JPS5862982A - 赤外線撮像装置 - 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】 本発明は、電荷結合装置を有する珪素より成る電荷転送
シフトレジスタを具える赤外線撮像装置に関するもので
ある。

英国特許第１，５６４，１０７号（特公昭５５−２１４
５号）明細書に記載された赤外線撮像装置番ま、入射さ
れる赤外線放射を汲取すると電荷キャリアを発生する放
射感応部分と、赤外線放射により発生させられた電荷キ
ャリアを集め、且つ検出された赤外線放射を表わす電気
信号な取出丁出力端子に転送させる電荷転送シフトレジ
スタを有する信号処理部分とを具える。この信号処理部
分の半導体材料は、検出される赤外線放射の量子エネル
ギーよりも大きなエネルギー帯ギャップを有している。

また前記の赤外線撮像装置は、赤外線放射がない場合に
少くとも自由電荷キャリアを有する放射感応部分な空乏
化する手段をも具えている。また、前記の放射感応部分
を前記の信号処理部分と同じ半導体材料を以って構成し
ている。

英国特許第１５６４１０７号明細書に記載された撮像装
置は電荷結合装置であり、ＣＯＤ　（電荷結合装置ｔ）
信号処理部分および放射感応部分の双方に対し共通の珪
素本体を用いることに°より利点か得られる。放射感応
部分および信号処理部分は双方共、検出される赤外線の
量子エネルギーよりも大きなエネルギー帯ギャップを有
する。放射感応部分は、多数電荷キャリアを捕獲する為
の捕獲中心を与え、この捕獲を所定波長範囲内の赤外線
放射による励起時に釈放しうるようにするある濃度の少
くとも１つの深レベル不純物を珪素本体の少くとも一部
分に与えることにより形成される。従って、撮像装置の
量子効率は深レベルの＊＊中心で捕獲された多数キャリ
アの数に依存し、半導体本体は上記の捕獲中心の著しい
熱励起を防止する為に低温度に冷却する必要がある。

深レベルの捕獲中心を有する上述した既知の撮像装置で
大きな検出感度を得る為には、放射感応部分における上
述した捕獲中心の個数を極めて多く、例えばＩ　Ｏ”　
’／ｃ＋ａ”とするのが望ましい。上述した捕獲中心は
、半導体本体部分に例えばインジウム、タリウム、ガリ
ウム或いは硫黄なドーピングするか、或いは例えば陽子
衝撃を用いて放射により珪素格子を損傷させることによ
り欠陥レベルを導入することにより形成することかでき
る。しかし実際には。、このように高密度の捕獲−Ｇ４
７’心を肉薄層中に得るのは固溶度が制限されている為
に困難であり、また信号処理部分の特性、例えばＣＯＤ
電荷転送特性に妨害を及ぼすことなく捕獲中心を高密度
にするのが困難である。捕獲中心を上述したように高密
度にすると、自由電荷キャリアを有する放射感応部分を
空乏化することができ、しかも空乏領域内の深レベルの
捕獲中心の殆んどすべてか多数電荷キャリアで満たされ
ている結果としてのみ降服が防止される＠深しベルの捕
獲中心の大部分の電荷状態が空乏領域において変化する
場合には降服が生じ、従って撮像装置に対する積分期間
、すなわち捕獲中心を再供給される多数キャリアで再び
満たす必要が生じる前に撮像装置の特電の撮像素子部分
に最大の放射を入射せしめうる期間が制限される。実際
には、珪素より成る撮像装置の場合には、電荷状ａｔ−
変化するおそれのある捕獲中心の個数−前記の積分期間
中に例えば１０”％−以下に制限し輸る。゛ ゛本発明の目的は改善した赤外線撮像装置を提供゛せん
とするにある。

