JPH033268A - 赤外線撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

赤外線撮像装置及びその製造方法

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JPH033268A
JPH033268A JP1138591A JP13859189A JPH033268A JP H033268 A JPH033268 A JP H033268A JP 1138591 A JP1138591 A JP 1138591A JP 13859189 A JP13859189 A JP 13859189A JP H033268 A JPH033268 A JP H033268A
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/18Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H10F39/184Infrared image sensors

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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は赤外線撮像装置及びその製造方法に関し、特
に大気の窓となっている波長8〜12μm帯の赤外線検
出素子及びその製造方法と、この撮像素子を用いた撮像
装置の構成に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に光子1個のエネルギーとその波長との間には以下
のような関係があり、エネルギーバンドギャップEg 
(eV)を有する半導体材料は次式で求められる波長λ
 (μm)帯の光を惑じることができる。
Eg 従来、波長8〜12μm帯の赤外線を吸収する半導体材
料としては、バンドギャップEgがおよそQ、1eVで
あるHgo、s Cd@4 T6があった。しかしこの
材料はHgが蒸気圧が高い揮発性の物質であるため10
0℃前後で蒸発してしまい、結晶成長の面でも、又ウェ
ハプロセスの面でも取り扱いが難しく技術の発展が阻害
され、このため、連像素子としては画素数が限られて(
るなど依然としてその製作上の困難性が解消されていな
い点で問題がある。
これに対して、近年m−v族の化合物半導体であるGa
As材料を基盤とする材料の研究が進んでいる。そして
、上述のHgcdTsの感度に対抗し得る感度を有する
ものとして、多重量子井戸(Multi Quantu
m Well ;以下、MQWと称す)型の赤外線検出
素子が新しい可能性を拓くものとして期待されている。
第8図は例えばアプライド フィジックス レターズ、
50巻、16号、1987年4月、109 2〜1 0
 9 4 頁 (八pp1.  Phys、  Let
t、;   50巻、16号、^pri11987年、
 p 1092−1094 )に示されたMQW型赤型
線外線検出素子す断面図である。図において、1は半絶
縁性CaAs基板、2は半絶縁性GaAs基板1上にエ
ピタキシャル成長により1μm程度に形成されたn” 
−GaAsコンタクト層、3はAji!GaAs−Ga
AsMQW構造である。ここで、AjICaAs−Ga
AsMQW構造3は例えば厚み40人のCaAs量子井
戸層3aが厚み300人のAj’。、s+Gao、bq
As障壁層3bに挟まれた単一の量子井戸が50ケある
多重量子井戸構造と呼ばれているもので、その全体の厚
みは1.73μmである。これはn” =GaAs2上
&: M OCV D法、あるいはMBE法により形成
される。また、4はn” −GaAsコンタクト層、1
2.14は電極、21は半絶縁性GaAs基板lを主面
と45@の角度で斜め研磨して形成した赤外線入射窓、
31は波長8〜12μm帯の赤外線、27は赤外線検出
素子である。
ところで、n=1の基底状態はGaAs量子井戸3aの
中央にピークをもつ電子分布であるのに対し、n=2の
励起状態はAlGaAs障壁層3bとの界面付近にピー
クをもつ電子分布に変化する。従って、光学的遷移によ
り層と垂直な方向に双極子モーメントが生じる。ここで
、電磁波(赤外線)の電界のうち、双極子モーメントと
相互作用するのはこの双極子モーメントと平行な電界成
分のみである。ところが、MQW構造3に垂直に入射し
た赤外線の電界は入射方向と垂直な方向。
