JPS62119976A - 赤外線検知素子 - 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】 〔概要〕 光起電力（Ｐい型赤外線検知素子の検知感度を上げるた
めに、存効受光面積を小さくすることなく、素子を構成
するダイオードの面積を小さくし、かつダイオード近傍
の基板表面の禁制帯幅を大きくして光発生電荷が基板表
面で消滅するのを防止する構造の素子を提起する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は素子の検知感度を向上する構造を持つｐｖ型赤
外線検知素子に関する。

水銀カドミウムテルル（Ｈｇ、−ＸＣｄ、Ｔｅ）を用い
たｐｖ型赤外線検知素子は医療用、工業用（エンジン、
集積回路等）の熱設計のための赤外過像に用いられてい
る。比較的低温物体を対象とする場合は１０μｍ帯のＨ
ｇ　＋−ｘｃｄＸＴｅを用いる。この場合の混晶比（ｘ
値）はｘ＝０．２である。

また高温の熱設計用としては、５μｍ帯のｘ＝０．３の
混晶が用いられている。

ｐｖ型赤外線検知素子においては、利用者側の高精度の
要求より検知感度を向上する素子構造が望まれる。

〔従来の技術〕

第５図は従来例によるｐｖ型赤外線検知素子の構造を模
式的に説明する断面図である。

図において、赤外線検知素子は ｐ型Ｈｇ＋□ＣｄＸＴｅ基板１）に、基板表面上にマト
リックス状に配列されたｎ“型層１２が形成されて構成
される複数のダイオードによって構成される。

ｐｖ型赤外線検知素子においては、検知感度を上げるた
めには、次式より分かるように、ダイオードのゼロバイ
アス抵抗Ｒ０を大きくしなければならない。

波長λに対する検知感度口９は次式でを与えられる。

＝　（λ／ｈｃ）ηｅ（４ｋＴ／ＲｏＡｃ＋２ηｅ”Ｑ
ｍ）−””’ここに、 λ：波長、 ｈ：波長、 Ｃ：光速、 η：量子効率、 ｅ：電荷、 ｋ：ボルツマン定数、 Ｔ：動作温度、 Ｒｏ：ゼロバイアス抵抗、 Ａｃ：有効受光面積、 Ｑ８：背景光 である。

通常、ゼロバイアス抵抗Ｒ０が小さいため、上式％式％
） ダイオードのＲｏはダイオード面積に反比例するため、
ダイオード面積を小さくすると有効受光面積ａＣも小さ
くなり、大きな表面再結合速度を持つ基板表面が相対的
に大きくなり、ダイオードのｎ゛型層流入する光発生電
荷ｅが基板表面で消滅する割合が増加し、その結果素子
の量子効率が低下するという欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のｐｖ型赤外線検知素子においては、検知感度向上
のためダイオード面積を小さくすると、光発生電荷の表
面再結合が増加し、有効受光面積も小さくなるため、素
子の量子効率を低下させる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点の解決は、ｐ型水銀カドミウムテルル（１ｇ
ｌ−ｘｃｄｚＴｅ）基板（１）内にその表面より、局部
的な領域にｎ゛型層９）と、該ｎ゛型層９）以外の領域
に該ｐ型水銀カドミウムテルル基板（１）よＪｊＸ（ａ
の大きいｐ型水銀カドミウムテルル層（６，７）とを形
成してなる本発明による赤外線検知素子によって達成さ
れる。

〔作用〕

本発明は光発生電荷が基板表面で消滅するのを防止して
、ダイオード面積は小さくするが、受光有効面積を小さ
くしないで、前記の式のＲ，ＡＣを大きくする素子構造
の提案である。ＲｏＡｃを大きくすることにより、検知
感度口０を大きくすることができる。

そのため、赤外線検知素子を構成するダイオードの周囲
に、Ｘ値が基板より大きい、すなわち禁制帯幅の大きい
領域を形成し、光発生電荷の流れを基板表面より内部に
押しやり、光発生電荷がｎ゛型層効率よく集められるよ
うにする。このようにすると光発生電荷の流れは基板内
部を通るため、ダイオード面積を小さくしても基板表面
で消滅する電荷を低減でき、有効受光面積は小さくなら
ない。

第２図は本発明による赤外線検知素子を構成する基板（
ダイオードの周囲の部分）に対するエネルギ帯図である
。

図において、Ｖ、Ｂ、は価電子帯の上端、Ｃ，Ｂ、は伝
導帯の下端、Ｓは結晶表面である。

Ｖ、Ｂ、とＣ，Ｂ、の間隔は禁制帯幅で、これはＸ値が
大きくなるほど大きくなり、このために生じた電界によ
りＣ，Ｂ、中の電子（光発生電荷）は基板内部へ押しや
られる。