本発明は、入射される赤外線放射ｒｔｉ収すると電荷キ
′ヤリアを発生する放射感応部分と、赤外−□、よ、ｉ
□“′≧ｔＬ−／Ｔｈ１ｌ□ヤ′、ア。ゎミ且つ検出さ
れた赤外線放射を−わす電−信号を取′出す出力端子に
転′送させ逮電荷転送シフトレジス′、りを有する信号
処理部分とを具える半導体本体を有する赤外線撮像装置
であって、前記の信号処理部分の半導体材料′は、検出
される赤外線数−射の量子エネルギーよりも大きなエネ
ルギー帯ギャップを有し１前記の赤外線撮像装置が更に
、前記の赤外線放射がない場合に少くとヤ自由電荷キャ
リアを有する放射感応部分を空乏化する手段を具え、前
記の放射感応部分を前記の信号処理部分と同じ半導体材
料とした赤外線撮像装置において、前記の放射感応部分
が交互にｎ型およびｐ型とした複数個の層を有し、これ
らの層によりエネルギー帯を曲げる超格子構造を半導体
本体内に局部的に形成し・この超格す構造によ？声効”
ネ′ギー帯幅を減少させ、前記のｎ早およびｐ型の層は
、降服が発生することなく超格子構造がその厚さに亘っ
て空乏化奄れうるようなドーピング濃度および厚さを有
するようにし・放射感応部分の半導−材料の実効エネル
ギー帯烹ヤツプにまたがる励起により超格子構造内に前
糾の電荷キャリアを発生せしめるようにしたことを特徴
とする。

′　　本発明による上述した撮像装置においては、放射
感応部分および信号処理部分を同じ半導体材料の共通半
導体本体内に形成しうるという利点を保ったまま、放射
感応部分に対する深レベルの捕獲中心を高密度にすると
いう欠点を無くすことができる。従って、赤外線放射に
よつぞ発生させられる電荷キャリアは、超格子構造を有
する放射感応部分内での伝導帯および価電子帯間の実効
エネルギー帯ギャップにまたがる励起により得られる為
、高い鰍子竺率および高い検出感度を得ることができ、
上述した励起、すなわちキャリアの遷移によるキャリア
の艶的発生を防止する為に必要と讐る撮像装置の冷却か
一般にわずかで足りるようになる。更に、放射感応部分
は極めて肉薄に（Ｎえば超格子構造の全厚さに対し、０
．５μｍよりも、薄く）することができる為、撮像装置
の検出素子間のクロストークを減少せしめることができ
る。

帯ギ丁ツブが減少するのは、半導体材料の実際の半導体
格子と関連するブリユアン帯（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ、ｚ
ｏｎａ　）が、導電型を交互に異ならせた放射感応部分
の層構造と関連して電位変化が空間的に交互に異なるこ
とにより、運動量空間（波数ベクトル空間）内に形成さ
れるより小さな７１Ｊ−Ａ’ｆ　二惜（いわゆるミニブ
リユアン帯）に分割されることによる。プリ具了ン惜σ
）、１１述し＊−分１１１１に−Ｊ、る紹幀子構造の形
成は、米国特許第８．６１６．１５？号および第８．６
１１６．２８１８号明細書や、”　ＩＢＭ　Ｊｏｕｒｎ
ａｌＲｅｓｅａｒｃｈ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ａ　
１４”、　　Ｊａｎｕａｒｙ　　１９フ０の第６１〜６
６頁における”　５ｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ　ａｎｄＮ
６ｇａｔｉＶ１！ｌ　Ｄｉｆｆ’ｅｒｅｎｔｉａｌ　（
３０ｎｄｕＯｔｉＶｉｔｙｉｎＳｅｍｉｏｏｎｄｕｃｔ
ｏｒａ　’と題する論文に記載されている。

しかし、実効エネルギー帯ギャップは、超格子構造にお
ける隣接層間で電荷キャリアがエネルギー帯ギャップを
通り抜ける（トンネリング）ようにすることによっても
減少せしめることができる。

