JP2000188407A - 赤外線検知素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外線検知素子に関し、印加電圧の極性の切
替えによって感度波長を制御する二波長カラーセンサに
おけるスペクトルクロストークを低減する。 【解決手段】 互いに感光波長の異なる２つの感光層
１，２を中間層３で分離して積層した２端子型の赤外線
検知素子を構成する２つの感光層１，２を、一導電型の
多重量子井戸層で構成するとともに、中間層３を逆導電
型半導体層で構成し、多重量子井戸におけるサブバンド
間の遷移により光吸収を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は赤外線検知素子に関
するものであり、特に、スペクトルクロストークを防止
するための構成に特徴のある二つの波長に対して感度を
有する赤外線検知素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、１０μｍ帯近傍の赤外線を検知す
る赤外線検知素子としては、Ｃｄ比が０．２近傍のＨｇ
ＣｄＴｅを用いたｐｎ接合ダイオードが用いられている
が、近年、赤外線検出装置の高機能化のために二つの波
長に感度を有する、二つのｐｎ接合を設けたカラーセン
サが提案されている（必要ならば、Ｔ．Ｎ．Ｃａｓｓｅ
ｌｍａｎ，Ｇ．Ｒ．Ｃｈａｐｍａｎ，Ｋ．Ｋｏｓａｉ，
Ｊ．Ｍ．Ｍｙｒｏｓｚｎｙｋ，Ｅ．Ｆ．Ｓｃｈｕｌｔ
ｅ，ａｎｄ Ｏ．Ｋ．Ｗｕ，Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓ
ｔｒａｃｔ ｏｆ “ＴＨＥ １９９１ Ｕ．Ｓ．ＷＯ
ＲＫＳＨＯＰ ｏｎｔｈｅ ＰＨＹＳＩＣＳ ａｎｄ
ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ｏｎ ＭＥＲＣＵＲＹ ＣＡＤＭ
ＩＵＭ ＴＥＬＬＵＲＩＤＥ ａｎｄ ＯＴＨＥＲ Ｉ
Ｉ−ＶＩＣＯＭＰＯＵＮＤＳ，ｐ．１４１−１４２，１
９９１、及び、Ｅ．Ｒ．Ｂｌａｚｅｊｅｗｓｋｉ，Ｊ．
Ｍ．Ａｒｉａｓ，Ｇ．Ｍ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｍ．Ｚａ
ｎｄｉａｎ，ａｎｄ Ｊ．Ｐａｓｋｏ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓ
ｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．Ｂ１０，１９９２，
ｐ．１６２６−１６３２参照）。

【０００３】ここで、従来提案されている二波長検出カ
ラーセンサの基本的構成及び原理を図７を参照して説明
する。 図７（ａ）参照 従来提案されている二波長カラーセンサは、ＣｄＺｎＴ
ｅ基板やＧａＡｓ基板（ここでは、ＣｄＺｎＴｅ基板６
１）上に、より短波長を吸収するＭＷＩＲ（Ｍｉｄ−ｗ
ａｖｅｌｅｎｇｈｔｈ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）吸収層（こ
こでは、ｎ型Ｈｇ_0.72Ｃｄ_0.28Ｔｅ層６２）、共通ベー
スとなるＳＷＩＲ（Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｉｎｆｒａｒｅｄ）層（ここでは、ｐ型Ｈｇ_0.68Ｃｄ
_0.32Ｔｅ層６３）、及び、より長波長を吸収するＬＷＩ
Ｒ（Ｌｏｎｇ Ｗａｖｅｌｅｎｇｈｔｈ Ｉｎｆｒａｒ
ｅｄ）吸収層（ここでは、ｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層
６４）を順次堆積させたのち、メサエッチングしてｎ型
Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層６４に素子電極６５を、また、
ｎ型Ｈｇ_0.72Ｃｄ_0.28Ｔｅ層６２に共通電極６６を設け
たものであり、バックツーバックダイオード（ｂａｃｋ
−ｔｏ−ｂａｃｋｄｉｏｄｅ）の構造となる。

【０００４】この場合、ＣｄＺｎＴｅ基板６１は３〜１
０μｍの波長の赤外線に対して透明であるので、ＣｄＺ
ｎＴｅ基板６１を窓層として、ＣｄＺｎＴｅ基板６１側
から検出すべき光を照射する。

【０００５】図７（ｂ）参照 この二波長カラーセンサの共通電極６６に対して素子電
極６５の電圧を高くすると、ｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ
層６４側のｐｎ接合が逆バイアス状態となって受光部と
して機能し、一方、ｎ型Ｈｇ_0.72Ｃｄ_0.28Ｔｅ層６２側
のｐｎ接合は順バイアス状態となって、通常の順方向ダ
イオードとして機能する。なお、ＨｇＣｄＴｅ系半導体
においては、禁制帯幅が非常に小さく、且つ、電子の有
効質量が非常に小さいので、ｐｎ接合を形成した場合、
通常はｎ型層は縮退状態となる。

【０００６】この場合、ｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層６
４においては５〜８μｍ近傍の波長の赤外線に感度を有
し、このｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層６４において赤外
線を吸収することによって発生した電子６８と正孔６７
の対は、光電流として図において矢印で示す方向に流れ
る。

【０００７】図７（ｃ）参照 また、共通電極６６に対して素子電極６５の電圧を低く
した場合には、ｎ型Ｈｇ_0.72Ｃｄ_0.28Ｔｅ層６２側のｐ
ｎ接合が逆バイアス状態となって受光部として機能し、
一方、ｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層６４側のｐｎ接合は
順バイアス状態となって、通常の順方向ダイオードとし
て機能する。

