JPS6146073B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は赤外線検出装置、特に光感応性ｐ−ｎ
接合を有している光起電検出器の製造方法に関す
るものである。

英国特許第1568958号明細書には赤外線検出装
置を製造する方法が記載されており、この方法で
はテルル化水銀カドミウム本体の表面の少なくと
も一部分を変換処理して、本体に表面層を形成
し、その後加熱処理している。この英国特許に記
載されている検出装置は、テルル化水銀カドミウ
ムを電解陽極化処理することによつて表面層を形
成し、この表面層を用いて検出装置の本体表面上
に保護的な不活性層を形成して、装置の検出度を
高めている。加熱工程は検出装置を60℃〜70℃の
温度範囲内にて随意焼付け処理することであり、
この焼付け処理は検出装置のテルル化水銀カドミ
ウム物質を焼なましすることにより装置の特性を
向上させるのに大いに役立てることができる。こ
の陽極化不活性表面層は、特に独占的ではないが
光導電性の検出器、すなわち動作がテルル化水銀
カドミウミの真性光導電性に基ずいている検出器
に形成する。しかし前記英国特許の明細書にも記
載されているように、斯種の陽極処理による不活
性層は光起電検出装置の本体の表面上に設けるこ
ともできる。この場合には先ずテルル化水銀カド
ミウム本体に既知の方法にてｐ−ｎ接合を形成
し、ついで検出素子の主表面の少なくとも一部分
であつて、しかも検出すべき入射光をｐ−ｎ接合
に通過させる部分を電解的に陽極処理することに
よつて不活性表面層を形成する。光起電検出器の
動作は感光性ｐ−ｎ接合による光−電圧の発生に
基ずくものであり、従つて斯るｐ−ｎ接合の品質
は良好な検出特性を得るのに重要である。前記英
国特許に記載されている陽極処理の発明は光感応
性のｐ−ｎ接合を形成することに関するものでも
なければ、ｐ−ｎ接合を何れのタイプのものとし
ようとするものでもない。

所定の観点からするに、例えば光起電検出器は
それらの応答速度が速く、消費電力が低く、しか
も外部バイアス源がなくても動作し得るため、光
導電性の検出器よりも遥かに優れているように考
えられるので、検出器そのものまたは検出器の各
素子をテルル化水銀カドミウムとする光起電検出
器の製造が極めて多年にわたり望まれている。し
かしこの場合にはテルル化水銀カドミウムの物質
中に良品質のｐ−ｎ接合を形成し、かつ、ｐ−ｎ
接合の両側における各領域に接点を設ける必要が
ある。高品質のｐ−ｎ接合は光導電性検出器にお
ける各領域間の絶縁目的にも役立つ。

テルル化水銀カドミウムにｐ−ｎ接合を形成す
る方法は多数提案されている。物質の電気特性
は、その物質の組成元素を化学量的に不平衡性と
するか、或いは異種不純物元素でドーピングする
ことにより変えることができることが認められて
いる。前者の場合には、ｎ−形特性を格子間カド
ミウムまたは水銀によつて形成することができ、
ｐ−形特性を水銀および／またはカドミウム空格
子点或いは格子間テルリウムによつて形成するこ
とができる。

テルル化水銀カドミウムの導電型特性を特定化
するに当つては、その特性が観測されたり、また
は使用されたりする温度を基準とすべきである。
その理由は、或る特殊な組成の物質には導電型特
性が反転し得る温度が存在すると云う意味で上述
したような特性は温度依存性であると云えるから
である。従つて、例えば77〓で動作させる検出器
の素子を形成するのに用いられる材料は、常温で
はｎ−形特性を呈するも、動作温度ではｐ−形特
性を呈する。さらに、本体中の特定領域の導電型
特性が、成分元素の１つが余分か、或いは不足し
ていることに起因しているような物質の場合に
は、例えば常温のような或る温度にてｐ−ｎ接合
特性の存在を観測することはできないが、別の温
度、すなわち例えば77〓のような動作温度では斯
るｐ−ｎ接合特性を観測でき、しかも利用するこ
とができることは勿論である。さらに、所定温度
における所定の導電型の特性を参照するとは、こ
れらの特性が上記所定温度の存在する温度範囲に
わたり有効であると云うように広義に解釈すべき
ことは明らかである。

検出器の動作温度でｐ−形特性を呈する材料本
体の表面隣接部分を上記温度でｎ−形特性を呈す
る物質に変換するために、封止カプセル内にて上
記本体および所定量の水銀を加熱することにより
水銀を斯るｐ−形本体に拡散することは既知であ
る。このようなプロセスを用いることによつて十
分平担なｐ−ｎ接合を形成し、かつメサ構造を形
成することにより斯種本体から検出素子を製造す
ることができるも、この場合には素子の側部表面
にてｐ−ｎ接合が露出されたままとなる。このこ
とは側部表面を保護する特殊な手段を講じない限
り不所望である。さらに、複数個の検出素子を具
えている検出器を形成したい場合、共通本体に各
素子を形成するのに制御エツチング技術が必要で
あり、かつ個々のメサ形態の素子に接点を形成す
るのに、個々の検出素子の上側表面における領域
に印刷リードアウト（引出し線）形態の接点を容
易に使用できないと云う点において問題がある。