すなわちMQW層3に対しては平行となり、垂直な電界
成分はないので双極子モーメントと相互作用せず、光の
吸収は生じない。従って、MQW層3で入射光の吸収を
生じさせるためには赤外線は層に対して平行あるいは斜
めに入射させる必要がある。しかしながら、MQW法3
に対して赤外線を平行に入射させるためには基板1の側
面から入射させなければならず、素子を集積化する際に
障害となり問題があった。この理由のため第8図の素子
では基板1を45°に研磨して、赤外線入射窓21より
赤外線31を斜めより入射させるようにしている。とこ
ろで、空気の屈折率n1が1であるのに対し、半導体の
屈折率n2は4程度と非常に高い、このため、入射窓2
1に対しあらゆる方向から入射した赤外131は屈折に
より研摩面に対してほぼ垂直に入射するようになる。従
って、MQW層3に対しては456で入射することとな
り、入射した光の約半分が層3の双極子モーメントと平
行な電界成分を持つことから、入射した光量の約半分を
吸収するようになる。
次にこのMQW型赤型線外線検出素子作について説明す
る。
第9図にAjICaAs−1caAsMQW構造3のエ
ネルギーバンドダイヤグラムを示す。ここではMQW構
造3に電界がかかった状態を示している。電子はGaA
s量子井戸3a付近に局在し、そのエネルギーは量子化
され、とびとびのエネルギーをもつようになる。そのエ
ネルギーはCaAS伝導帯の底を基準にして概路次の式
で与えられる。
ここで、nは1,2.3.4.・・・の整数であり、h
はブランクの定数、m*は有効質量、LwはGaAs量
子井戸層3aの厚みである。n゛=1は基底状態であり
、n=2の励起準位はAjiGaAa層3bの伝導帯と
重なるようにGaAs量子井戸層の厚みLwを選んであ
る。n=1の状態からn=2の状態への励起エネルギー
ΔEは約0.1e■である。即ち、波長10μm帯の赤
外線の入射によりn=1からn=2への光学的遷移が生
じ、赤外線が吸収される。励起された電子は電界によっ
てAllGaAs−GaAsMQW構造3を動けるよう
になり電気伝導に寄与する。第8図の赤外線検出素子は
赤外線吸収によるこの伝導度の変化を利用した光導電型
赤外線検出素子である。
ここで、第8図の赤外線検出素子の抵抗の変化を検知す
るためのバイアス回路を第10図に示す。
上述のように赤外線検出素子27は光導電型の素子であ
り、光が入射すると結晶の抵抗率が変化する。そこで、
電圧源29と直列に素子27の抵抗に比べて充分に高い
抵抗28を接続して一定の電流を流し、端子aoa、3
0b間の電位の変化を測定することにより赤外線検出素
子に入射した光量を検知することができる。
〔発明が解決しようとする課題〕 従来のMQW型赤型線外線検出素子上のように構成され
ているので、光の吸収を生じさせるためには赤外131
を基板1を斜めに研磨した赤外線入射窓21から入射さ
せねばならず、赤外線入射を半導体主面又は裏面から行
なうことができず、たくさんの素子を集積して撮像素子
を構成するには極めて不便である。また、従来の赤外線
検出素子は光導電型素子であるため、検知するためはバ
イアス回路などを必要とし、回路が複雑となり、撮像回
路を構成するには不向きであるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、赤外線入射を半導体主面又は裏面より行なう
ことができるとともに、pin構造の光起電力型素子と
して撮像回路との整合性に優れた赤外線撮像装置及びそ
の製造方法を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る赤外線撮像装置は、A exG a +−
xAs層にはさまれた複数のA 12 G a I−y
 A ”量子井戸層(x>y)から成る多重量子井戸構
造(以下Aj!GaAs−MQW構造と呼ぶ)をi層と
し、これをはさむp−Alx Ga、−yAsJiおよ
びn  A 12 X G a l−1f A 3層と
で構成される波長が8〜12μm帯の赤外線を検出する
pin型の赤外vA検出素子を含むものである。
また、本発明に係る赤外線撮像装置は、波長が8〜12
μm帯の赤外線を検出するAllGaAs−MQW構造
をi層としたpinダイオードとGaAsFETのソー
スをn型のイオン注入層で結合して集積化したものを一
つの画像ユニットとして含むものである。
また、本発明に係る赤外線撮像装置は、GaAs基板表
面に形成した主面とは45゜±156の角度をなしてい
