることも可能である。
また赤外線検知素子はこれら多素子のものとし
て電荷転送装置（以下CCDと称する）に結合す
ることにより２次元の光センサとなすことが周知
のようにしばしば行われるが、CCDは多元半導
体では構成できないので、おのずからCCD部は
シリコン（Si）基板上に作り、光センサ部は前記
したように多元半導体層を用いて構成して両者を
いわゆるフエースダウンボンデイングの手法で結
合していわゆるハイブリツド構成とする必要が生
じることもある。
て電荷転送装置（以下CCDと称する）に結合す
ることにより２次元の光センサとなすことが周知
のようにしばしば行われるが、CCDは多元半導
体では構成できないので、おのずからCCD部は
シリコン（Si）基板上に作り、光センサ部は前記
したように多元半導体層を用いて構成して両者を
いわゆるフエースダウンボンデイングの手法で結
合していわゆるハイブリツド構成とする必要が生
じることもある。
第４図はこのような場合におけるいわゆる赤外
線CCD（IRCCDとも呼ばれる）の構造を示す要部
断面図であつて、第３図と同一部位には同一符号
を付すが第３図と異なるところは規則的に配設さ
れたホトダイオード７，８で検出された信号を取
出す引き出し電極がなくなつている点である。そ
してこの引出し電極にかわつてインジウム（In）
系の材料で作られたバンプ２５によつて、検出信
号電荷を矢印ホ方向に送りCCDの入力ダイオー
ド２３に導入するようになつている。そしてこの
送られて来た検出信号電荷は、CCDの転送電極
２６によつてたとえば紙面に直角な方向に並列に
送られて読み出されるようになつている。ただ
し、２１はCCDのSi基板、２２は該基板上を被
覆する二酸化シリコン（SiO2）膜であるが、この
第４図では第３図中において示したバンドパスフ
イルタ６は省略されている。
線CCD（IRCCDとも呼ばれる）の構造を示す要部
断面図であつて、第３図と同一部位には同一符号
を付すが第３図と異なるところは規則的に配設さ
れたホトダイオード７，８で検出された信号を取
出す引き出し電極がなくなつている点である。そ
してこの引出し電極にかわつてインジウム（In）
系の材料で作られたバンプ２５によつて、検出信
号電荷を矢印ホ方向に送りCCDの入力ダイオー
ド２３に導入するようになつている。そしてこの
送られて来た検出信号電荷は、CCDの転送電極
２６によつてたとえば紙面に直角な方向に並列に
送られて読み出されるようになつている。ただ
し、２１はCCDのSi基板、２２は該基板上を被
覆する二酸化シリコン（SiO2）膜であるが、この
第４図では第３図中において示したバンドパスフ
イルタ６は省略されている。
以上に述べた本発明に係る赤外線検知器を用い
れば目標物体を識別する能力が大きく高められる
ために、実用上多大の効果が期待できる。
れば目標物体を識別する能力が大きく高められる
ために、実用上多大の効果が期待できる。
第１図は望ましい２つの応答波長帯を有する赤
外線検知素子の理想的分光感度の一例を示す図、
第２図は現実に得られる分光感度特性を示した
図、第３図は本発明に係る赤外線検知器の検知素
子の要部構造の一実施例を示す図、第４図は本発
明の変形実施例を示す図である。 １：CdTe基板、２：第１の多元半導体層、
３：第２の多元半導体層、４：表面保護膜、５：
反射防止膜、６：バンドパスフイルタ、７：第１
のホトダイオード、８：第２のホトダイオード、
９，１０：引き出し電極、１１：第２の多元半導
体層の所定部分、２１：シリコン基板、２２：
SiO2膜、２３：入力ダイオード、２５：バンプ。
外線検知素子の理想的分光感度の一例を示す図、
第２図は現実に得られる分光感度特性を示した
図、第３図は本発明に係る赤外線検知器の検知素
子の要部構造の一実施例を示す図、第４図は本発
明の変形実施例を示す図である。 １：CdTe基板、２：第１の多元半導体層、
３：第２の多元半導体層、４：表面保護膜、５：
反射防止膜、６：バンドパスフイルタ、７：第１
のホトダイオード、８：第２のホトダイオード、
９，１０：引き出し電極、１１：第２の多元半導
体層の所定部分、２１：シリコン基板、２２：
SiO2膜、２３：入力ダイオード、２５：バンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 赤外線を透過する基板１上に、 禁制帯幅が比較的大きい第１の多元半導体層２
を設けると共に、 該第１の多元半導体層上の所定部分に該第１の
多元半導体と同一導電型で、かつ禁制帯幅が小さ
な第２の多元半導体層３を複数個規則的な島状パ
ターンで配設し、 上記第１の多元半導体層の部分的露出表面に第
１のホトダイオード７を、また上記第２の各島状
多元半導体層表面に第２のホトダイオード８をそ
れぞれ配設して、 これら第１および第２の各ホトダイオードに前
記基板側から入射する赤外線に対して異なる波長
帯の光検知能力を持たせるようにしたことを特徴
とする赤外線検知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56028533A JPS57142527A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Infrared detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56028533A JPS57142527A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Infrared detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57142527A JPS57142527A (en) | 1982-09-03 |
| JPH0128893B2 true JPH0128893B2 (ja) | 1989-06-06 |
Family
ID=12251301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56028533A Granted JPS57142527A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Infrared detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57142527A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3206312A1 (de) * | 1982-02-22 | 1983-09-01 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Demultiplexer-photodiode |
| US5818051A (en) * | 1996-04-04 | 1998-10-06 | Raytheon Ti Systems, Inc. | Multiple color infrared detector |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4967557U (ja) * | 1972-09-26 | 1974-06-12 |
-
1981
- 1981-02-27 JP JP56028533A patent/JPS57142527A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57142527A (en) | 1982-09-03 |
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