所謂「プレーナ」形態の検出素子を製造するた
めに、最初は一導電型の均一本体に例えばアルミ
ニウムのような異種元素を本体の表面上にて斯種
の不純物の導入に対して選択的にマスクする層を
用いて散拡またはイオン注入により結晶格子に選
択的に導入して反対導電型の領域を局部的に形成
することが提案された。しかし、適当なマスク層
および不純物導入技術の開発には時間がかかり、
特に後者の技術に関する限りは設備に費用がかか
る。

テルル化水銀カドミウムにｐ−ｎ接合を形成す
る他の方法も提案されている。これらの方法は気
相エピタキシヤル成長により導電型の異なる層を
形成したり、ホトレジストマスクを用いて水銀を
注入したり、スパツタリングにより堆積したテル
ル化水銀カドミウムに金またはアルミニウムをス
パツタリングしたり、堆積した金含有層から金を
拡散したりする工程を含んでいる。

本発明はテルル化水銀カドミウム本体の表面の
少なくとも一部分を変換処理して、前記本体に表
面層を形成し、その後加熱工程を行なつて赤外線
検出装置を製造するに当り、前記変換処理により
形成される表面層が前記本体から導出された元素
を十分な量含み、該元素が後にこの元素を前記本
体に再導入させるソースとして作用するように
し、前記元素を前記本体の一成分とすると共に、
該元素が前記本体を成す物質中に過剰濃度で存在
する場合に、該本体物質が検出装置の動作温度に
てｎ−形物質の特性を呈するようにし、かつ前記
表面層を前記加熱工程にて100℃以上の温度に加
熱して、表面層からの前記元素の所定量を本体の
下側領域内に導入させて、本体中にｐ−ｎ接合を
形成するようにしたことを特徴とする赤外線検出
装置の製造方法にある。

この方法はつぎのような驚くべき発見に基ずく
ものである。すなわち、ｎ−形特性を得るために
本体物質そのものから（例えば電解陽極処理によ
り）上記本体の元素成分のソース（源）を導出
し、ついで100℃以上の温度に加熱して、上記元
素成分を下側の領域に再導入して、ｐ−ｎ接合を
形成するようにする簡単な手段により検出器用の
品質が十分良好なｐ−ｎ接合（例えば光起電検出
器の光感応接合部として使用するｐ−ｎ接合）を
再現的な方法で形成することができると云う事実
の認識に基ずくものである。さらに、上記ソース
は本体表面上に容易に局在させることができるた
め、プレーナ形の検出素子でも上記簡単な方法で
形成することができる。

従つて、本発明による方法の重要な形態では、
加熱工程中に上記表面層を本体の主表面の一部分
の上に局在させ、かつ、上記元素の導入によつて
形成されるｎ−形特性を有している下側領域を上
記主表面に局部的に隣接させて、形成されるｐ−
ｎ接合が主表面まで延在して、この主表面内で少
なくとも部分的に終端するようにする。斯種プレ
ーナ構造の例えば接点形成に関する利点について
は前述した通りであるが、後述するように、本発
明による斯る形態の方法を用いてモノシツク・ア
レイを含む多数の種々の形態の検出装置を製造す
ることができる。

元素ソースから成る表面層は検出装置の動作温
度にてｐ−形物質の特性を呈するテルル化水銀カ
ドミウム上に形成して、上記加熱工程によつて前
記下側領域が上記動作温度にてｎ−形物質の特性
を呈し、本体の隣接部分は上記ｐ−形特性のまま
として本体中にｐ−ｎ接合を形成するようにする
のが好適である。このプロセスは操作が特に簡単
である。しかし、より複雑なプロセスを用いるこ
ともでき、この場合には検出装置の動作温度にて
ｎ−形物質の特性を呈するテルル化水銀カドミウ
ムに上記表面層を形成し、かつ、上記加熱工程に
よつて上記表面層からの上記元素の導入により下
側領域に上記ｎ−形特性を保有させると共に、上
記本体の隣接部分を上記加熱工程によつて検出装
置の動作温度にてｐ−形特性を呈する物質に変換
して、本体中に上記ｐ−ｎ接合を形成するように
する。このような多少複雑なプロセスは、特に、
出発材料をｎ−形本体とし、かつ導電型の反転の
ために加熱工程の温度を高くする必要がある場
合、再現的な方法で履行し、制御するのは左程簡
単ではない。しかし多くの処理工程を必要とする
上述したような複雑なプロセスの変更形態とし
て、検出装置の動作温度にてｐ−形物質の特性を
呈するテルル化水銀カドミウム本体を出発材料と
し、かつ、上記表面層を形成する前に上記本体の
少なくとも一部の表面に水銀を拡散させて、上記
検出装置の動作温度にてｎ−形物質の特性を呈す
る上記本体の表面隣接部分を形成するようにし、
その後この表面隣接部分の上に上記表面層を形成
し、かつ、上記加熱工程によつて上記下側領域に
ｎ−形特性を保有させると共に、上記表面隣接部
分の露出部分からの水銀の外方拡散によつてこの
部分を検出装置の動作温度にてｐ−形特性を呈す
る物質に変換するようにすることもできる。

