JPH0436470B2 - - Google Patents

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JPH0436470B2
JPH0436470B2 JP57195441A JP19544182A JPH0436470B2 JP H0436470 B2 JPH0436470 B2 JP H0436470B2 JP 57195441 A JP57195441 A JP 57195441A JP 19544182 A JP19544182 A JP 19544182A JP H0436470 B2 JPH0436470 B2 JP H0436470B2
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外線用撮像デバイスに使用せるモ
ノリシツク赤外線電荷転送素子に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来、３〜5μm帯赤外線電荷転送素子について
はモノリシツクシリコンシヨツトキ形赤外線電荷
転送素子がほぼ唯一のモノリシツク形として開発
されてきている。
〔発明が解決しようとする課題〕
一方、もう一つの重要な８〜14μm帯において
は、テルル化水銀カドミウム（Hg1-xCdxTe；ｘ
〜0.2）およびテルル化鉛スズ（Pb1-xSnxTe；ｘ
〜0.2）が８〜14μm帯赤外線の検出能が大きいこ
とから、有望視されている。しかしながら、上記
テルル化水銀カドミウム、テルル化鉛スズは材料
的に、従来、半導体工業の中で用いられてきたシ
リコン（Si）、砒化ガリウム（GaAs）と比べ未
確立で、特にテルル化水銀カドミウムは熱的およ
び機械的に極めて弱く、またテルル化鉛スズはそ
の誘電率が極めて大きいため、電荷転送素子
（CCD）の製作が困難でかつその転送特性が悪
く、モノリシツク赤外線電荷転送素子は実現され
ておらず、赤外線検出素子としてのみ用いられて
きた。このため、例えばテルル化水銀カドミウム
赤外線検出素子とシリコン電荷転送素子をハイブ
リツドに結合する試みがなされている。しかしな
がら、上記ハイブリツド方式では、赤外線検出素
子とを電気的に接続しなければならず、その接続
の煩雑さを招いたり、また上記接続による寄生容
量、寄生インダクタンスが生じて特性上好ましく
ないという欠点があつた。
本発明は、上記のような問題点を解決するため
になされたものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る赤外線電荷転送素子は、半導体基
板上の砒化ガリウムまたはシリコンからなる第１
の半導体層を有して電荷転送素子を形成すると共
に、上記第１の半導体層の所定領域上これと隣接
してテルル化カドミウムまたはアンチモン化イン
ジユームからなる第２の半導体層を設け、この上
にテルル化水銀カドミウムまたはテルル化鉛スズ
を用いた赤外線検出素子を形成したものである。
〔作 用〕
本発明に係る赤外線電荷転送素子では、上記の
手段の項に記載したように構することにより、モ
ノリシツクに集積化することが容易であり、しか
も赤外線検出素子部分に結晶欠陥を生じないの
で、赤外線に対して高感度かつ転送効率の高いモ
ノリシツク赤外線電荷転送素子が得られる。
〔実施例〕
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明によるモノリシツク赤外線電荷
転送素子の一実施例を示す主要断面図、第２図は
その平面図である。ここでは、赤外線検出部をテ
ルル化水銀カドミウム、電荷転送部を砒化ガリウ
ムとして一つのエレメントを構成した場合を示
し、１は半絶縁性砒化ガリウム基板、２は半絶縁
性砒化ガリウム基板１上に形成されたｎ形砒化ガ
リウム層、３はｐ形砒化ガリウム層もしくは半絶
縁性砒化ガリウム層、４はトランスフアゲート、
５は電荷転送ゲート、６は絶縁膜、７は電荷転送
ゲート５を制御する信号ラインであつて、７ａ，
７ｂ，７ｃ，７ｄはそれぞれ第１相、第２相、第
３相、第４相の信号ラインである。８は前記信号
ライン７と電荷転送ゲート５とそれぞれ絶縁膜６
を介して電気的に接続するためのコンタクトホー
ル、９はｎ形砒化ガリウム層２上に形成されたｎ
