JPH02237171A - 赤外線検出素子 - Google Patents
赤外線検出素子Info
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- JPH02237171A JPH02237171A JP1058762A JP5876289A JPH02237171A JP H02237171 A JPH02237171 A JP H02237171A JP 1058762 A JP1058762 A JP 1058762A JP 5876289 A JP5876289 A JP 5876289A JP H02237171 A JPH02237171 A JP H02237171A
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- JP
- Japan
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- compound semiconductor
- layer thickness
- detection element
- infrared detection
- infrared ray
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- 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
- H10F30/10—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices being sensitive to infrared radiation, visible or ultraviolet radiation, and having no potential barriers, e.g. photoresistors
-
- 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
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/12—Active materials
- H10F77/123—Active materials comprising only Group II-VI materials, e.g. CdS, ZnS or HgCdTe
- H10F77/1237—Active materials comprising only Group II-VI materials, e.g. CdS, ZnS or HgCdTe having at least three elements, e.g. HgCdTe
-
- 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
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- H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は赤外線検出素子に関し、特に高感度化を可能
にした赤外線検出素子に関するものである。
にした赤外線検出素子に関するものである。
第１図ｆａｔ， （ｂ）は従来の光伝導型の赤外線検出
素子の構造を示す平面図および断面図である。
素子の構造を示す平面図および断面図である。
これらの図において、１は例えばＣｄＴｅ等の高抵抗の
基板、２は例えばＣｄ，Ｈｇ＋−ｘ Ｔｅ，ＩｎＳｂ等
の化合物半導体、３ａ，３ｂは一対の電極、４は受光部
、５はバイアス電流である。
基板、２は例えばＣｄ，Ｈｇ＋−ｘ Ｔｅ，ＩｎＳｂ等
の化合物半導体、３ａ，３ｂは一対の電極、４は受光部
、５はバイアス電流である。
次に動作について説明する。
光導電感度を赤外線の波長顛域にのばす為、化合物半導
体２には狭いバンドギャップを有するＣｄｘ Ｈｇ＋−
ｘ Ｔｅ，Ｉ ｎＳｂ等が用いられており、このバンド
ギャップよりも大きなエネルギーの赤外線が受光部４内
に入射すると、化合物半導体２中で吸収されて過剰キャ
リアが発生する．この過剰キャリアによる素子の電気伝
導度の変化を信号として取り出すことがこの種の検出素
子の動作原理である。但し、この検出素子の使用時には
、素子の暗電流を防止するために液体窒素を用いて素子
を７７Ｋ付近に冷却して使用するようにする。
体２には狭いバンドギャップを有するＣｄｘ Ｈｇ＋−
ｘ Ｔｅ，Ｉ ｎＳｂ等が用いられており、このバンド
ギャップよりも大きなエネルギーの赤外線が受光部４内
に入射すると、化合物半導体２中で吸収されて過剰キャ
リアが発生する．この過剰キャリアによる素子の電気伝
導度の変化を信号として取り出すことがこの種の検出素
子の動作原理である。但し、この検出素子の使用時には
、素子の暗電流を防止するために液体窒素を用いて素子
を７７Ｋ付近に冷却して使用するようにする。
また、具体的に、素子抵抗値をｒ （Ω）、バイアス電
流をｉＢ（Ａ）、電極３ａ，３ｂ間の電圧をＶ （ｖ）
とすると、 ■＝ｒ−ｉ！ｌ ・・・（１） 通常は、バイアス電流１８は定電流として動作させるの
で過剰キャリアによる素子抵抗値の変化分Δｒは次式に
より電圧の変化分Δ■、即ち信号■，（Ｖ）として検出
される。
流をｉＢ（Ａ）、電極３ａ，３ｂ間の電圧をＶ （ｖ）
とすると、 ■＝ｒ−ｉ！ｌ ・・・（１） 通常は、バイアス電流１８は定電流として動作させるの
で過剰キャリアによる素子抵抗値の変化分Δｒは次式に
より電圧の変化分Δ■、即ち信号■，（Ｖ）として検出
される。
Ｖ，＝ΔＶ＝Δｒ−ｉ Ｂ −（２）一方、素子抵抗
値ｒは、 従って、（２）． （６）式．及び（４）式より、Δｎ Ｖ，＝−ｒ・ ・ｉ， ｎ ここで、ｌ，ｗ，ｔはそれぞれ受光部４の長さ、幅およ