本発明による方法の好適な実施に当つては、表
面層を形成するための上記処理にテルル化水銀カ
ドミウムを電解陽極処理する工程を含ませる。電
解陽極処理し、その後ウエフア状のテルル化水銀
カドミウム本体、Hg_(1-x)Cd_xTeを100℃以上の
温度で加熱することにより特に、つぎのようなこ
とが確められた。すなわち、 (a) ｘが0.30〜0.35の範囲内の値を有する物質中
に良品質で、しかも常温にて所望な光感応特性
を呈するｐ−ｎ接合を形成することができ、上
記物質および斯くして形成されるｐ−ｎ接合
は、例えば常温にて３〜５ミクロンの波長領域
内で動作すべく設計した光起電検出器に使用す
るのに好適であり、 (b) ｘが0.15〜0.35の全範囲にわたる値を有する
物質に所望な品質で、しかも77〓の温度で光感
応特性を呈するｐ−ｎ接合を形成することがで
き、上記物質および斯くして形成されたｐ−ｎ
接合は、ｘの値に応じて、例えば77〓で８〜14
ミクロンの波長領域内で動作すべく設計した光
起電検出器および77〓で３〜５ミクロンの波長
領域内で動作すべく設計した光起電検出器に使
用するのに好適である。

と云うことが確められた。導電型が反転される正
確な物理的機構については十分理解できないが、
テルル化水銀カドミウムを電解陽極処理する特定
の場合には、水銀が豊富な表面層が形成され、こ
の水銀が水銀酸化物形態で組込まれるものとみな
される。つぎに行われる100℃以上の温度での加
熱工程により水銀が遊離して、下側の本体物質中
に拡散するようになる。これと同時に、陽極処理
により形成された表面層は下側の本体物質からの
遊離水銀に対する外部拡散マスクとして作用す
る。このようにして水銀が結晶格子中に間入的に
導入されるため、下側領域はｎ−形特性を呈する
ようになる。

本発明の発明者等と同じ発明者による前記英国
特許第1568958号に記載されている方法の各工程
を実施することによつても上述したような効果は
得られないことは明らかである。前記英国特許の
光導電性検出器では、斯る水銀をｎ−形の検出領
域に導入することによつて表面ドーピング濃度が
n⁺に高まるので、表面の再結合速度は速くな
り、かつ陽極表面層の不活性作用は低減するよう
になる。このようなことは全く不所望なことであ
り、同様に、前記英国特許に記載されている光起
電検出器への斯様な水銀の導入は、検出器本体に
予め形成した光感応性ｐ−ｎ接合により得られる
特性を損なうだけでなく、例えば上記ｐ−ｎ接合
を破壊したり、或いは短絡したりすることにもな
る。

陽極処理により形成される表面層は無限の水銀
ソースを構成するのではないので、下側領域の特
性、特に、形成されるｐ−ｎ接合の特性および深
さは、加熱条件、すなわち時間および温度に依存
すると共に、陽極処理により形成された表面層の
初期の厚さに大いに依存する。

テルル化水銀カドミウムを電解陽極処理して
100Å〜3000Åの範囲内の厚さ、例えば約2000Å
の厚さを有する表面層を形成することができる。
上述した厚さの範囲内にある表面層の場合、ｐ−
ｎ接合は広い組成範囲にわたり物質中に形成する
ことができる。

加熱処理は125℃〜270℃の温度範囲内で、100
秒〜40時間の範囲内の期間に行うことができる。
一般に、適当に導電型を変換するのに必要な加熱
時間は温度が高くなるにつれて短くなる。さら
に、導電型反転種のソースの大きさは無限でな
く、層の厚さに依存するので、加熱時間は陽極処
理により形成される表面層の厚さに極めて依存す
る。例えば、光起電赤外線検出装置のような用途
にとつても、ｐ−ｎ接合は表面に極めて接延させ
て形成するのが望ましく、これがために、加熱期
間が過度に長いと、上記導電型反転種が本体内に
不所望に拡散するためｐ−ｎ接合は深い個所に形
成され、このｐ−ｎ特性は劣るものとなる。従つ
て、場合によつては浅いｐ−ｎ接合を得るために
加熱工程の後に表面から本体物質を一部除去する
必要がある。

表面層の局部化に関する限り、主表面の一部に
局部的に延在する陽極処理にて形成される表面層
は、上記主表面の一部を単に局部的に陽極処理す
るか、或いは主表面全体を陽極処理し、その後得
られた表面層の一部を除去することによつて形成
することもできる。

本発明による簡単な方法で平担なｐ−ｎ接合を
形成することができるので、検出装置の素子本体
の主表面内にて終端する１個以上のｐ−ｎ接合を
有している種々のタイプの検出装置を形成するこ
とができる。従つて、加熱工程中に主表面に形成
される表面層の大きさを適当な大きさにして、形
成されるｐ−ｎ接合の主部分が上記主表面にほぼ
平行となり、かつその主部分が検出装置の光起電
赤外線検出素子の光感応ｐ−ｎ接合部を構成する
ようになる。この場合には、上記表面層を主表面
上において各別の部分から成るアレイ状として、
検出装置の動作温度にてｎ−形物質の特性を呈す
る島状領域のアレイが、ｐ−形物質の特性を呈す
る共通本体内に形成され、加熱工程の後に各ｎ−
形領域に導電性接続部を設け、ｐ−形部分に少な
くとも１個の共通の導電性接続部を設けるように
することができる。この方法によれば、例えば共
通本体に光起電検出素子の線形アレイまたはマト
リツクスのようなモノリシツクアレイを簡単に形
成することができる。