本発明の実施に当っては、前記の信号処理部分が、超格
子構造より成る放射感応部分上に延在Ｔる一導電型の半
導体層を有し、前記の電荷転送シフトレジスタが前記の
半導体層上に存在する電極手段を具え、この電極手段に
より前記の半導体層中に電界を容量的に生ぜしめ、赤外
線放射により超格子構造内に発生させた電荷キャリアを
前記の電界により一導電型の前記の半導体層内に導入せ
しめるとともに出力端子に転送させて前記の電気信号を
形成しうるようにすることができる。撮像装置のこれら
の部分をこのように構成することにより、信号処理部分
およびその電極手段を電荷転送にとって最適なものとす
ることができ、放射感応部分はコンパクトな三次元配置
で設けることができ、従って半導体本体の表面積を有効
に利用しうるようになるという利点が得られる＠しかし
、池の構成配置も可能であり１本発明による他の形態の
撮像装置では、信号処理部分と放射感応部分とを半導体
本体中に横方向に並べて設けることも・できる◎ ｉ・１゜ 図面につき本発明を説明する◎ 図面は実際のものに比例して描いておらず、明Ｗとする
為にまた図面を簡潔とする為にある部分の相対寸法（特
に厚さ方向）を拡大したり縮小したりした。また員なる
例における同一の符号は対応する或いは類似の部分を示
す０ 第１および３図に示す本発明の一例の赤外線撮像装置は
、放射感応部分２および信号処理部分８を有する単結晶
珪素の半導体本体１を具える。所定の波長範囲内の赤外
線４は上記の撮像装置上に結像され、放射感応部分８に
入り、この部分２に吸収される赤外線、放射により自由
電荷キャリアｚ４を生ぜしめる。赤外線の放射により発
生された電荷キャリアｓ４は信号処理部分８内に集めら
れ、検出された放射像を表わＴ電気信号かこの信号処理
部８から出力電極ｌＯに取出される。後に説明するよう
に、第１および１図の装置の信号処理部分は、ＧＯＤ電
極１１．１１および１８を有する埋込みチャネル電荷結
合装置の形態に構成する。

半導体本体の部分３および８は珪素を以って構成Ｔる。

珪素のエネルギー帯ギャップＫｇは約１．１ｅｌＶであ
り、これは検出すること゛を望む赤外線の量子エネルギ
ーよりも大きい。約８μｍよ′りも長い波長を有する赤
外線の量子エネルギーは多くとも約０．４　ｅＶであり
、―えば１２μｍの波長を有する赤外線の量子エネルギ
ーは約０．１　ｅＶである。

半導体本体の部分３は本発明によれば、１，１ｅ’Ｖよ
りも少ない量子エネルギーを有する赤外線に感応するよ
うにする為に小さな実効エネルギー帯ギャップを有する
ように構成する０従って、放射感応部分２がｎ型層１１
１およびｐ型層Ｓ！を複数個交互に有しく第３図参照）
、これらの層が、エネルギー帯を曲げる超格子構造を半
導体本体１内に局部的に形成するようにＴる。これらの
交互に配置した層２１および１１は、半導体材料中での
電子の波長に匹敵する距離に亘って空間的に周期的とな
った電位変化を生じる程度に充分肉薄にし且つ多量にド
ーピングされるようにする。これにより半導体材料の電
気的および光学的な特性を変え・る。特に、半導体本体
部分２を珪素な一以って、構成する場合でも、価電子帯
縁部１ｃｖと伝導帯縁部Ｅ０との間に１．１ｅｌＶより
も小さい実効エネルギー帯・　ギャップＩＣｇが得られ
るようにする。このことを第２図に線図的に示す。

