JPS63310165A

JPS63310165A - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JPS63310165A
Application number: JP62145322A
Authority: JP
Inventors: Kenji Udagawa; 賢司宇田川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-06-12
Filing date: 1987-06-12
Publication date: 1988-12-19

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、赤外線検出部と検出信号処理部とが、同一
の半導体基板上に配列される赤外線検出装置にかかるも
のであり、特に長波長赤外線の検出に好適な赤外線検出
装置に関するものである。

［従来の技術］近年では、８〜１４μｍ帯を含む長波長赤外線による画
像を得るための撮像システムの用途が広がり、その需要
が増大している。

このような波長帯の単体検出素子あるいは小規模のリニ
ア・アレイ・センサとしては、高感度が得られるＨｇＣ
ｄＴｅ　（テルル化水銀カドミウム）が一般に用いられ
ている。

このような素子を用いて一次元あるいは二次元の画像情
報を得るには、機械的な走査装置が必要であるため、か
かる走査装置の不要な固体撮像装置が望まれている。

固体撮像装置を実現するためには、検出素子ないし受光
素子と電気信号処理回路とが、いずれも同一基板上に形
成できることが重要である。また、このようにすると、
Ｓｉ（シリコン）を用いた可視光用撮像装置の例からも
明らかなように、高画素化に対して有利となる。

ところが、長波長帯赤外線検出に用いられるＨｇＣｄＴ
ｅは、そのバンド・ギャップがＳｉなどに比べて小さく
、このため同一基板上に検出素子と信号処理回路とを形
成するのは困難とされている。

例えば、信号処理回路中のトランジスタなどの暗電流が
大きくなる。

そこで、信号処理回路が形成されたＳｉ基板と、複数の
受光素子が形成されたＨｇＣｄＴｅ基板とを機械的に接
続する方法がいくつか提案されている。

まず、Ｉｎ（インジュウム）柱台合法では、例えは２５
μｍ径のＩｎの微片を用いて両基板が電気的および機械
的に接続される。

次に、スルーホール法では、両基板が接着剤などによっ
て機械的に接続されるとともに、ＨｇＣｄＴｅ基板にス
ルーホールが開けられて両基板の電気的接続が行われる
。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、以上のような従来の方法では、以下のよ
うな不都合がある。

まず、Ｉｎｎ柱台合法、結合部分の面積を小さくできな
いこと、圧着工程の作業が難しいこと、大きな両基板の
熱膨張率の差を良好に吸収できないこと等の問題点を有
しており、素子配置の高密度化ないし高画素化には困難
がある。

次に、スルーホール法では、機械的に脆いＨｇＣｄＴｅ
基板を１０μｍ程度に研摩して接着剤で貼り合わせると
いうむずかしい工程を必要とするという不都合がある。

更に、何れの方法においても、異種基板を貼り合せる構
造となっており、両基板の熱膨張率の差が大きいと、動
作時の冷却温度と非動作時の常温との差によって発生す
る圧縮力あるいは伸長力が接続部分に加わることとなる
。

かかる圧縮力あるいは伸長力が良好に吸収されない場合
には、結合不良率が経時的に増加し易くなり、その信頼
性が低下せざるを得ないという不都合もある。

以上のように、長波長赤外線検出装置の高密度化ないし
高画素化には種々の問題点があった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、検
出素子の高密度化ないし高画素化を良好に可能ならしめ
る赤外線検出装置を提供することをその目的とするもの
である。

［問題点を解決するための手段］この発明は、　ＣｄＴｅ　　（テルル化カドミウム）基
板主面上にエピタキシャル成長させたＨｇ［：ｄＴｅま
たはｌＩｇＺｎＴｅ　（テルル化水銀亜鉛）の何れかの
半導体層によって、赤外線検出素子を形成するとともに
、前記ＣｄＴｅ基板に、該赤外線検出素子の信号処理回
路を形成したことを特徴とするものである。

この発明の一つの態様によれば、前記信号処理回路は、
前記赤外線検出素子出力の転送機能を有する回路である
。

［作用コこの発明においては、ｆｌ：ｄＴｅが基板として使用さ
れる。ＣｄＴｅのバンドギャップは１．５ｅｖと十分に
大きく、これに信号処理回路を形成することは容易であ
る。