本発明による方法はｐ−形物質の特性を有する
共通本体にｎ−形物質の特性を有する表面隣接島
領域のアレイを形成するのに用いることもでき、
この場合各ｎ−形領域には加熱工程後に互いに離
間した第１および第２の導電性接続部を設けて、
検出装置の光導電性赤外線検出素子を形成する。
この方法では共通本体に光導電性の検出素子のモ
ノリシツクアレイ（例えば線形アレイまたはマト
リツクス）を形成することができ、なおこの場合
には素子間を適当に分離でき、しかも光導電効果
を光起電効果よりも優れたものとして、自由電荷
キヤリヤがｐ−ｎ接合に関連する電界により分離
されるものとみなすことは勿論である。上述した
ようにすれば、支持基板上に個々設けられる複数
個のテルル化水銀カドミウムから成る従来のアレ
イに比べ有利である。共通本体に各素子を形成す
るようにすれば、各素子への接点の形成が簡単で
あり、しかも隣接する素子間の間隔を正確に制御
することもできる。

元素ソースを伴なう表面層を本体の主表面に局
在させる方法では、加熱工程の後に、ｐ−ｎ接合
が表面にて終端している個所に隣接して延在して
いる表面層の周辺部分を少なくとも除去すること
ができる。このことは特に、電解陽極処理により
表面層を形成する場合に有利である。その理由
は、ｐ−ｎ接合部の端部に陽極表面層が存在する
と、陽極層の下側の蓄積層によつて接合部の特性
が損われるからである。

加熱工程の後には表面層を除去し、かつエツチ
ング処理して本体の片側主表面から本体物質の一
部を除去し、かつ上記表面におけるｐ−ｎ接合の
終端部によつて画成される主表面の少なくとも一
部をさらに電解陽極処理して上記主表面を不活性
化させることができる。

図面につき本発明を説明する。

先ず種々の異なる組成のテルル化水銀カドミウ
ム本体にｐ−ｎ接合を形成する幾つかの例を、こ
れらの方法にて得られるｐ−ｎ接合の特性図と一
緒に説明し、後に赤外線検出素子を製造する幾つ
かの例を図面につき説明する。

なお第３〜９図は実寸にて図示したものではな
く、これら各図における幾つかの部分の相対寸法
および比率（特に断面において）は図示の明瞭化
および説明の便宜上拡大したり、または縮小して
図示してある。

本発明による方法によつてテルル化水銀カドミ
ウムにｐ−ｎ接合を形成する実験上の細部につい
てアウトラインを幾つか説明する。ｘが0.15〜
0.35の範囲内にある組成範囲の種々のテルル化水
銀カドミウムから得た厚さが約200ミクロンの研
摩したスライスからSHIPLEY AZ 1350 Ｈの如
きホトレジストのマスクを用いて重炭酸ナトリウ
ム溶液中にて限定表面領域を陽極処理してサンプ
ルを形成した。ついで陽極処理したスライスを真
空または窒素雰囲気中で１時間にわたり180℃に
加熱した。この加熱後、臭素をエチレングリコー
ルに溶解した５％溶液中にてスライスを10分間エ
ツチングし、ついで陽極処理および非陽極処理領
域の双方に適当なホトレジストマスクを介してス
パツタリングにより金接点を被着した。つぎに
−特性を測定した。

第１図は上記実験によつて形成されたｐ−ｎ接
合の測定電流／電圧特性を示す。このｐ−ｎ接合
は直径が280ミクロンの円形の陽極処理した表面
領域の下側に形成された。第１図の特性は周囲を
完全に照明した２πの立体角で得たものである。

第２図は他の例の特性を示し、この場合にはｐ
−ｎ接合を125ミクロン×185ミクロンの矩形表面
領域として第１図の場合と同一条件下にて形成し
た。この特性は60゜の視界で得たものであり。こ
の特性から明らかなようにこの場合には第１図に
示す特性のサンプルよりもオフーセツト電圧が小
さい。

光起電赤外線検出素子の線形アレイを共通本体
に形成し、このアレイを77〓で、８〜14ミクロン
の波長領域内で動作させるのに好適な光起電赤外
線検出装置に用いるようにする本発明による方法
の一例につき説明する。

出発材料は組成がHg₀.₈Cd₀.₂Teで、直径が11
mm、厚さが450ミクロンのテルル化水銀カドミウ
ムのスライスとした。このスライスは常温ではｎ
−形物質の特性を呈し、77〓ではｐ−形物質の特
性を呈する。代表的には77〓でアクセプタキヤリ
ヤ濃度は２×10¹⁷cm^-3であり、移動度は1.5×10²
cm²V^-1sec^-1で、しかも固有抵抗値は0.2Ωcmであ
る。説明の便宜上この出発材料を以後ｐ−形物質
と称する。スライスをセラミツク研摩ブロツクの
上にワツクス層で装着した。ウエフアの表面をベ
ースラツプおよび研摩スラリーを用いて回転機に
より研摩した。この研摩処理は多段式とし、スラ
イスの厚さを400ミクロンにまで薄くするに当
り、結晶構造に漸次欠陥がなくなるように、漸次
微小の研摩粒子とベースラツプを用いるようにし
て行なつた。研摩ブロツクの上でスライスの周辺
肩部を計つた厚さが400ミクロンになつたら、研
摩ブロツク上にまだ取付けられているウエフアの
露出表面をエツチング処理した。これによりウエ
フア表面をさらに50ミクロン除去した。そこでウ
エフアを研摩ブロツクから取外し、ウエフアを研
摩ブロツクから取外し、ウエフアの処理理した主
表面を下にして別の研摩ブロツクに接着した。つ
いで漸次微細とする研摩粒子およびベースラツプ
を用いて同じ条件にて研摩し、ウエフアの厚さを
250ミクロンにした。その後エツチング処理して
露出表面からさらに50μ除去した。