る複数のファセット面上に、波長が8〜12μm帯の赤
外線を検出するAJGaAs−MQW構造をi層とした
pinダイオードを構成し、基板の表面あるいは裏面か
ら赤外線を入射させるようにしたものである。
また、本発明に係る赤外線撮像装置の製造方法は、Ga
As (100)基板表面上に(011)方向にのびた
断面が■字形の複数の溝をエツチングして形成し、主面
とは45″±15°の角度をなす複数のファセット面上
にMBEJPMOCVD法によりエピタキシャル成長し
てファセット面上沿って波長が8〜12μm帯の赤外線
を検出するAllGaAs−MQW構造をi層としたp
in構造を形成してなる赤外線検出素子の製造方法を含
むものである。
また1本発明に係る赤外線撮像装置は、GaAs基板表
面に形成した主面とは45゜±15″の角度をなしてい
る複数のファセット面上に、波長が8〜12μm帯の赤
外線を検出するAIGaA!l−MQW構造をi層とし
たpinダイオードを構成するとともに、pinダイオ
ードのn層とGaAsFETのソースをn型のイオン注
入層とを結合して集積化したものを一つの画像ユニット
とし、基板の表面または裏面から赤外線を入射させるよ
うにしたものである。
また、さらに本発明に係る赤外線撮像装置は、波長が8
〜12μm帯の赤外線を検出するAIGaAs−MQW
構造を1層としたpinダイオードとGaAsFETの
ソースをn型のイオン注入層で結合して集積化したもの
を一つの画像ユニットとして形成するとともに、GaA
s基板の裏面に主面とは45゜±15″の角度をなす複
数のファセット面を形成し、裏面斜めより赤外線を入射
させるようにしたものである。
〔作用〕
この発明の赤外線撮像装置の赤外線検出素子は、GaA
s半導体基板の主面に形成した主面とは45゜±15″
の角度をもつ斜めのファセット面上にAj!GaAs−
MQW構造の層を設けた構成では、赤外線を主面又は裏
面から垂直に入射させることができるとともに、GaA
s半導体基板の主面にAIGaAs−MQW構造の層を
形成し、かつ基板の裏面に主面とは45゜±15°の角
度をなす複数のファセット面を形成した構成では、裏面
斜めより赤外線を入射させることができるようになり、
両構造ともに基板の表面あるいは裏面から赤外線を入射
できるので、素子を集積化して撮像素子を構成するのが
極めて容易となる。又、AIGaAs−MQW構造をi
層としたpin型の光起電力型の赤外線検出素子とした
ので、半絶縁性GaAs基板上に、該検出素子とGaA
s FETとをFETのソースと素子のn型のイオン注
入層とを結合して一画素としてモノリシックに集積化す
ることができ、検出素子とGaAsFETよりなる走査
回路を簡単に構成することができる。
また、本発明の赤外線撮像装置の製造方法によれば、G
aAs  (100)基板表面上に(011)方向にの
びた断面がV字形の複数の溝をエツチングにより形成し
、主面とは45″±15@の角度をなす複数のファセッ
ト面上にMBEやMOCVD法によりエピタキシャル成
長してAIGaAs−MQWII造を含むpin構造を
形成するようにしたので、ファセット面に沿って平行度
のすぐれたGaAs−MQW構造が形成できるとともに
、赤外線を基板の表面あるいは裏面か6入射させること
ができる素子構造を提供できる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図(a)、 (b)はこの発明の一実施例による赤
外線撮像装置の赤外線検出部を示す断面図である。
第1図(blにおいて、1は半絶縁性GaAs基板、1
01は半絶縁性GaAs基板l上に形成した主面とは4
5°の角度をもった複数の斜めの面(以下、ファセット
面と称す)、2はファセット面lO1を含むGaAs基
板1にn型不純物をイオン注入して形成したn”−Ga
As層、3゛はファセット面101上にMBEやMOC
VDなどのエピタキシャル法で形成したGaAs−Al
GaAs1l子井戸構造を含むpin構造部、5はこの
上にさらにエピタキシャル成長させたp” −GaAs
オーミック層、15はp型オーミック電極、31は波長
8〜12μm帯の赤外線である。
また、第1図(a)は第1図中)のpin構造部3′を
詳細に示した図であり、301はn  Aj!o、:+
Gao、t AsJi、 303はp Alo、x G
ao、rAs層、302は40人のGaAs層と300
人のA ’ 0.3 G a o、t A s層が交互