ｎｆｉおよびｐ型層！１および２８の各々のドーピング
濃度および厚さを選択することにより実効エネルギー帯
ギャップＥｋを決定し、従って半導体本体部分２内に°
放射か吸収される際の実効エネルギー帯ギャップツにま
たがる励起により電子−印ｓＯで示す。８〜１４／ｊｍ
の大気窓（ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃｗｉｎｄｏｗ　）
内に赤外線４を結像させる１つの特定の例では、各ｎｉ
層！１のドーピング濃度【約１０３０　ドナー原子Ａ−
とし、その厚さを約ｓ　ｎｍ（１０人）とし、また各ｐ
型層のドー′１ピング濃度を約ｔｅｌ（ｌ了りセブタ原
子／ｃＩＩ＠とし、その厚さを約８　ｎｍ　（８０人）
とすることができるＯ層！ｌおよびｓｌの合計の個数は
一エネルギー帯を曲げる超格子構造か得られるとともに
赤外線４ｒｔ吸収するのに適した・厚さの半導体本体部
分２が得られるのに充分な個数とする必要がある。８〜
１４μｍの波長を有する放射を結像させる特定例では、
層！ｌｌおよび２２の合計の個数を４０〜５０とし、実
効エネルギー帯ギャップ糖が減少された放射感応部分２
の厚さが約０．１４ｍ（Ｎｏ　　人）となるようにする
ことができる。この放射感応部分２の厚さかこのように
極めて小さくなることにより検出素子間−のクロストー
クか減少する。図面を簡潔とする為に第１図にはこれら
の層！１および３２のすべてを示していない。

更に、各層２１およびｆ２のドーピング濃度および厚さ
は、降服が生じることなく、半導体本体部分２の超格子
構造がその厚さ全体に亘って空乏化されうるようなもの
とする。これらの層の厚さおよびドーピング濃度を制御
することにより、空乏化層２１．およびＳ！の正および
負の電荷状態がそれぞれ超格子構造の全体に亘って充分
に平衡化され、空よ化超格子、構造全体に亘る電荷のい
かな・る累積不平衡もその全体でなだれ降服に対する臨
界的な電荷レベルよりも低くなるようにする。

信号処理部分８は、放射感応部分２上に延在する一導電
１［（第１および３図の例で４ｉ　ｎ　ｉｌｌ　）のエ
ピタキシャル半導体層の一部分より成る島の形態にする
０この層の珪素材料のエネルギー帯ギャップＫｇはその
ドーピングによっては変化せず、従って約１．１６Ｖで
ある。超格子構造より成る放射感応部分８は基板５上に
存在させる。第１および８図に示す形態のものでは、基
板を珪素本体ｌの低ドープ（ドーピング濃度の低い）領
域とし、このル基板が変更されていない約１．ｌｅ！Ｖ
のエネルギー帯ギャップＩｇを有し、またこの基板を′
反対導電型（第１および！−の例では例えばＩｏｌ！ｌ
アク七ブタ原子／−のドーピング濃度を有Ｔるｐ型）と
する。超格子構造は各肉薄層ｓｌ、、ｔａｓの各別の厚
さおよびドーピング濃度を良好に制御する既知ｆ）％し
’ｌ”エラ・ビーム−エピタキシャル（分子線エピタキ
シアル）技術を用いて基板５上（形成しうる。次にまた
エピタキシアル技術を用いて超格子構造上に極めて肉厚
の層（この層を以って部分８を構成する）を形成しうる
゛。多量にドーピングされ出力電極１０が接触されるＪ
Ｊ領領域ｎ　）はアニーリング処理の為に低温度レニザ
ビーム或いはパルスレーザビームのいずれかを用いるイ
オン注入により形成しうる。

信号処理部分８は、ＣＣＤ島部分８０周辺の周りでｎ型
層の表面上に延在するシロットキ電極６とこのｎ型層と
の間のショットキバリアを逆バイアスすることによりエ
ピタキシアル層中で横方向に分離させる。第１図には、
出力電極ｌＯに隣接するこの分離用電極６および信号処
理部分８の一部分のみを示して、ある。