び厚さを示す。また、” （ｃｍ−３）は化合物半導体
２のキャリア濃度、ｋは比例定数を表す。
値ｒは、 従って、（２）． （６）式．及び（４）式より、Δｎ Ｖ，＝−ｒ・ ・ｉ， ｎ ここで、ｌ，ｗ，ｔはそれぞれ受光部４の長さ、幅およ
び厚さを示す。また、” （ｃｍ−３）は化合物半導体
２のキャリア濃度、ｋは比例定数を表す。
通常は受光部４は正方形であるので、ｌ＝ｗである。ま
た、入射赤外線φ，（Ｗ）により、化合物半導体２の中
に発生する過剰キャリアをΔｎ （ｃｍ−３）とすると
、比例係数をｋ′として、Δｎ＝ｋ ′・Φ， ・・・
｛４》 このΔｎによる素子抵抗値ｒの変化分Δｒは、（３）式
より、 となる，従って、これより、 ｎ この素子の感度をＲ （Ｖ／Ｗ）とすると、以上から感
度Ｒは、化合物半導体のキャリア掘度ｎに反比例し、素
子抵抗ｒには比例することがわかる。
た、入射赤外線φ，（Ｗ）により、化合物半導体２の中
に発生する過剰キャリアをΔｎ （ｃｍ−３）とすると
、比例係数をｋ′として、Δｎ＝ｋ ′・Φ， ・・・
｛４》 このΔｎによる素子抵抗値ｒの変化分Δｒは、（３）式
より、 となる，従って、これより、 ｎ この素子の感度をＲ （Ｖ／Ｗ）とすると、以上から感
度Ｒは、化合物半導体のキャリア掘度ｎに反比例し、素
子抵抗ｒには比例することがわかる。
上記のように、従来の赤外線検出素子はその怒度値Ｒを
大きくするには、その抵抗値ｒを大きくすることが必要
であり、このため、キャリア濃度ｎを極力小さくし、化
合物半導体２の層厚ｔを極力薄くする必要があった．こ
のうち、ｎの値については、結晶成長技術の進歩により
、すでに限界近くまで下げられている。ところが、化合
物半導体層２の層厚ｔについては、入射する赤外線を有
効に吸収するためにある程度以上の厚さが必要であり、
例えば８〜１４μｍの赤外線の場合、ｔは２１５〜２０
μｍ程度必要となり、化合物半導体２の層厚ｔを薄くす
ることは不可能であった。従って、この入射赤外線の波
長等の吸収条件により膜厚ｔが決まり、これにより素子
の抵抗値が決められ、感度値も制限されてしまうという
問題点があった。
大きくするには、その抵抗値ｒを大きくすることが必要
であり、このため、キャリア濃度ｎを極力小さくし、化
合物半導体２の層厚ｔを極力薄くする必要があった．こ
のうち、ｎの値については、結晶成長技術の進歩により
、すでに限界近くまで下げられている。ところが、化合
物半導体層２の層厚ｔについては、入射する赤外線を有
効に吸収するためにある程度以上の厚さが必要であり、
例えば８〜１４μｍの赤外線の場合、ｔは２１５〜２０
μｍ程度必要となり、化合物半導体２の層厚ｔを薄くす
ることは不可能であった。従って、この入射赤外線の波
長等の吸収条件により膜厚ｔが決まり、これにより素子
の抵抗値が決められ、感度値も制限されてしまうという
問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解消するためになされたも
ので、赤外線の吸収率を低下させることなく、高感度化
が可能な赤外線検出素子を提供することを目的とする。
ので、赤外線の吸収率を低下させることなく、高感度化
が可能な赤外線検出素子を提供することを目的とする。
この発明に係る赤外線検出素子は、受光面である化合物
半導体上の一対の電極間に、素子の電流通路と垂直な方
向に、その深さが上記化合物半導体の厚さより浅い複数
の細い溝を設けるようにしたものである。
半導体上の一対の電極間に、素子の電流通路と垂直な方
向に、その深さが上記化合物半導体の厚さより浅い複数
の細い溝を設けるようにしたものである。
この発明においては、受光面の化合物半導体上に、電流
通路と垂直でしかもその深さが化合物半導体の層厚より
も浅く形成された溝を複数本設けるようにしたので、バ
イアス電流の通路が溝により狭く制限され、これにより
素子抵抗が大きくなり、素子感度が大幅に向上する。ま
た、赤外線吸収に必要な化合物半導体の膜厚は従来どお
りに保たれているので、入射する赤外線に対する吸収率
の損失はほとんど生じない。
通路と垂直でしかもその深さが化合物半導体の層厚より
も浅く形成された溝を複数本設けるようにしたので、バ
イアス電流の通路が溝により狭く制限され、これにより
素子抵抗が大きくなり、素子感度が大幅に向上する。ま
た、赤外線吸収に必要な化合物半導体の膜厚は従来どお
りに保たれているので、入射する赤外線に対する吸収率
の損失はほとんど生じない。
以下、本発明の一実施例を図について説明する。
第１図（ａｌ， （ｂｌは本発明の一実施例による赤外
線検出素子の平面図および断面図である。これらの図に
おいて、第２図（ａ）． （ｂ）と同一符号は同一部分
を示Ｌ７、６は化合物半導体２上の一対の電極３ａ，３
ｂ間に電流通路と垂直な方向に形成された複数の溝であ
る。この溝６の幅ｑは入射する赤外線の波長より充分小
さく形成しており、これにより、溝６での赤外線の吸収
ロスを防いでいる．また、溝６のピッチｐは化合吻半導
体２の層厚ｔと同程度以下にすると効果的である。溝６
の深さｄは、層厚ｔより浅くしてバイアス電流５の通路
を制限している。
線検出素子の平面図および断面図である。これらの図に
おいて、第２図（ａ）． （ｂ）と同一符号は同一部分
を示Ｌ７、６は化合物半導体２上の一対の電極３ａ，３
ｂ間に電流通路と垂直な方向に形成された複数の溝であ
る。この溝６の幅ｑは入射する赤外線の波長より充分小
さく形成しており、これにより、溝６での赤外線の吸収
ロスを防いでいる．また、溝６のピッチｐは化合吻半導
体２の層厚ｔと同程度以下にすると効果的である。溝６
の深さｄは、層厚ｔより浅くしてバイアス電流５の通路
を制限している。
また、溝６の形成については、従来の素子をイオンミリ
ング装置等により加工することにより容易に形成するこ
とができる． 次に動作について説明する。