次に長波長赤外線受光用の、Ｈ８ＣｄＴｅとＣｄＴｅの
格子定数の差は０．へ以下、ＨｇＺｎＴｅとＣｄＴｅで
は０．８％以下であるため、長波長赤外線受光用のＨｇ
ＧｄＴｅないしＨｇＺｎＴｅのエピタキシャル成長層は
、十分に良質の結晶となる。

赤外線検出素子は、ＣｄＴｅ基板に比べて極めて小さく
てよいのでＨｇＺｎＴｅとＣｄＴｅとの熱膨張率の差は
問題にならず、検出素子と信号処理回路との電気的な接
続も行ない易く、高画素化を達成できる。

［実施例］以下、この発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。

第一実施例の構成まず、第１図及第２図を参照しながら、この発明の第−
実隊例について説明する。

第２図には、第一実施例における全体の回路配置構成例
の概略が示されている。この図において、１画素に対応
する光電変換用の検出素子Ｑ　（Ｘ、Ｙ）は、図示する
Ｘ−Ｙ方向に複数規則的に配列されている。

また、Ｘ方向には、各検出素子Ｑ　（Ｘ、Ｙ）のライン
間に、ＣＣＤなどによって構成されたシフトレジスタｓ
’（ｘ）が各々配置されている。そして、各検出素子Ｑ
　（Ｘ、Ｙ）の光電信号出カ側は、その上方に位置する
シフトレジスタＳ　（Ｘ）に各々接続されている。

例えば、検出素子Ｑ　（１，１）、Ｑ　（１゜２）、Ｑ
　（１，３）、Ｑ　（１，４）、Ｑ　（１゜５）は、シ
フトレジスタ５（１）に各々出力側が接続されている。

次に、シフトレジスタＳ　（Ｘ）の出力側は、図の右方
に配置されている読み出しレジスタＲに各々接続されて
いる。

ここで、以上のような装置の概略の動作を説明すると、
各検出素子Ｑ　（Ｘ、Ｙ）の光電出力は、図示しない適
宜のゲート信号のタイミングによってシフトレジスタＳ
　（Ｘ）に各々出力される。

シフトレジスタＳ　（Ｘ）は、順に人力信号を読み出し
レジスタＲに転送する。そして、転送された各検出素子
Ｑ　（Ｘ、Ｙ）の光電信号ないし画像信号は、順に読み
出しレジスタＲから外部に転送出力されることとなる。

例えば、最初に、検出素子Ｑ（１，１）〜Ｑ　（１，５
）の画像信号がシフトレジスタ５（１）によって読み出
しレジスタＲに転送されるとともに、読み出しレジスタ
Ｒ−によって外部に出力されることとなる。

次に、検出素子Ｑ（２’、１）〜Ｑ　（２，５）の画像
信号がシフトレジスタ５（２）によって読み出しレジス
タＲに転送されるとともに、読み出しレジスタＲによっ
て外部に出力されることとなる。

次に、検出素子Ｑ（３，１）〜Ｑ（３，５）の画像信号
がシフトレジスタ５（３）によって読み出しレジスタＲ
に転送され−るとともに、読み出しレジスタＲによって
外部に出力されることとなる。

以上のように、各検出素子Ｑ（Ｘ、Ｙ）、における画素
対応の画像信号が、Ｘ−Ｙ方向に順に走査されて出力さ
れることとなる。

次に、第１図を参照しながら、１画素分の光電変換素子
と、これに対応するシフトレジスタ部分である処理回路
とについて、詳細に説明する。なお、第１図は第２図の
１−１線に沿った断面の主要部分に対応する図である。

第１図において、Ｐ型ＣｄＴｅ基板１０の主面上には、
部分的にＮ型ＣｄＴｅ層１２が形成されており、これと
基板１０とによるＰＮ接合によって、信号人力ダイオー
ドＤＡが構成されている。