反対導電型の基板６と層部分８との間には逆バイアスを
印加して入射赤外線鳴かない場合に半導体本体部分２お
よび８に一完全に空乏化したものである空乏層が形成さ
れるようにする。層部分８の厚さおよびドーピング濃度
はそれぞれ例えば３．５μｍおよび２Ｘ１（１”原子１
０１８とし、完全に空乏化された際にその電荷レベルが
なだれ降服に対丁、る電荷レベルよりも低い約５　Ｘ　
１　Ｇ　”　ｃｍ−”となるようにすることができる。

空乏化された層部分８は埋込み電荷結合装置の電荷転送
チャネル部分を構成する。

層８上に存在する電極１１．１２および１８は既知のよ
うにＯＯＤ作動の為に配置されたゲート列を構成する。

これらＣＯＤ電極１１．１２および１８に適当なりロッ
ク電圧φ（１）、φ（２）およびφ（８）ｔ−印加する
ことにより、層部分８中に電界が容量的に発生し、従っ
て赤外部会により超格子構造２中に発生させられた電荷
キャリア２４を電界により層部分δ中に導入させ且つ出
力信号を生じる電極ｌＯにおける電荷読出し手段に各別
のパケットで転送しうるようになる。第１図に示す形態
のものでは、ＣＯＤ電極手段を、珪素層部分８の表面と
でショットキバリアを形成！る金属層いは金属−珪化物
層を以って構成した８つのショットキゲー）１１．１２
および１８の列の形態とする。

作動に当っては、これ・らのショットキバリアを逆バイ
アスする。

ショットキゲートを用いる場合、予め形成した。

超格子構造の下側層２１および２２のドーピング濃度お
よび厚さを不所望に変えることのない低湿度技術を用い
て電極手段を形成しうるという利点が得られる。しかし
、ＣＯＤ電極手段は、絶縁性の１１′ｆＩＬ体層により
その下側の珪素層部分８から分離された従って絶縁ゲー
トを構成Ｔる導電性の半導体或いは金属層の形態とする
ことができる。このような絶縁性の層は既知のようにし
て低温度堆積処理或いはプラズマ酸化により形成するこ
とができる。更に、第１図には８相のＣＯＤ構造を示し
であるか、池の構成、例えば２相或いは４相００Ｄ構成
で信号処理を行なうこともできる。

弔１および２図の撮像装置は検知すべき放射に依存して
例えば７７”Ｋ或いはそれよりも高い温度で作動せしめ
ることができる。適声な既知のいかなる。も、のとも丁
−：、ことのできる、赤外線レンズ系を経て装置の半導
体本体１上に結像させる赤外１１１４は基板５の裏面上
に入射させることができる。この赤外５．＃４は放射感
応超竺子部分２内に吸収され１、この部分２においてこ
の赤外線により電子−正孔対１４．２６を発生ずる。こ
れらの電子−正孔対は伝導帯および価電子帯間の・、移
２０によって発生される為、本発明によるこの撮像装置
の量子効率および検出感度は英国特許第１，５６４，１
０７号（特公昭５５−２７４５号）明細書に記載された
既知の深レベル不純物００Ｄ撮像装置（ｄｅｅｐ−１ｅ
ｖｅｌｉｍｐｕｒｉｔｙ　ＯＯＤ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｄ
ｅｖｉｏｅ　）　ノ場合よりも著しく大きくすることが
でき、放射感応部分２におけるドーピング濃度によって
制限されない。

赤外線放射によって発生させられた電子２４および正孔
＋１６は半導体本体部分２および８内に与えられた電界
による影響の下で互いに反対方向に移動する。第１お、
よび２図に示す例では、正孔２６がｐ型基板５を経て大
地に流れ、電子２４は適当にバイアスされた最も近いＣ
ＯＤ電極１２の下の電位の最低点・に移動し、ここにこ
れら電子が集められて°電荷のパケット至形成し、この
パケットが後に０００作用により層部分８に沿って転送
されて出力信号となる。