形テルル化カドミウム層、１０はｎ形テルル化水
銀カドミウム層、１１はｐ形テルル化水銀カドミ
ウム層、１２はｐ形テルル化水銀カドミウム層１
１とオーム接触をとる電極である。
しかして、かかる構造の素子を製作するには、
まず半絶縁性砒化ガリウム基板１に、例えばシリ
コン原子、ベリリウム（Be）原子の選択的イオ
ン注入によつてそれぞれｎ形砒化ガリウム層２、
ｐ形砒化ガリウム層３を形成する。その後、真空
蒸着法、写真製版法などによつてｎ形砒化ガリウ
ム２上に所定の形状をもつたアルミニウム（Al）
シヨツトキバリヤによるトランスフアゲート４お
よび電荷転送ゲート５を形成する。次に、例えば
プラズマCVD法による窒化シリコン（Si3N4）の
絶縁膜６を形成し、該絶縁膜６を写真製版法によ
つて所定の形状とする。更に、真空蒸着法および
写真製版法などによつてアルミニウム（Al）か
らなる信号ライン７を所定の形状に形成し、この
信号ライン７と前記電荷転送ゲート５をコンタク
トホール８を介して電気的にそれぞれ接触され
る。
かかる工程によつて砒化ガリウムを用いた電荷
転送素子が形成される。次に、赤外線検出部の工
程について述べる。
上記電荷転送素子がその上に形成された半絶縁
性砒化ガリウム基板１は、例えば分子線エピタキ
シヤル成長法および写真製版法などにより、ｎ形
砒化ガリウム層２上にｎ形テルル化カドミウム層
９、ｎ形テルル化水銀カドミウム層１０、ｐ形テ
ルル化水銀カドミウム層１１を選択的に形成す
る。次に、真空蒸着法、写真製版法によつて金
（Au）の電極１２をｐ形テルル化水銀カドミウム
層１１の上に形成する。これによつて、電荷転送
素子の形成された半絶縁性砒化ガリウム基板１を
含むｎ形砒化ガリウム層２上には、ｎ形テルル化
カドミウム層９とｎ形テルル化水銀カドミウム層
１０およびｐ形テルル化水銀カドミウム層１１か
らなる赤外線検出素子が形成される。これによ
り、前記赤外線検出素子と電荷転送素子がモノリ
シツクに集積化された赤外線電荷転送素子を製作
することができる。
かかる構造の素子では、半絶縁性砒化ガリウム
基板１、ｎ形砒化ガリウム層２およびｎ形テルル
化カドミウム層９のバンドキヤツプがｎ形テルル
化水銀カドミウム層１０、ｐ形テルル化水銀カド
ミウム層１１より大きいため、符号２０で示す被
写体からの赤外線を半絶縁性砒化ガリウム基板１
側から受けることができる。そのため、この入射
した赤外線によつてｎ形テルル化水銀カドミウム
層１０とｐ形テルル化水銀カドミウム層１１との
間に電荷が蓄積され、トランンスフアーゲート４
を開とすれば、上記電荷が電荷転送ゲート５の下
のｎ形砒化ガリウム層２に送り込まれ、次いで信
号ライン７の信号によつて転送される。したがつ
て、この転送された電荷を外部回路（図示せず）
にて取り出すことにより、被写体から放射される
赤外線量に応じた電気信号を取り出すことができ
る。
なお、ｐ形もしくは半絶縁性砒化ガリウム層３
は隣接する素子どうしの素子間分離および所望の
電荷転送ゲート５下のｎ形砒化ガリウム層２に電
荷を転送するために設けられたもので、その障壁
の働きを有している。
このように上記実施例によると、電荷転送素子
が形成されたｎ形砒化ガリウム層２上に、テルル
化水銀カドミウムを分子線エピタキシヤル法など
により成長させて赤外線検出素子を形成すること
により、この赤外線検出素子と前記電荷転送素子
がモノリシツクに集積化された赤外線電荷転送素
子を容易に製作することができる。また、前記赤
外線検出素子は赤外線検出能の大きいテルル化水
銀カドミウムからなるため、赤外線量に対する検
出感度が高くなるとともに、砒化ガリウムによる
電荷転送素子の転送効率が高くなる。しかも、上
記ハイブリツト方式に比して、各々の素子の電気
的な接続が不要になるので、その寄生容量、寄生
インダクンスの影響もなくなり、素子の特性を著
しく向上させることができる。
なお、上述の実施例では半絶縁性砒化ガリウム
基板１を用いたが、本発明は、電荷転送素子が形
成できる半導体であれば、前記砒化ガリウム以外
にシリコンなどでもよい。また、テルル化水銀カ
ドミウムの他に赤外線検出能の大きなテルル化鉛
スズなどで赤外線検出素子を形成してもよい。さ
らに、ｎ形砒化ガリウム層２とｎ形テルル化水銀
カドミウム層１０とのの間にｎ形テルル化カドミ