ング装置等により加工することにより容易に形成するこ
とができる． 次に動作について説明する。
動作原理は従来と全く同様であり、本発明では第１図に
示すように、深さｄを有するａ６により化合物半導体基
板２中のバイアス電流５の通路が狭く制限されている。
示すように、深さｄを有するａ６により化合物半導体基
板２中のバイアス電流５の通路が狭く制限されている。
即ち、層厚ｔの化合物半導体２中、バイアス電流の通路
としての層厚は約（ｔ−ｄ）となる．このためには溝６
のピツチｐはｒＳ厚ｔとほぼ同程度以下にする必要があ
る。また溝６の幅ｑぱ入射赤外線の吸収ロス等を防ぐ為
、その波長より小さくする必要がある．具体的な実施例
を上げると、８〜１４μｍ帯の赤外線検出素子において
、ＣｄＸ Ｈｇ＋−ｘ Ｔｅから成る化合物半導体基板
２の層厚ｔをミ２０μｍ、溝６の幅ｑをユ４μｍ１溝６
の深さｄをユ１４μｍ，溝６のピッチｐを−２０，ｃａ
ｍとすると、この場合の素子抵抗値ｒは約２倍になる。
としての層厚は約（ｔ−ｄ）となる．このためには溝６
のピツチｐはｒＳ厚ｔとほぼ同程度以下にする必要があ
る。また溝６の幅ｑぱ入射赤外線の吸収ロス等を防ぐ為
、その波長より小さくする必要がある．具体的な実施例
を上げると、８〜１４μｍ帯の赤外線検出素子において
、ＣｄＸ Ｈｇ＋−ｘ Ｔｅから成る化合物半導体基板
２の層厚ｔをミ２０μｍ、溝６の幅ｑをユ４μｍ１溝６
の深さｄをユ１４μｍ，溝６のピッチｐを−２０，ｃａ
ｍとすると、この場合の素子抵抗値ｒは約２倍になる。
また、上記実施例において、過剰キャリアの拡散長は約
５０μｍと層間ｔより大きいので、バイアス電流が流れ
にくい層間ｄの領域で赤外線吸収により発生した過剰キ
ャリアも、化合物半導体層２中でほぼ均一に拡散してバ
イアス電流の通路に到達し、出力信号に寄与できる。こ
れにより入射した赤外線に対する吸収率の損失を最小限
に抑えることができる。従って、例えば上述のように素
子の抵抗値ｒを２倍にしたときは、入射赤外線はほぼ完
全に吸収されているので吸収率を損なうことなく、惑度
も約２倍にまで大きくすることができる。
５０μｍと層間ｔより大きいので、バイアス電流が流れ
にくい層間ｄの領域で赤外線吸収により発生した過剰キ
ャリアも、化合物半導体層２中でほぼ均一に拡散してバ
イアス電流の通路に到達し、出力信号に寄与できる。こ
れにより入射した赤外線に対する吸収率の損失を最小限
に抑えることができる。従って、例えば上述のように素
子の抵抗値ｒを２倍にしたときは、入射赤外線はほぼ完
全に吸収されているので吸収率を損なうことなく、惑度
も約２倍にまで大きくすることができる。
この発明は以上に説明したとおり、受光面の化合物半導
体上に、バイアス電流の通路と垂直な方向にその深さが
上記化合物半導体の層厚より浅い複数の細い溝を設ける
ようにしたので、入射する赤外線に対する吸収率を損な
うことなく素子抵抗値を大きくでき、その結果、素子の
高感度化を図ることができる効果がある。
体上に、バイアス電流の通路と垂直な方向にその深さが
上記化合物半導体の層厚より浅い複数の細い溝を設ける
ようにしたので、入射する赤外線に対する吸収率を損な
うことなく素子抵抗値を大きくでき、その結果、素子の
高感度化を図ることができる効果がある。
第１図（ａ）， （ｂ）はそれぞれこの発明の一実施例
による赤外線検出装置の平面図，及び断面図、第２図（
ａ）， （ｂｌはそれぞれ従来の赤外線検出素子の平面
図，及び断面図である。 図において、１は基板、２は化合物半導体、３ａ，３ｂ
は電極、５はバイアス電流、６は溝である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。 第２図 ム
による赤外線検出装置の平面図，及び断面図、第２図（
ａ）， （ｂｌはそれぞれ従来の赤外線検出素子の平面
図，及び断面図である。 図において、１は基板、２は化合物半導体、３ａ，３ｂ
は電極、５はバイアス電流、６は溝である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。 第２図 ム
Claims (1)
- （１）高抵抗体の基板と、この基板上に形成した化合物
半導体と、この化合物半導体上に形成した一対の電極と
から成る赤外線検出素子において、前記化合物半導体上
の一対の電極で挟まれた領域に、電流通路と垂直な方向
にその深さが前記化合物半導体の層厚よりも浅い複数の
細い溝を設けたことを特徴とする赤外線検出素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058762A JPH02237171A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 赤外線検出素子 |
| GB8926897A GB2229574B (en) | 1989-03-10 | 1989-11-28 | An infrared detector |
| US07/459,302 US4973935A (en) | 1989-03-10 | 1989-12-28 | Infrared detector |
| FR9000031A FR2644294B1 (fr) | 1989-03-10 | 1990-01-03 | Detecteur infrarouge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1058762A JPH02237171A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 赤外線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02237171A true JPH02237171A (ja) | 1990-09-19 |