（実施例〕 第１図は本発明によるｐｖ型赤外線検、知素子の構造を
説明する断面図である。

図において、素子は、ｐ型１）ｇｔ−ｘＣｄｘＴｅ基板
１に、基板表面上にマトリックス状に配列されたｎ＋型
層９が形成されて構成される複数のダイオードにより構
成される。

ｎ゛型Ｊｉ９の周囲にＸ値が基板より大きいｐ型１）ｇ
　＋　−ｘｃｄ　ｘＴｅ領域６．７が形成された構造と
なっている。

このような構造では、光発生電荷ｅの流れは基板内部を
通ってｎ°型層９に集められる。

つぎに、本発明の構造を得るための工程の概略を説明す
る。

第３図（１）〜（５）は本発明によるｐｖ型赤外線検知
素子の製造工程を工程順に示す断面図である。

第３図（１）において、ｐ型Ｈｇ＋−ｘｃｄＸＴｅ基板
１上に二酸化珪素（ＳｉＯ□）Ｎ２を被着し、その上に
縦横に５０μｍピンチに配列してパターニングされたネ
ガ型レジスト３を用いて、幅２０μｍのｎ゛型Ｎ９の形
成予定領域４の端から５〜１０μｍ大きい領域を残して
ＳｉＯ□層２を除去する。

第３図（２）において、５ｔＣｈ層２を除去した領域５
の基板表面を臭素メタノール系のエッチャントを用いて
深さ約５μｍエツチングする。

つぎに、レジスト３を除去する。

第３図（３）において、Ｓｉ０２層２を被着したまま基
板上に、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法により厚
さ約１０μｍのカドミウムテルル（ＣｄＴｅ）層６を成
長する。

この成長温度は５００℃前後で、成長中にＣｄＴｅ１ｉ
６とｔ（ｇ＋−ＸＣｄｘＴｅ基板１間にＣｄとＩｌｇの
相互拡散が起こり、基板よりＸ値が大きなｐ型ｆｉｇ　
ｌ−ｘＣｄＸＴｅ層７が形成される。その厚さは約５μ
ｍである。

第３図（４）において、ＣｄＴｅ層６を研磨して５ｉＯ
１層２の下の基板部分８を露出させる。

第３図（５）において、基板部分８より基板中に硼素イ
オンを注入して、ｎ＋型層９を形成する。

以上により、本発明の素子の主要工程を終わる。

第４図は本発明によるｐｖ型赤外線検知素子の構造を説
明する平面図である。

図示のＡ−Ａ断面が第３図（５）に示される断面図に対
応する。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によるｐｖ型赤外線検
知素子は、ダイオード面積を小さくし、かつ光発生電荷
の表面再結合を低減しすることにより、素子の検知感度
を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるｐｖ型赤外線検知素子の構造を説
明する断面図、 第２図は本発明による赤外線検知素子を構成する基板（
ダイオードの周囲の部分）に対するエネルギ帯面、 第３図（１）〜（５）は本発明によるｐｖ型赤外線検知
素子の製造工程を工程順に示す断面図、 第４図は本発明によるｐｖ型赤外線検知素子の構造を説
明する平面図、 第５図は従来例によるｐｖ型赤外ｖＡ検知素子の構造を
模式的に説明する断面図である。 図において、 １はｐ型１）ｇ＋−ｘＣｄ＋ｃＴｅ基板、２はＳｉＯ□
層、 ３はネガ型レジスト、 ４はｎ゛型層９の形成予定領域、 ５はＳｉ０２層２を除去した領域、 ６はＣｄＴｅＪｉｉ。 ７はｐ型１）ｇ＋−ｘｃｄｘＴｅ領域、８はＳｉ０２層
２の下の基板部分、 ９はｎ゛型層 木登ＢＭ、ｎｉ伽断面図 第１図 オノに萌Ｉ１）系子４ＬネルＡ゛量図 第２１！１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｐ型水銀カドミウムテルル（Ｈｇ＿１＿−＿ｘＣｄ＿ｘ
   Ｔｅ）基板（１）内にその表面より、 局部的な領域にｎ＾＋型層（９）と、 該ｎ＾＋型層（９）以外の領域に該ｐ型水銀カドミウム
   テルル基板（１）より混晶比（ｘ値）の大きいｐ型水銀
   カドミウムテルル層（６、７） とを形成してなることを特徴とする赤外線検知素子。