赤外部会により超格子構造の放射感応部分２内に発生せ
しめられた電子２４および正孔ｇ６の双方の各々は、埋
込みチャネル層部分δおよび基板らにそれぞれ到達する
為には交互にｎ型およびｐ型とした連続層を横切らねば
ならないということに注意Ｔる必要かある。この為には
、各別の層２１および２２に対しドーピング濃度を高く
１厚さを薄く選択して電子２４および正孔２６が各別の
層２１および２２によって与えられる電位障壁を通り抜
けるようにすることが重要である。電子２４および正孔
２６のこのような通り抜け（トンネリング）を第２図に
矢印２８および２５で示す。

第２１図の部分２におけるエネルギー帯の縁部の傾斜は
基板５に対して層部分ａを逆バイアスすることに、より
生じるドリフト電界をも示し、このドリフト電界によ？
電子２４．を層部分８の方向に移動させるとともに正孔
間６を基板５の方向に移呻させる。層２１および２２の
厚さをそれぞれ２およびｓ　ｎｍとし、これら層の各々
のドー　ピング濃度＋　１　ｏ８０原子／−ｃｍ８とす
ると、コレらの層２１および２２と関連する電位の井戸
の底部においても電子２４および正孔２６の有効なトン
ネリングが生じる。正孔２６の実効質量は電子２４より
も大きい為、ｎ型層２１はｐ型層２Ｂよりもわずかに肉
薄に、例えばａ　ｎｍではなく、２１ｍとするのが好ま
しい〇 第１および２図は埋込みチャネルＣＣＤ撮像装置に関連
するものである。しかし、本発明は超格子構造の放射感
応部分２と同じ半導体本体内で池の形態の信号処理を行
なう撮像装置にも適用しうるものである。従って、例え
ば本発明による表面チャネルＣＣＤ撮像装置の一部を第
８図に示す。半導体本体部分３の超格子構造は前述した
例のものに一致させ、その層２１および２２のドーピン
グ濃度および厚さは、所定の波長の放射を検出する条件
および導電型を交互に異ならせた層２１および２３の列
を横切る電荷キャリアのトン、ネリングが行なわれる条
件に応じて選択する。更に、超格子構造はなだれ降服が
生じることなくその厚さ全体に菫って自由電荷キャリア
の空乏化が生じうるようにする。

第８図の表面チャネルＣＣＤ撮像装置においても、エネ
ルギー帯ギャップを減少させた超格子構造２に赤外線を
吸収させることにより電子−正孔対が発生し、電子２４
は集められてＯＯＤ部分８を経て出力電極１０に転送さ
れる。この場合、信号処理部分８はｐ型エピタキシアル
層を以って構成し、出力電極１ｏはｐ型層８内に設け、
た反対導電型領域（ｎ　　）に接触させる。超格子構造
内で発生される電子２４は、英国特許第１　＋ｓ　８２
８４９号（特開昭５２−１１９８ａＯ号）明細書におけ
る記載によれば、各別のＣＯＤ電極１１．１３および１
８の下側の位置における下側超格子放射感応部分２への
空乏領域の局部的突接は現象（パンチスルー）により表
面チャネルＣ０ＤＰｉ、に導入されうる。この目的の為
に、Ｎ　ａと岬格子層！ｌおよび！！２との双方のドー
ピング濃度を、３降服が生じることなく空乏領域が層８
および超格子構造２の双方の厚さ全体に亘って局部的に
延在しうるような濃度とする。

第８図における破線８１は電極１２の下側で実技は現象
が生じる層８中の空乏領域の程度を示す。

第８図に示すような、電極ｉ１．ｘ’ｓおよび１８のす
べてを誘電体層８０上に設けてＣＯＤの絶縁ゲートを形
成す〜る。電極１１．１２および１８を透明とすること
により赤外線４ｒｒ：層部分８の表面に入射させること
ができる。