Family
ID=13093556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1058762A Pending JPH02237171A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 赤外線検出素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4973935A (ja) |
| JP (1) | JPH02237171A (ja) |
| FR (1) | FR2644294B1 (ja) |
| GB (1) | GB2229574B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022115786A (ja) * | 2021-01-28 | 2022-08-09 | ▲広▼州大学 | 微分変換型スペクトル光電検知器及びその製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110600578B (zh) * | 2019-09-05 | 2021-03-12 | 山东大学 | 一种双导通型碳化硅光导开关及其制备方法 |
| CN112614909B (zh) * | 2020-11-27 | 2022-12-27 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 光导开关器件 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2258958A (en) * | 1939-07-13 | 1941-10-14 | Bell Telephone Labor Inc | Conductive device |
| GB1546091A (en) * | 1975-02-28 | 1979-05-16 | Johnson Matthey Co Ltd | Thermometers |
| GB2027985B (en) * | 1978-07-31 | 1983-01-19 | Philips Electronic Associated | Infra-red detectors |
| DK79780A (da) * | 1980-02-25 | 1981-08-26 | Elektronikcentralen | Solcelle med et halvlederkrystal og med en belyst overflade batteri af solceller og fremgangsmaade til fremstilling af samme |
| US4400684A (en) * | 1981-08-31 | 1983-08-23 | Ford Motor Company | Fast response temperature sensor |
| US4478077A (en) * | 1982-09-30 | 1984-10-23 | Honeywell Inc. | Flow sensor |
| FR2577668B1 (fr) * | 1985-02-15 | 1987-03-20 | Centre Nat Rech Scient | Procede de realisation d'un detecteur photoelectrique du type photoresistance de grande sensibilite |
| JPS6286878A (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-21 | Nec Corp | 光検出器の製作方法 |
| JPS6490569A (en) * | 1987-10-01 | 1989-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | Photodetector |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1058762A patent/JPH02237171A/ja active Pending
- 1989-11-28 GB GB8926897A patent/GB2229574B/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-28 US US07/459,302 patent/US4973935A/en not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-01-03 FR FR9000031A patent/FR2644294B1/fr not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022115786A (ja) * | 2021-01-28 | 2022-08-09 | ▲広▼州大学 | 微分変換型スペクトル光電検知器及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2644294A1 (fr) | 1990-09-14 |
| GB2229574B (en) | 1993-06-30 |
| FR2644294B1 (fr) | 1997-07-04 |
| GB8926897D0 (en) | 1990-01-17 |
| US4973935A (en) | 1990-11-27 |
| GB2229574A (en) | 1990-09-26 |
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