研摩ブロツクにワツクス層を介して依然付着さ
れている厚さが約200ミクロンのウエフアの上側
面にホトレジスト層を被着した。ついでホトマス
キングおよび現像処理を行なつてホトレジスト層
に複数個のほぼ平行な細条状の開口を画成した。
つぎにエツチング処理を行なつて、ウエフアに複
数個のほぼ平行に延在する第１チヤネルを形成
し、これらのチヤネルによつて研摩ブロツク上に
テルル化水銀カドミウムの複数個のほぼ平行に延
在するストリツプ部分を画成した。代表的には、
単一素子の検出器を形成する場合、或いは線形ア
レイの検出器を形成する何れの場合にもストリツ
プ部分の幅は１mmとする。ついで、残留ホトレジ
スト層を除去し、さらにエツチング処理してスト
リツプ部分の上側縁部を丸くした。

つぎの処理段にてストリツプ部分の上側面にホ
トレジスト層を被着した。慣例のホトマスキング
および現像処理を用いて、ストリツプ部分の長手
方向にほぼ直角に延在する複数個のほぼ平行なス
トリツプをホトレジスト層から除去した。上記ス
トリツプの間隔は必要とされる検出素子の形態に
よつて定まる。代表的には、単一素子の検出器の
場合ストリツプの間隔を１mmとして、１mm×１mm
の検出素子とすることができる。線形アレイの検
出器の場合にはストリツプの間隔を素子の長さに
対応させ、本例ではその間隔を３mmとした。この
ようにして画成したホトレジストをエツチングマ
スクとして用いてエツチング処理し、ウエフアを
完全にエツチングすることにより複数個の平行に
延在するチヤネルを形成し、これにより研摩ブロ
ツク上に本例では各々が３mm×１mmのほぼ矩形状
の素子本体部分から成るアレイを画成し、これら
本体部分の互いに対向する側部における長手方向
縁部は多少丸くした。

所要検出器の特定形態に応じて、特に、素子本
体部分を所望な方法で取付けたり、個々の検出素
子に電気接点を設けたりするには種々の方法があ
る。特に単一素子の検出器を形成する場合には、
複数個の素子本体部分にｐ−ｎ接合を形成するの
に必要な少なくとも一部の処理を行なうのに、上
記本体部分を研摩ブロツク上に載せたままとす
る。例えばホトレジスト層を本体部分に被着し
て、電解陽極処理をする前に素子本体部分の露出
領域の上に赤外線感応領域を画成することがで
き、この場合上記露出領域の大きさは所望な感応
領域の大きさと一致させる。このような形態とす
れば、素子本体部分は電解陽極処理後に研摩ブロ
ツクから取外せばよいことになる。陽極処理によ
り形成された表面層の下側にｐ−ｎ接合を形成す
るためのつぎの加熱処理は、素子本体部分を自由
な状態または適当な基板上に予め取付けた状態の
何れかで行うことができる。しかし本例では３mm
×１mmの素子本体部分を研摩ブロツク上に画成し
た後にこれらの本体部分を個々取外して、片側主
表面に印刷リードアウト（引出し）接点パターン
を有しているセラミツク基板上に各々取付けた。
第３図は斯種の基板に３mm×１mmで、しかも上述
した方法によつて得たｐ−形（77〓で）テルル化
水銀カドミウムの素子本体部分の１つを取付けた
装置の一部を示す平面図であり、この図では上記
素子本体部分の一部を図示してあるだけである。
基板１は0.5mm厚の高密度アルミナとした。上側
表面には金メツキしたニクロム製の印刷リードア
ウト接点パターンを0.5ミクロンの厚さで設け
た。接点パターンは幅が1.9mmの共通リードアウ
ト導体２と、各々幅が100ミクロンでピツチが200
μの10個のリードアウト導体３を具えている。ｐ
−形材料製の素子本体部分４をエポキシ樹脂層に
よつて基板１に固着した。導体２と３との対向端
面の間隔は1.4mmとした。

セラミツク基板１とこれに取付けたｐ−形本体
４とのアセンブリの上側表面領域にホトレジスト
層を被着した。ついでホトマスキングおよび現像
処理を行なつてホトレジスト層に10個の領域を画
成した。これら各領域の寸法は150ミクロン×100
ミクロンとし、領域間の相対離間距離は100ミク
ロンとした。第４図はホトレジスト層５に10個の
開口６をあけた素子４の平面図を示す。

ついで電解陽極処理を行なつた。これは素子本
体部分４と支持基板１とのアセンプリを重炭酸ナ
トリウム溶液を含有している浴に浸して行なつ
た。この場合、本体４はタングステン線を介して
電源の正端子に電気接続すると共に、上記浴中の
溶液に入れる金電極は電源の負端子に接続した。
陽極処理は15Vの一定供給電圧で、7.5ｍＡの初
期電流で１分間にわたり行なつた。この処理はそ
の都度陽極処理にて形成される表面層を除去しな
がら数回繰返すことができる。この陽極処理、或
いは繰返し処理をする場合にはその最終工程にて
斯る処理中ホトレジストで覆われていない各領域
に約2000Åの厚さの表面層を形成した。この層の
正確な組成を確めることはできなかつたが、陽極
処理浴に同じ電解液および別の電解液を用いてテ
ルル化水銀カドミウムの他の本体上に形成される
同様な表面層にて行なつた種々の実験および処置
によつて斯る表面層の１つの成分が水銀酸化物で
あることが判明した。