第ａｇＪの超格子構造２は、珪素より成る高ドープ（ド
ーピング濃度の高い）基部２上に同じく珪素より成る低
ドープ（ドーピング濃度の低い）ｎ型層５１を有する基
板上に存在する。この基板（ａｘ、５２）はオーム接点
を形成する。赤外脚４が入射されない場合、超格子構造
２の抵抗値は高く、基板（５１，，５ｇ）と実技は現象
を生じた空乏領域（第８図における電極１２の下側の領
域）との間の電流の流れは無視しうる。赤外線番が入射
されると、電子−正孔対が超格子構造８内で発生し、電
子が実技は現象を生じた空乏領域の方向に流れ、基板（
５１，６ｍ）からの電流によって電子が補充される。赤
外線４によつで発生された正孔は基板（５１，５２）の
方向に移動し、基板（５１，５２）からの電子と再結合
するか或いは基板（５１，！１）によって集められる。

信号処理用のｐ型層８には、ｎ型基板（５１，５１１）
＆：電気的に接続されたオーム接点を設け、迅速なＣＣ
Ｄ作動を行なわしめる。

本発明は上述した例のみに限定されず、幾多の変更を加
えうろこと勿論である。例えば、すべての半導体−領域
の導電型を反転させて、赤外線によって発生される正孔
を集め、これらの正孔を処理して出力信号を得る撮像装
置を提供するようにすることができる。