に50周期繰り返されたMQW層である。このような構
造が作製可能であることは第2図に示す実験で明らかと
なった。
即ち、第2図(al〜(diは第1図の赤外線検出部の
製造方法を示す各主要工程の図であり、図において、第
1図と同一符号は同一部分を示し、1aは半導体基板1
の(100)主面、20は窒化シリコンのマスクである
まず、第2図(a)に示すように、半絶縁性GaAs基
板1の(100)主面la上にCVD法により窒化シリ
コンを0.2μm程度堆積し、この膜を写真製版、プラ
ズマエツチングし、(011)方向に10μm幅のスト
ライプ状に窓開けされたエツチングマスク20を形成す
る。
次に’M2図(b)に示tようにHz SOa  : 
Hz Ox:H20=5:1:1の硫酸系のエツチング
液でGaAs基板1をエツチングするとV字状の溝が形
成される。溝の側面は(111〕A面となり、(100
)主面と側面のなす角はおよそ54.7”となる。
次に第2図(C1に示すように残りのSt、N4膜を除
去し、結晶成長装置の中に入れる。実際の成長の前の加
熱で溝の形状は変化し、(100)主面となす角が45
″±15°の平らな側面が形成される。
この上に第2図(dlに示すように、MOCVD(Me
tal−Organic CVD)の典型的な成長条件
、例えば気体原料にトリメチルGa  (TMG)、ア
ルシン(AsH=)、トリメチルAI (TMAjりを
用い、0.1気圧、750℃で、順次n −A l 0
゜3 Ga6.7 As層301.40人のGaAs層
と300人のA f 6.x G a 11.? A 
5層を交互に50周期繰り返して形成したMQW構造の
1i302゜及びp−AlG、3 Gao、yAs層3
03を成長させ、基板1の面に沿った形で、即ち、(1
00)主面と溝の側面の(111) A面上の成長速度
が同一となるように各層を形成する。この方法ではMQ
W構造302のように極めて薄い層を含むの場合でも異
常成長が生じることなく、各層は平行度良く形成される
なお、上記の各層の成長にはM B E (Molec
ularBeam Epttaxy)法を用いてもよく
、この場合には例えば、基板の加熱温度600°Cで1
0−10TorrAs/Ca=10の条件で形成すると
上記MOCVD法と同様に平行度の良い層が形成される
次に動作について説明する。
第3図は本発明によるpin光起電力形赤外線検出素子
のバンドダイヤグラムを示す。赤外線入射によって量子
井戸のn−1の基底状態にある電子はn=2の連続的な
励起状態に光学的遷移が生じ、励起された電子はMQW
層302から成るi層にかけられた電界によってn −
A IQ a A 9層301の方向に移動する。この
ことによりpinダイオードに光起電力が生じ、光電流
が流れる。
このようにpinダイオードをGaAs基板1の主面と
は45゜±15°の角度をなすファセット面上に平行度
よく形成するようにしたので、赤外線入射を半導体主面
又は裏面より行なうことができるようなる。また、赤外
線検出素子をpin構造の光起電力型素子としたので、
赤外線撮像回路との整合性を図ることができる。
次に上記pin構造の光起電力素子を用いた赤外線↑最
像装置の構成を第4図に示す。図において、21は水平
シフトレジスタ、22は垂直シフトレジスタ、23は電
池、24は信号出力端子、25は一画素、40はpin
フォトダイオード、50はGaAsMES電界効果トラ
ンジスタである。
1画素25は1つのpinフォトダイオード40と1つ
のGaAsMESFET50で構成され、赤外線入射に
より発生したキャリアをpinダイオード40に蓄積し
、GaAsFET50をスイッチングトランジスタとし
て各画素の情報を順次読み取ることで赤外線画像が得ら
れる。
次に、このpinフォトダイオード40とGaAsME
SFET50とを集積した一画素の構成例を第5図に示
す。図において、1は半絶縁性GaAs基板、2はn型
イオン注入層、3゛はMQW層を含むpinダイオード
部、5はp−GaAs層、15はp型電橋、8はショッ
トキ接触型のゲート電橋、9はオーミック性のドレイン
電極、11は反射防止膜、31は赤外線である。
この製造方法は、まず、第6図+alに示すようにQ、
5mmの厚さを有する半絶縁性GaAs基板1の(10
0)主面上のうち、pinフォトダイオード40の形成
部分に上述の第2図(a)、 (b)で示した方法で(
111〕A面を側面とする7字型の溝を形成する。その
後、基板全面にSiイオンを注入することにより0.2