つぎの処理工程ではホトレジスト層５の残留部
分を除去した。その後、アセンブリを拡散炉内で
真空または窒素雰囲気中で180℃の温度で１時間
にわたり加熱処理した。この加熱工程によつて素
子体の表面隣接領域の導電性が変換された。この
変換とは所定の動作温度（77〓）で上記表面領域
の物質がｎ−形特性を呈するようになることであ
り、このようにして上記領域と上記温度にてｐ−
形特性を呈する本体の残りの部分との間にｐ−ｎ
接合が形成された。説明の便宜上この領域を第４
図の−線上での断面図を示す第５図にｎ−形
領域９として示してあり、この領域とｐ−形本体
４とでｐ−ｎ接合１０が形成された。このｐ−ｎ
接合１０は図示のように、陽極処理にて形成され
た表面層７の周囲の外側における本体４の表面に
て終端している。ｐ−ｎ接合の主部分は本体の上
側面にほぼ平行に、しかも本体の表面から約６ミ
クロンの深さの所に延在している。

ついで陽極処理にて形成された表面層７をエツ
チングして除去すると共に、さらにエツチングし
てテルル化水銀カドミウム本体の表面から約0.5
ミクロンの厚さ分だけ除去した。

ついで別のホトレジスト層をテルル化水銀カド
ミウム本体の全表面に被着し、マスクを用いて部
分的に露光して、その後ホトレジスト層を部分的
に除去して、素子本体の片側に沿つてホトレジス
トにより覆われていない幅が375ミクロンの長手
方向ストリツプを残存させるようにした。本体の
ホトレジストにて覆われていない部分は素子本体
部分の各陽極処理領域の少量部を含むようにし
た。ついで、エポキシ樹脂層のような誘電層を被
着して、この層によつて露出表面部分を覆うよう
にした。この場合上記樹脂層は３〜４ミクロンの
厚さに被着した。

第６図はエポキシ樹脂層１２を被着し、ホトレ
ジスト層を溶解した後の本体部分を示す平面図で
ある。

ついで素子本体部分４の表面全体および印刷し
たリードアウト接点パターンを含む基板１の全表
面にさらにホトレジスト層を被着した。ついでこ
のホトレジスト層をマスクを用いて露光し、これ
にて露光された部分を溶解してホトレジスト層に
孔をあけた。これらの孔はｎ−形領域９の上に延
在する40ミクロン×25ミクロンの開口部を含み、
これら開口部からエポキシ樹脂層の上および導体
３の上方に40ミクロンの幅のストリツプが延在す
るようにした。また、素子４の別の長手方向縁部
にも隣接してホトレジスト層に１mmの幅のストリ
ツプ孔をあけ、これも共通リードアウト導体２の
隣接縁部の上に0.55mmだけ延在させた。ついで表
面全体にスパツタリングにより0.5ミクロンの厚
さに金属を堆積した。この堆積金層はホトレジス
ト層の孔の中で種々の露出領域および層と接触し
て延在する。ついでホトレジスト層上に堆積され
た金属を引上げ（リフトオフ）法、すなわち残留
ホトレジストを溶解することにより除去した。第
７図は余分の金層を除去した後のアセンブリの平
面図である。10個の金ストラツプ１５の各々を一
端はｎ−形表面領域９と接触させ、他端はリード
−アウト導線３と接触させて延在させた。１個の
金ストラツプ１６はｐ−形本体４の上側面および
共通リード−アウト導体２と接触させて延在させ
た。第８図から明らかなように、各ストラツプ１
５はエポキシ樹脂層１２を設けたことにより下側
のｐ−形本体部分の領域とは絶縁される。

このようにして10個の素子を直線的に配列した
光起電検出器を簡単に形成することができる。こ
のような素子アレイをカプセル封止する前の最終
製造工程として、各アセンブリ全体を軽度にエツ
チングして、装置の表面から数100Å単位に相当
する薄い層を除去して特性の改善を図るのが望ま
しい。

本発明は上述した例のみに限定されるものでな
く、処理工程、特にｐ−ｎ接合を形成した後の接
点形成方法については多数変更を加えることがで
きる。例えば、ｐ−ｎ接合を形成して、陽極表面
層を除去したら、ｐ−ｎ接合が表面にて終端する
各ｐ−ｎ接合の境界線内にある各赤外線感応領域
に新たな陽極表面層を局部的に形成することがで
きる。この方法では、装置を70℃までの温度とす
る場合に、装置の特性が劣化するとは限らないの
で、保護層の形成により検出器の特性を向上させ
る。斯る変形剤を適用する場合には、最終的に形
成した陽極層にあけた開口部を経てｎ−形領域に
さらに接点を形成する。