ウム層９を設けたが、これはｎ形テルル化カドミ
ウム層でなくともアンチモン化インジユームでも
よい。
ｎ形砒化ガリウム層２とｎ形テルル化水銀カド
ミウム層１０との間にｎ形テルル化カドミウム素
９あるいはｎ形アンチモン化インジウム層９を設
ける理由は、次のとおりである。すなわち、砒化
ガリウムやシリコンからなる第１の半導体層とテ
ルル化水銀カドミウムまたはテルル化鉛スズから
なる第３の半導体層とは格子定数が大きく異なる
ので、第１の半導体層である砒化ガリウムやシリ
コンの上に直線第３の半導体層であるテルル化水
銀カドミウムまたはテルル化鉛スズを形成する
と、第３の半導体層に結晶欠陥が入り良好な赤外
線検出素子が得られない。そこで、本発明のよう
に、第１の半導体層と第２の半導体層の間に、格
子定数が第３の半導体層とほぼ一致するテルル化
カドミウムまたはアンチモン化インジウムからな
る第２の半導体層を設けると、第３の半導体層に
結晶欠陥が生じないので、感度の良好な赤外線検
出素子が得られる。
さらに、トランスフアゲート４、電荷転送ゲー
ト５はアルミニウムシヨツトキバリアとしたが、
他の白金などの金属でもよいし、MISゲートとし
てもよい。また、素子を形成する各部の材料の導
電形についてｎ形をｐ形に、ｐ形をｎ形に反転し
得ることも当然である。さらには、赤外線を基板
１側からではなく、赤外線が透過できるように形
成された電極１２側から受けてもよいことは勿論
である。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、砒化ガリウム
またはシリコンからなる第１の半導体層と、その
上に形成されテルル化水銀カドミウムまたはテル
ル化鉛スズからなる第３の半導体層との間に、格
子定数が第３の半導体層とほぼ一致するテルル化
カドミウムまたはアンチモン化インンジウムから
なる第２の半導体層を設けたので、第３の半導体
層に結晶欠陥が生じることはなく、感度の良好な
赤外線検出素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明によるモノリシツ
ク赤外線電荷転送素子の一実施例を示す主要断面
図およびその平面図である。 １……半絶縁性砒化ガリウム基板、２……ｎ形
砒化ガリウム層、３……ｐ形もしくは半絶縁性砒
化ガリウム層、４……トランスフアゲート、５…
…電荷転送ゲート、６……絶縁膜、７……信号ラ
イン、７ａ……第１相信号ライン、７ｂ……第２
相信号ライン、７ｃ……第３相信号ライン、７ｄ
……第４相信号ライン、８……コンタクトホー
ル、９……ｎ形テルル化カドミウム層、１０……
ｎ形テルル化水銀カドミウム層、１１……ｐ形テ
ルル化水銀カドミウム層、１２……電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 半導体基板上に形成された砒化ガリウムまた
    はシリコンからなる第１の半導体層、この第１の
    半導体層を有して形成された電荷転送素子、上記
    第１の半導体層の所定領域上にこれと隣接して形
    成されたテルル化カドミウムまたはアンチモン化
    インジユームからなる第２の半導体層、この第２
    の半導体層上に形成され、テルル化水銀カドミウ
    ムまたはテルル化鉛スズを用いた赤外線検出素子
    を備えたことを特徴とするモノリシツク赤外線電
    荷転送素子。
JP57195441A 1982-11-06 1982-11-06 モノリシツク赤外線電荷転送素子 Granted JPS5984467A (ja)

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US06/548,755 US4553152A (en) 1982-11-06 1983-11-04 Monolithic infrared ray charge transfer element
FR8317565A FR2535899B1 (fr) 1982-11-06 1983-11-04 Element de transfert de charges en infrarouge monolithique

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