μmのn型の活性層2を形成し、GaAs FET50
形成部の所定の部分に例えばタングステンシリサイド(
WSi)等の高融点金属、あるいはAlxGa、Au/
Mo等の金属を0.5μm程度蒸着し、ショットキー接
合型のゲート電極8を形成する。
次にゲート電極8の側壁にサイドウオールとしてs i
ox等の絶縁膜を形成し、さらにゲート電極8とサイド
ウオールをマスクとしてStイオンを基板全面に注入し
てn型イオン注入層2を形成し、その後、サイドウオー
ルを除去し、pinフォトダイオード形成部40を残す
基板の表面を覆うように絶縁膜26を形成する。
そして、上述の第2図(dlに示した方法と同様に、M
OCVD法あるいはMBE法によりV字型の溝に順次、
n−AJ2@、3Gao、t AS層301.40人の
GaAs層と300人のAlo、x Gao、qAs層
を交互に50周期繰り返して形成したMQW構造の層3
02.及びp  Alo、x Gao、r AS層30
3からなるpin構造部3゛とp” −GaAs層5を
順次平行度よく成長させ、基板1の面に沿った形で各層
を形成する。
次に、絶縁膜26を除去したのち、p” −GaAs層
5上に例えば、A u / T iよりなるp型電橋1
5を形成するとともに、GaAsFET形成部50のn
型活性層2上の所定の部分に例えば、A u  (50
00人)/A u −G e  (1000人)/N 
i (200人)からなるドレイン電極9を形成し、そ
の後アニルを施すことによりオーミック性の電極とする
そして、基板1の裏面にその屈折率をnとした場合、λ
/ 4 nの膜厚を有する、即ち最小の反射率を有する
Zn5eなどからなる反射防止膜11を形成する。
このような構成では、pinダイオード40のn” −
GaAslliがGaAsFET50のソースにn型イ
オン注入層で結ばれている構造をとなっているので、ソ
ース電極は不要である。
なお、このように集積化された一画素を第4図に示した
回路構成で動作させ、赤外線撮像装置として使用する場
合、pinフォトダイオードに逆バイアスをかけて低温
動作をさせているが、長時間の使用によりMQW層30
2の電子がなくなると光の吸収が起こらなくなり、pi
n型光起電力素子は動作しなくなる。しかし、この問題
は第4図に示した電池23を動作時と逆方向に接続し、
pinフォトダイオードを順バイアスとして、周期的に
初期化を行なうことで解消されるので問題はない。また
、この初期化の方法は他にもあり、pinフォトダイオ
ードにレーザ光等の光を照射し、価電子帯から導電帯に
電子を供給す′るようにしてもよい。
このような上記実施例では、半絶縁性GaAs基板1上
にMQW層302を1層とするpinフォトダイオード
を選択的にエピタキシャル成長させて形成するとともに
、GaAsFETを形成し、これを赤外線撮像装置を構
成する一画素としたので、赤外線検出素子と駆動回路を
GaAs基板1上にモノリシックに集積化することがで
きるようになり、画素数を多くできるとともに解像度の
良い赤外線撮像装置を形成できる。
また、上記実施例ではpinダイオード40をGaAs
基板1の主面とは456±156の角度をなすファセッ
ト面上に形成した場合について説明したが、これは本発
明の他の実施例として第7図に示すように基板裏面に4
5″±15″の角度をなすファセット面101を形成し
、赤外線31を斜めより入射させるようにした赤外線撮
像装置であってもよく、この場合においても上記実施例
と同様にMQW層302には光は45度の角度で入射す
るようになるので、光の吸収が有効に生じ、上記実施例
と同様の効果を奏する。
なお、上記実施例はtU−V族化合物半導体として、A
 I G a A s / G a A s系をものを
用いて説明を行ったが、これはInGaAsP/InP
系のもの、またはI n G a A I A s /
 I n P系のもの等、他のm−v族化合物半導体を
用いるようにしてもよく、この場合においても上記実施
例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果] 以上のように、この発明によれば、赤外線イ★出部分は
半絶縁性GaAs基板の主面に主面とは45度±15″
の句境を持つ断面がV字型のファセット面を多数形成し
、その面上にAj2GaAsMQW構造を形成した構成
としたので、赤外線を基板の表面あるいは裏面から垂直
に入射させることができるようになり、多数の素子を集