また、基板１０の主面上には、Ｎ型ＣｄＴｅ層１２に接
近してＮ型ＣｄＴｅ層１４が形成されており、これによ
ってＣＣＤ転送領域ＤＢが構成されている。

これらのＮ型ＣｄＴｅ層１２．１４の周囲には、チャン
ネルストップ１６が形成されており、これによって素子
間分離が行われ、隣接する画素からの信号流入が防止さ
れるようになっている。

次に、上述したＮ型ＣｄＴｅ層１２の表面上には、Ｎ型
ＨｇＣｄＴｅ層１８が形成されており、さらにその表面
上にＰ型）１ｇ（：ｄＴｅ層２０が形成されている。

これらＮ型ＨｇＣｄＴｅ層１８．Ｐ型）ＩｇＣｄＴｅ層
２０は、例えば液相法、気相法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ
法等によりエピタキシャル成長させて形成される。

なお、Ｎ型ＣｄＴｅ層１２以外の領域に成長した）Ｉｇ
ｃｄＴｅ層は、通常用いられているフォトリソグラフ、
エツチング処理によって除去される。

以上のようにして形成されたＮ型ＨｇＣｄＴｅ層１８、
Ｐ型）ＩｇＣｄＴｅ層２０によるＰＮ接合によって、８
〜１４μｍ帯を含む長波長赤外線検出の光電変換素子な
いし検出素子ＤＣが構成されている。

次に、かかる検出素子ＤＣには、電極２２が適宜の保護
膜２４を介して接続されている。

また、上述したＮ型ＣｄＴｅ層１２とＮ型−６６１８層
１４の隣接部分には、絶縁膜２６を介して人力ゲート電
極２８が形成されている。この入力ゲート電極２８は、
第２図のシフトレジスタＳ　（Ｘ）の方向に、各画素に
共通して設けられている。

更に、上述したＮ型ＣｄＴｅ層１４上には、絶縁膜２６
を介して、ＣＣＤ転送電極３０が、入力ゲート電極２８
と同様に形成されている。

第一実施例の作用次に、上記実施例の作用について説明する。まず、まず
検出素子ＤＣに長波長赤外線が入射すると、電子−ホー
ル対がＮ型ＨｇＣｄＴｅ層１８．Ｐ型）ＩｇｃｄＴｅ層
２０の接合部分で分離され、入射光量に対応するキャリ
アがＮ型ＣｄＴｅ層１２内に蓄積されることとなる。

このキャリアは、人力ゲート電極２８に対するパルス信
号印加によって、人力ダイオードＤＡを介して転送領域
ＤＢに転送されることとなる。

次に、転送されたキャリアは、転送電極３ｏに対する信
号印加によって、第１図の紙面とは垂直の方向に転送さ
れる。すなわち、第２図のシフトレジスタＳ　（Ｘ）に
よる検出信号の転送が行われることとなる。

更に、シフトレジスタＳ　（Ｘ）によって転送された信
号は、読み出しレジスタＲによって、外部に読み出され
ることとなる。

ところで、この実施例では、基板としてＣｄＴｅが使用
されている。このＣｄＴｅのバンドギャップは、にＣｄ
Ｔｅと比較して１．５ｅｖと十分に大きく、ＣｄＴｅ基
板上に電気信号処理回路を形成することは容易である。

次に、ｌ（ｇ（：ｄＴｅとＣ：ｄＴｅの格子定数−の差
は０．３！ｌ；以下であるため、ＣｄＴｅ上にエピタキ
シャル成長させたＨ、ｇＣｄＴｅ層は、十分に良質の結
晶となる。なお、）１ｇＣｄＴｅとＣｄＴｅの熱膨張率
はほぼ同じである。

以上のように、この実施例によれば、検出素子と信号処
理回路とが同一の基板上に形成されているため、素子、
処理回路間の電気的接続が容易となるとともに、その必
要面積も小さくすることかできるため、高画素化を図る
ことが可能となる。

なお、上記実施例では、Ｎ型ＨｇＣｄＴｅ層１８の上に
Ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層２０をエピタキシャル成長させるこ
とにより、検出素子ＤＣのＰＮ接合を形成したが、第３
図のようにしてもよい。

すなわち、同図に主要部を示すように、Ｎ型）Ｉｇｃｄ
Ｔｅ層１８に、一般的なブレーナ技術を用いてアクセプ
タ不純物を注入、拡散させることにより、Ｐ型ＨｇＣｄ
Ｔｅ層２１を形成する。