更に、超格子構造の放射感応部分２は必ずしも信号処理
用の半導体本体部分８の下に位置させる必要はなく、超
格子構造の放射感応部分ｓｒｉ：珪素半導体本体ｌ内で
信号処理部分８と横方向に並べて配置Ｔることもできる
。この場合には、部分２から部分８内に導入される電荷
キャリアが超格子構造内の電位障壁を通り抜ける（トン
ネリング）ようにする必要がなく、各別の層２１および
ｓｆの長手方向に沿ってゲート電極の下側の半導体本体
部分δ内の蓄積位置に単に流れるようにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、埋込みチャネルＣＯＤの信号処理部分を有す
る本発明による赤外線撮像装置の一部を示す断面図１ 第２図は、第１図の装置の信号処理および放射感応部分
−の厚さ方向に延在するエネルギー帯を示す線図、 第８図は、表面チャネルＣＯＤの信号処理部分を有する
本発明によ６池の赤外線撮像装置の一部を示す断面図で
ある。 １・・・半導体本体　　　　２・・・放射線１応部分、
ン８・・・信号処理部分　　　４・・・赤外線６・・・
基板 ６・・・シロットキ電極（分離用電極）ｌＯ・・・出力
電極　　　　　ｌｉ、　”ｉｇ、　ｘａ・・・ＣＯＤ電
極、、・］ ２１・・・ｎ型層　　　　　　２２・・・□ｐ型層ハ・
・・自由電荷キャリア（電子） ・　１６．・・・正孔　　　　　　　８０・・・誘電体
層〜・３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　入射される赤外線放射を吸収すると電荷キャリアを
   発生する放射感応部分と、赤外線放射により発生させら
   れた電荷キャリアを集め、且つ検ｉされた赤外線放射な
   表わ丁電気信号を取出す出力端子に転送させ Ｆレジスタを有する信号処理部分とを具える半導体本体
   を有する赤外線撮像装置であって、前記の信号処理部分
   の半導体材料は、検出される赤外線放射の量子エネルギ
   ーよりも大きなエネルギー帯ギャップを有し、前記の赤
   外ＩＩ轡像装置が更に、前記の赤外線放射がなし〜場合
   に少な（とも自由電荷キャリアを有する放射感応部分な
   空乏化する手段を具え、前記の放射感応部分を前記の信
   号処理部分と同じ半導体材料とじまた赤外線撮像装置に
   おし）て、前記の放射感応部分が交互゛にｎ型およびｐ
   型とした複数個の層を有し、これらの層によりエネルギ
   ー帯を曲げる超格子構造を半導体本体内に局部的に形成
   し、この超格子構造により実効エネルギー帯輻を減少さ
   せ、前記のｎ型およびｐ型の層は１降服が発生すること
   なく超格子構造がその厚さに亘って空乏化されうるよう
   なドービン°グ濃度および厚さを有す−るようにし、放
   射感応部分の半導体材料の実効エネルギー帯ギャップに
   またがる励起により超格子構造内に前記の電荷キャリア
   を発生せしめうるようにしたことを特徴とする赤外線撮
   像装置。 東　特許請求の範囲ｌ記載の赤外線撮像装置において、
   前記の信号処理部分が、超格子構造より成る放射感応部
   分上に延在する一導電型の半導体層を有し、前記の電荷
   転送シフトレジースタが、前艷の半導体層上に存在する
   電極手段を具え１．この電極手段により前記の半導体、
   層中に電界ｒｒ：容量的ｒ生ぜしめ、赤外線放射により
   超格子構造内に発生さ５せた電荷キャリアを前記の電界
   により−１．導電型の前記の半導、体層内に導入せしめ
   るとともに出力端子に転送させて前記の電気信号を形成
   しうるようにしたことを特徴とする赤外線撮像装置。−
   ａ　特許請求の範囲２記載の赤外線撮像装置において、
   −導電型の前記の半導体層とは反対導電型の基板領域上
   に超格子構造を存在させたことを特徴とする赤外線撮像
   装置。 ４　特許請求の範囲８記載の赤外線撮像装置において、
   前記の半導体層および超格子構造は、超格子構造および
   信号処理部分が降服の発生なくこれらの厚さ全体に亘っ
   て空乏化されうるようなドーピング濃度および厚さを有
   するようにし、赤外線放射により発生させた一導電型の
   電荷キャリアを半導体層を経て転送させる埋込みチャネ
   ル電荷結合装置を前記の電極手段と前記の半導体層とで
   以って構成したことを特徴とする赤外線撮像装装置。 ４　特許請求の範囲会記載の赤外線撮像装置において、
   前記の半導体層と相俟ってショットキバリアを形成し、
   電荷結合装置の作動が行なわれるように配置されたゲー
   トの列を前記の電極手段が具えたことを特徴とする赤外
   線撮像装置。 ａ　特許請求の範囲８記載の赤外線撮像装置において、
   赤外線放射により発生させられた反対導電型の電荷キャ
   リアを前記の半導体層中に形成された空乏層を経て転送
   させる表面チャネル電荷結合装置を前記の電極手段と一
   導電型の前記の半導体層とで以って構成し、前記の半導
   体層および超格子構造のドーピング濃度を、空乏領域が
   降服の発生なく半導体層の厚さ全体を経て超格子構造ま
   で局部的に突抜けうるようなドーピング濃度としたこと
   を特徴とする赤外線撮像装置。 〃　特許請求の範囲１〜６のいずれか１つに記載の赤外
   線撮像装置辷おいて、放射感応部分および信号処理部分
   の双方の半導体材料を珪素としたことを特徴とする赤外
   線撮像装置。 ａ　特許請求の範囲フ記載の赤外線撮像装置において、
   放射感応一部分における伝導帯および価電子−帯間のキ
   ャリアの遷移により８μｍ〜１４μｍの波長を有Ｔる赤
   外線放射を検出するのに充分小基な実効エネルギー帯ギ
   ャップを生じるように超格子構造の交互のｎ型およびｐ
   型層のドーピング濃度および厚さを選択したことを特徴
   とする赤外線撮像装置。 張　特許請求の範囲１〜８のいずれか１つに記載の赤外
   線撮像装置において、超格子構造の全厚さを０．５μｍ
   よりも薄くしたことを特徴とする赤外線撮像装置。