積化して↑層像素子を形成するのが極めて容易となる。
また、この発明によれば、半絶縁性GaAs基板表面に
AIGaAs−MQW構造の層を形成し、かつ基板の裏
面に主面とは45゜±15°の角・度をなす複数のファ
セット面を形成するようにしたので、裏面斜めより赤外
線を入射させることができるようになり、上記の構成と
同様に素子を集積化して撮像素子を構成するのが容易と
なる効果がある。
また、この発明の赤外線撮像装置の製造方法によれば、
GaAs (100)基板表面上に(011)方向にの
びた断面が■字形の複数の溝をエツチングにより形成し
、主面とは45゜±15″の角度をなす複数のファセッ
ト面を設け、この面上に沿ってMBEやMOCVD法に
よりエピタキシャル成長してAIGaAs−MQW構造
を含むpin構造を形成するようにしたので、平行度の
高いMQW層を精度よく形成できるとともに赤外線を基
板に対して垂直に入射させることができる赤外線検出素
子の構造を提供できる効果がある。また、この発明によ
れば、GaAs基板上にMQW構造を1層としたpin
フォトダイオードと、該pinフォトダイオードのn層
をそのソース領域とするGaAsFETとを形成し、こ
れを赤外線撮像装置を構成する一画素としたので赤外線
検出素子と駆動回路をGaAs上にモノリシックに集積
化することができ、画素数が多く、解像度の良い8〜1
0μm帯の赤外線撮像装置を安価に得られる効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による赤外線撮像装置の光起
電力型赤外線検出素子の断面図、第2図(al〜(d)
は第1図の素子の製作に要する結晶成長プロセスの各主
要工程を示す図、第3図は本発明の一実施例による赤外
線撮像装置のpin型光起電力素子の動作原理を説明す
るバンドダイヤグラムを示す図、第4図は本発明の一実
施例による赤外線撮像装置の回路構成を示す図、第5図
は本発明の一実施例による赤外線撮像装置のpinダイ
オードとGaAsFETを集積化した一画素の構成を示
す図、第6図(a)〜[d)は第5図のpinダイオー
ドとGaAsFETを集積化した一画素の製造方法を示
す各主要工程を示す図、第7図は本発明の他の実施例に
よる赤外線撮像装置の一画素の構成を示す図、第8図は
従来の多重量子井戸を用いた光導電型赤外線検出素子の
断面図、第9図は従来の赤外線検出素子の動作原理を説
明するバンドダイヤグラムを示す図、第10図は従来の
赤外線検出素子を用いて撮像回路を構成した時の簡単な
°回路図である。 図中、1は半絶縁性GaAs基板、1aはGaAsの(
l OO)主面、2゛ 2はn型イオン注入層、101
はファセット面、3′はpinダイオード部、301は
n−Aj!GaAs層、302はMQWJl!、3aは
GaAs量子井戸層、3bはAj!GaAs障壁層、3
03はp−Aj!GaAs層、5はp”−C;aAs層
、8はゲート電橋、9はドレイン電極、11は反射防止
膜、15はp型オーミック電橋、20は窒化シリコン膜
、21は水平シフトレジスタ、22は垂直シフトレジス
タ、23は電池、24は信号出力端子、25は一画素、
26は絶縁膜、31は赤外線、40はpinフォトダイ
オード、50はGaAs電界効果トランジスタである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)波長が8〜12μm帯の赤外線を検出するpin
    型構造の赤外線検出素子を含む赤外線撮像装置において
    、 上記pin型構造を、 Al_xGa_1_−_xAs層に挟まれた複数のAl
    _yGa_1_−_yAs量子井戸層(但し、x>y)
    からなる上記i層としての多重量子井戸層と、 該i層を挟むように設けたp型Al_xGa_1_−_
    xAs層およびn型Al_xGa_1_−_xAs層と
    から構成したことを特徴とする赤外線撮像装置。
  2. (2)波長が8〜12μm帯の赤外線を検出する複数の
    画像ユニットを含む赤外線撮像装置において、 上記複数の画像ユニットの個々の画像ユニットを、pi
    n型構造の赤外線検出素子と、該素子のn層をそのソー
    ス領域として同一基板上に形成した、上記素子に蓄積さ
    れた電荷を転送するGaAs電界効果トランジスタとか
    ら構成するとともに、上記pin型構造を、 Al_xGa_1_−_xAs層に挟まれた複数のAl
    _yGa_1_−_yAs量子井戸層(但し、x>y)