第二実施例次に、この発明の第二実施例について、第４図を参照し
ながら説明する。なお、上述した第一実施例と同様の部
分には、同一の符号を用いることとする。

この実施例では、上述したＮ型ＣｄＴｅ層１２の表面上
に、Ｐ型）１ｇＣｄＴｅ層２０が直接形成されており、
第一実施例と比較して、Ｎ型ＪＣｄＴｅ層１８が省略さ
れた構成となっている。

第一実施例では、Ｎ型ＨｇＣｄＴｅ層１８とＰ型ＨｇＣ
ｄＴｅ層２０のホモＰＮ接合によって検出素子ＤＣが形
成されているが、この第二実施例では、Ｎ型ＣｄＴｅ層
１２とＰ型Ｈｇ（：ｄＴｅ層２ｏとのへテロＰＮ接合に
よって検出素子ＤＤが形成されている。

その他の構成１作用は、第一実施例と同様である。

この第二実施例によれば、第１図のものと比較して、Ｎ
型ＨｇＣｄＴｅ層１８のエピタキシャル成長工程を省略
することができる。

また、第３図のものと比較すれば、プレーナー法による
フォトリングラフ、エツチング工程と、不純物の拡散工
程とを各々省略することができる。

他の実施例なお、この発明は何ら上記実施例に限定されるものでは
なく、例えば、上記実施例では、ＣＣＤ転送回路が信号
処理回路として検出素子と一体に構成されているが、信
号処理回路としては種々のものが想定通用され、Ｘ−Ｙ
マトリックス方式による読み出回路などを検出素子と一
体に構成してもよい。

また、上記実施例では、）ＩｇＣｄＴｅによって検出素
子を構成したが、その変りにＨｇＺｎＴｅを用いても、
同様の効果を得ることができる。

また、各半導体層の導電型を、ＰＮ逆としても、同様の
効果を得ることができる。

更に、この発明にかかる赤外線検出装置は、第１図に示
したように撮像装置として用いられるほか、単体又はリ
ニアイメージセンサとして用いてもよい。

［発明の効果］以上説明したように、この発明による赤外線検出装置に
よれば、所望される長波長の赤外線検出に好適な）Ｉｇ
ＣｄＴｅ、　ＨｇＺｎＴｅによって検出素子を構成する
とともに、ｃａＴｅの基板上にかかる検出素子を形成し
、このＣｄＴｅの基板上に信号処理回路を形成すること
としたので、検出素子と信号処理回路とを良好に一体化
することができる。

従って、検出素子、信号処理回路間の電気的接続が容易
となるとともに、接続に要する面積も小さくすることが
できるため、検出素子の高密度化ないし高画素化を図る
ことができ、更には、信頼性の向上を図ることもできる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一実施例にかかる赤外線検出装置
の主要部を示す断面図、第２図は第一実施例の回路配置
例を示す説明図、第３図は第一実施例の変形例を示す主
要部の断面図、第４図は第二実施例を示す断面図である
。［主要部分の符号の説明］ｉ　ｏ−ｐ型ＣｄＴｅ基板、１２−Ｎ型ＣｄＴｅ層、１
６・・・チャンネル・ストップ、１８・・・Ｎ型Ｊ（：
ｄＴｅ層、２０　・Ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層−１２８・・・
人力ゲート電極、３０・・・ＣＣＤ転送電極、ＤＡ・・
・人力ダイオード、ＤＢ・・・ＣＣＤ転送領域、ＤＣ・
・・検出素子、ＤＤ・・・検出素子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＣｄＴｅ基板主面上にエピタキシャル成長させた
ＨｇＣｄＴｅまたはＨｇＺｎＴｅの何れかの半導体層に
よって、赤外線検出素子を形成するとともに、前記ＣｄＴｅ基板に、該赤外線検出素子の信号処理回路
を形成したことを特徴とする赤外線検出装置。
（２）前記信号処理回路は、前記赤外線検出素子出力の
転送機能を有する回路である特許請求の範囲第１項記載
の赤外線検出装置。