さらに他の変形例を第９図につき説明する。こ
の例では前述した例を変更して、共通本体に光導
電性検出素子の直線アレイを形成する。検出装置
は印刷リードアウト導体２２および２３を対応さ
せて配置したパターンを有するセラミツク基板２
１を具えている。素子の外部寸法はｎ−形領域２
９の寸法と同じとし、200ミクロン×100ミクロン
とする。各ｎ−形領域２９の両端部にはストリツ
プ３５および３６を接続する。各ストリツプはｐ
−形部分の上に延在させると共に、エポキシ層３
２によつてｐ−形層とは絶縁する。ストリツプ３
５はリードアウト導体２３と接触して延在させ、
ストリツプ３６は共通リード−アウト導体２２と
接触して延在させる。

さらに本発明は幾多の変更を加え得ること勿論
である。例えば電解陽極化によつて導電型が反転
する部分を含む表面層を形成する場合には、例え
ば炭酸ナトリウムおよびリチウムとカリウムの炭
酸塩および重炭酸塩の溶液を用いることができ
る。陽極化により上述したような層を形成するに
は、例えば過酸化水素の如き酸化性水溶液を用い
て化学変換により過剰「ドービング」種を含む天
然酸化物形態に形成することもできる。上述した
ような水溶液でテルル化水銀カドミウム本体を処
理し、その後加熱して、表面酸化物層の下側に延
在するｐ−ｎ接合を形成することができる。

上述した例では表面隣接領域にて導電型が反転
する。しかし本発明方法は導電型が周囲の材料の
導電型とは反対の埋込み領域を形成するのに用い
ることができる。

第３〜８図につき述べた方法とは別の例につき
本発明方法を説明する。この例では出発材料の組
成および200ミクロンのスライスを形成する研摩
およびエツチング工程を含むスライスの準備工程
は前述した例と全く同じとする。この例の方法で
は斯るスライスを過剰な水銀を付加的に含有して
いる封止カプセル内にて加熱する点が前述した例
とは相違している。この加熱処理は250℃の温度
で１時間にわたり行なう。これにより水銀の内方
拡散によつて77〓にてｎ−形特性を呈する深さ10
ミクロンの表面層を形成する。ｎ−形層は研摩し
て片側の主表面から完全に除去すると共に、反対
側の主表面からはエツチングにより約２ミクロン
除去する。ついで、ｎ−形表面層（77〓）を有し
ているｐ−形（77〓）スライス形態の本体を前述
した例の如くして処理し、例えば３mm×１mmの如
き所望な寸法を素子本体を形成するも、これらの
各素子本体は約８ミクロンの厚さのｎ−形表面層
を有している。斯る方法における電解陽極処理は
同じ方法で行うも、この陽極処理を最終的に得ら
れる所望寸法領域以上の面積となるように行なつ
て、例えば形成すべき接合部の片側および接点領
域の上にもエポキシ樹脂のような絶縁層を後に被
着するための空所を残すようにする。

電解陽極処理に続いて、この陽極化中に用いた
ホトレジストマスクを除去し、ついで１時間にわ
たり180℃の温度で加熱する。これによりｎ−形
表面層の覆われていない部分をｐ−形特性の材料
に元通り変換する。これらの領域での以前の水銀
内方拡散はこの加熱工程にて外方拡散となる。し
かし、陽極化により形成された表面層７の下側の
ｎ−形表面層部分はｎ−形のままであり、しかも
同じ深さのままであるので、上記表面層７は先ず
水銀の外方拡散に対して外方拡散マスクとして作
用すると共に、水銀の別の内方拡散に対し水銀の
局部的なソース（源）としても作用する。この後
者の特性は、斯様な付加的に設けられる局部的な
水銀ソースがなければ、斯様な温度、すなわち、
180℃で、１時間にわたり加熱する際に、以前の
内方拡散された水銀濃度が本体中に分散されると
云う仮定に基いている。