    からなる上記i層としての多重量子井戸層と、 該i層を挟むように設けたp型Al_xGa_1_−_
    xAs層およびn型Al_xGa_1_−_xAs層と
    から構成したことを特徴とする赤外線撮像装置。
  3. (3)基板上に構成した、波長が8〜12μm帯の赤外
    線を検出する赤外線検出素子を有する赤外線撮像装置に
    おいて、 上記赤外線検出素子を、 上記基板の表面に該表面と45゜±15゜の角度をなす
    複数のファセット面を形成し、該ファセット面に沿って
    pin型構造を配置してなるものとし、 該pin型構造を、 Al_xGa_1_−_xAs層に挟まれた複数のAl
    _yGa_1_−_yAs量子井戸層(但し、x>y)
    からな る上記i層としての多重量子井戸層と、 該i層を挟むように設けたp型Al_xGa_1_−_
    xAs層およびn型Al_xGa_1_−_xAs層と
    から構成し、 上記基板の表面または裏面から赤外線を入射させるよう
    にしたことを特徴とする赤外線撮像装置。
  4. (4)半絶縁性GaAs基板上に、波長が8〜12μm
    帯の赤外線を検出するpin型構造を配置してなる赤外
    線検出素子の製造工程を含む赤外線撮像装置の製造方法
    において、 上記赤外線検出素子の製造工程は、 エッチングにより上記基板の(100)主面上に〔01
    @1@〕方向にのびた、上記主面とは45゜±15゜の
    角度をなすV字形の断面を有し、そのファセット面を〔
    111〕A面とする複数の溝を形成する工程と、 上記複数のファセット面上に、MOCVD法、あるいは
    MBE法により、n型Al_xGa_1_−_xAs層
    、Al_xGa_1_−_xAs層に挟まれた複数のA
    l_yGa_1_−_yAs量子井戸層(但し、x>y
    )からなる上記i層としての多重量子井戸層、及びp型
    Al_xGa_1_−_xAs層を順次平行度よくエピ
    タキシャル成長させ、上記pin型構造を形成する工程
    とからなることを特徴とする赤外線撮像装置の製造方法
  5. (5)波長が8〜12μm帯の赤外線を検出する複数の
    画素ユニットを含む赤外線撮像装置において、 上記複数の画素ユニットの個々の画像ユニットを、その
    表面に該表面と45゜±15゜の角度をなす複数のファ
    セット面を有する半絶縁性GaAs基板上に、該ファセ
    ット面に沿ってpin型構造を形成してなる赤外線検出
    素子と、該素子のn層をそのソース領域として同一基板
    上に形成され、上記素子に蓄積された電荷を転送するG
    aAs電界効果トランジスタとから構成するとともに、
    上記pin型構造を、 Al_xGa_1_−_xAs層に挟まれた複数のAl
    _yGa_1_−_yAs量子井戸層(但し、x>y)
    からなる上記i層としての多重量子井戸層と、 該i層を挟むように設けたp型Al_xGa_1_−_
    xAs層およびn型Al_xGa_1_−_xAs層と
    から構成し、 さらに上記基板の表面あるいは裏面から赤外線を入射さ
    せるようにしたことを特徴とする赤外線撮像装置。
  6. (6)波長が8〜12μm帯の赤外線を検出する複数の
    画素ユニットを含む赤外線撮像装置において、 上記複数の画素ユニットの個々の画像ユニットを、半絶
    縁性GaAs基板の表面にpin型構造を形成してなる
    赤外線検出素子と、該素子のn層をそのソース領域とし
    て同一基板上に形成され、上記素子に蓄積された電荷を
    転送するGaAs電界効果トランジスタとから構成する
    とともに、上記pin型構造を、 Al_xGa_1_−_xAs層に挟まれた複数のAl
    _yGa_1_−_yAs量子井戸層(但し、x>y)
    からなる上記i層としての多重量子井戸層と、 該i層を挟むように設けたp型Al_xGa_1_−_
    xAs層およびn型Al_xGa_1_−_xAs層と
    から構成し、 さらに上記基板の裏面に主面とは45゜±15゜の角度
    をなす複数のファセット面を設け、 上記基板の裏面に斜めより赤外線を入射させるようにし
    たことを特徴とするとする赤外線撮像装置。
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