【図面の簡単な説明】

第１および２図は本発明による方法によつてテ
ルル化水銀カドミウム本体に形成した２つの異な
るｐ−ｎ接合の測定電圧／電流特性図、第３〜８
図は本発明による方法によつて10素子光起電赤外
線検出アレイ装置を製造する種々の製造段を示
し、第３，４，６および７図は各々が検出装置の
テルル化水銀カドミウム素子本体と、該本体を装
着する支持基板の一部とを含んでいる線図的平面
図、第５および８図は２つの異なる製造段におけ
る素子本体の一部の線図的断面図、第９図は本発
明による方法によつて製造した10素子の光導電性
赤外線検出アレイ装置の一部を示す線図的平面図
である。 １……基板、２，３……リードアウト導体、４
……素子本体、５……ホトレジスト層、６……開
口、７……表面層、９……表面隣接領域、１０…
…ｐ−ｎ接合、１２……エポキシ樹脂層、１５，
１６……金ストラツプ、２１……基板、２２，２
３……リード−アウト導体、２９……表面隣接領
域、３２……エポキシ樹脂層、３５，３６……ス
トリツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ テルル化水銀カドミウム本体の表面の少なく
   とも一部分を変換処理して、前記本体に表面層を
   形成し、その後加熱工程を行なつて赤外線検出装
   置を製造するに当り、前記変換処理により形成さ
   れる表面層が前記本体から導出された元素を十分
   な量含み、該元素が後にこの元素を前記本体に再
   導入させるソースとして作用するようにし、前記
   元素を前記本体の一成分とすると共に、該元素が
   前記本体を成す物質中に過剰濃度で存在する場合
   に、該本体物質が検出装置の動作温度にてｎ−形
   物質の特性を呈するようにし、かつ前記表面層を
   前記加熱工程にて100℃以上の温度に加熱して、
   表面層からの前記元素の所定量を本体の下側領域
   内に導入させて、本体中にｐ−ｎ接合を形成する
   ようにしたことを特徴とする赤外線検出装置の製
   造方法。 ２ 特許請求の範囲１記載の方法において、検出
   装置の動作温度にてｐ−形物質の特性を有するテ
   ルル化水銀カドミウムに表面層を形成し、かつ、
   前記加熱工程により前記下側領域が検出装置の動
   作温度にてｎ−形物質の特性を呈するようにする
   と共に、前記本体の隣接部分がｐ−形特性を保有
   して、前記本体中に前記ｐ−ｎ接合を形成するよ
   うにしたことを特徴とする赤外線検出装置の製造
   方法。 ３ 特許請求の範囲１記載の方法において、検出
   装置の動作温度にてｐ−形物質の特性を有するテ
   ルル化水銀カドミウムに前記表面層を形成し、か
   つ、前記加熱工程によつて前記表面層からの前記
   元素の導入により前記下側領域がｎ−形特性を保
   有するようにすると共に、前記本体の隣接部分を
   前記加熱工程によつて検出装置の動作温度でｐ−
   形特性を呈する物質に変換して、本体中に前記ｐ
   −ｎ接合を形成するようにしたことを特徴とする
   赤外線検出装置の製造方法。 ４ 特許請求の範囲３記載の方法において、前記
   表面層を形成する前に、検出装置の動作温度にて
   ｐ−形物質の特性を有するテルル化水銀カドミウ
   ム本体の少なくとも一表面に水銀を拡散させて、
   前記検出装置の動作温度にてｎ−形物質の特性を
   呈する前記本体の表面隣接部分を形成するように
   し、その後表面隣接部分の上に前記表面層を形成
   し、かつ、前記加熱工程によつて前記表面隣接部
   分の露出部分から水銀を外方拡散することによ
   り、該部分を前記検出装置の動作温度にてｐ−形
   特性を呈する物質に変換させるようにしたことを
   特徴とする赤外線検出装置の製造方法。 ５ 特許請求の範囲１〜４の何れか１つに記載の
   方法において、加熱工程中前記表面層を本体の主
   表面の一部分に局在させ、かつ、前記元素の導入
   により形成されたｎ−形特性を呈する下側領域が
   前記主表面に局部的にのみ隣接するようにして、
   形成されたｐ−ｎ接合が主表面まで延在して、該
   ｐ−ｎ接合が前記主表面にて少なくとも部分的に
   終端するようにしたことを特徴とする赤外線検出
   装置の製造方法。 ６ 特許請求の範囲１〜５の何れか１つに記載の
   方法において、加熱工程の期間中、本体の主表面
   上の表面層の大きさを、形成されるｐ−ｎ接合の
   少なくとも主要部分が前記主表面にほぼ平行に延
   在し、かつ該ｐ−ｎ接合の主要部分が検出装置の
   光起電赤外線検出素子の光感応ｐ−ｎ接合を構成
   するようにしたことを特徴とする赤外線検出装置
   の製造方法。 ７ 特許請求の範囲６記載の方法において、加熱
   工程中前記表面層を前記主表面上にて各別の部分
   から成るアレイ形態として、ｎ−形物質の特性を
   有する島領域のアレイをｐ−形物質の特性を有す
   る共通部分に形成し、加熱工程の後に各ｎ−形領
   域に導電性の接続部を設けると共に、ｐ−形本体
   部分には少なくとも１個の共通の導電性接続部を
   設けるようにしたことを特徴とする赤外線検出装
   置の製造方法。 ８ 特許請求の範囲５記載の方法において、前記
   表面層を前記主表面上にて各別の部分から成るア
   レイ形態とした、ｎ−形物質の特性を有する表面
   隣接島領域のアレイをｐ−形物質の特性を有する
   共通本体に形成し、加熱工程の後に各ｎ−形領域
   に互いに離問した第１および第２の導電性接続部
   を設けて、検出装置の光導電性赤外線検出素子を
   形成するようにしたことを特徴とする赤外線検出
   装置の製造方法。 ９ 特許請求の範囲５〜８の何れか１つに記載の
   方法において、加熱工程の後に、前記ｐ−ｎ接合
   が主表面にて終端する個所に隣接して延在してい
   る前記表面層の少なくとも周辺部分を除去するこ
   とを特徴とする赤外線検出装置の製造方法。 １０ 特許請求の範囲９記載の方法において、加
   熱工程の後に、表面層を除去し、エツチング処理
   して前記主表面から本体物質の一部を除去し、か
   つ、前記表面内のｐ−ｎ接合の終端部によつて画
   成される主表面の少なくとも一部分を電解陽極処
   理することを特徴とする赤外線検出装置の製造方
   法。 １１ 特許請求の範囲１〜１０の何れか１つに記
   載の方法において、前記元素を伴なう表面層を形
   成する変換処理がテルル化水銀カドミウムを電界
   陽極処理する工程を含み、該陽極処理工程の後に
   100秒〜40時間の範囲内の期間にわたり本体を125
   ℃〜270℃の範囲内の温度で加熱して前記ｐ−ｎ
   接合を形成することを特徴とする赤外線検出装置
   の製造方法。