【０００８】この場合、ｎ型Ｈｇ_0.72Ｃｄ_0.28Ｔｅ層６
２においては４μｍ近傍以下の波長の赤外線に感度を有
し、このｎ型Ｈｇ_0.72Ｃｄ_0.28Ｔｅ層６２において赤外
線を吸収することによって発生した電子７０と正孔６９
の対は、光電流として図において矢印で示す方向に流れ
る。

【０００９】したがって、共通電極６６と素子電極６５
との間に印加する電圧の向きによって感度波長を制御す
ることができ、資源探査衛星等に搭載する多波長カラー
センサとして期待されるものである。

【００１０】一方、この様なＨｇＣｄＴｅ系赤外線検知
装置の場合には、結晶性の良好な大面積基板の入手が困
難であるので多センサ素子からなる大型の赤外線検知ア
レイを構成することが困難であるという問題があり、近
年、この様な問題を解決するものとして、結晶性の良好
な大面積基板の入手が容易であるＧａＡｓ系半導体を用
い、且つ、多重量子井戸におけるサブバンド間吸収を利
用することにより１０μｍ帯近傍の赤外線の検知を可能
にした量子井戸型光センサ（ＱＷＩＰ：Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃ
ｔｏｒ）が注目を集めており、この様な多重量子井戸層
を２層積層させ、マルチカラー光検出器を構成すること
も提案されている（必要ならば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．７９，Ｎ
ｏ．１０，ｐｐ．８０９１−８０９７，１５ Ｍａｙ
１９９６参照）。

【００１１】ここで、図８を参照して従来の量子井戸構
造赤外線検知素子の一例を説明する。 図８（ａ）参照 図８（ａ）は、従来の量子井戸構造赤外線検知素子（Ｑ
ＭＩＰ）の概略的断面を簡略化して示した図であり、ま
ず、半絶縁性ＧａＡｓ基板７１上に下部コンタクト層と
なるｎ型ＧａＡｓ層７２を設け、その上に、感光層とな
る第１ＭＱＷ層７３、ｎ型ＧａＡｓ層７４、感光層とな
る第２ＭＱＷ層７５、及び、上部コンタクト層となるｎ
型ＧａＡｓ層７６を順次堆積させたのち、センサ素子間
を分離する素子分離溝を形成し、ＳｉＯＮ膜７７を保護
膜とし、ＳｉＯＮ膜７７に設けた開口部分にＡｕ・Ｇｅ
／Ｎｉ／Ａｕからなるセンサ電極７８及び共通電極７９
を設けたものである。

【００１２】この場合、第１ＭＱＷ層７３及び第２ＭＱ
Ｗ層７５は、ｉ型ＡｌＧａＡｓバリア層に交互に挟まれ
た複数のｎ型ＧａＡｓウエル層から構成されているが、
互いの感度波長が異なるように、ｉ型ＡｌＧａＡｓバリ
ア層のＡｌ組成比、及び、ｎ型ＧａＡｓウエル層の厚さ
が異なるように構成するものであり、中間のｎ型ＧａＡ
ｓ層７４は、両方の感光層を接続する接続抵抗がより小
さくなるように高濃度にドープしておくことが望まし
い。

【００１３】図８（ｂ）参照 図８（ｂ）は、この様な積層型のＱＷＩＰの感光層近傍
のバンドダイヤグラムであり、このＱＷＩＰのセンサ電
極７８側を負に且つ共通電極７９側を正にバイアスした
状態で色々な波長の光を横方向から入射した場合、各々
の感度波長に応じて第１ＭＱＷ層７３及び第２ＭＱＷ層
７５の伝導帯側に形成された量子井戸の基底準位にある
電子８０，８１が励起され、印加された電界によって共
通電極７９側に移動し、信号として検知される。

【００１４】なお、半絶縁性ＧａＡｓ基板７１の裏面側
から信号光を垂直入射させる場合には、多重量子井戸層
においては垂直入射光はほとんど吸収されないので、上
部コンタクト層となるｎ型ＧａＡｓ層７６の表面に回折
格子を設け、入射光が、多重量子井戸層にほぼ平行にな
る方向に回折・偏向させても良く、また、素子分離構造
を確実に形成するためには、ｎ型ＧａＡｓ層７２と第１
ＭＱＷ層７３との間にｎ型ＩｎＧａＰ層等のエッチング
ストッパーを設ける場合もある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図７に示した
二波長カラーセンサにおいては、意図した感度波長域以
外の波長の赤外線に対しても感度を有してしまうとい
う、所謂スペクトルクロストークの問題が発生する問題
がある。

【００１６】ここで、図９を参照して、スペクトルクロ
ストークを説明する。 図９参照 共通電極６６に対して素子電極６５の電圧を高くした場
合を考えると、ｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層６４側のｐ
ｎ接合が逆バイアス状態となって受光部として機能する
が、この二波長カラーセンサにｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔ
ｅ層６４の感度波長域以外のより短波長の赤外線を入射
した場合、本来、受光部を構成していないｎ型Ｈｇ_0.72
Ｃｄ_0.28Ｔｅ層６２側において光吸収が生じて電子７０
及び正孔６９の電子−正孔対が生成される。

【００１７】この生成された電子７０の一部は、順バイ
アス状態のｎ型Ｈｇ_0.72Ｃｄ_0.28Ｔｅ層６２側のｐｎ接
合の電子７０に対する電位障壁の高さが低いので、図の
矢印で示すように、このｐｎ接合を乗り越えてｎ型Ｈｇ
_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層６４側に達して光電流となり、受光
部を構成するｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層６４において
感度を有さない波長領域の赤外線が検出されることにな
り、このような、現象をスペクトルクロストークとい
う。

【００１８】また、ＨｇＣｄＴｅにおける導電型の制御
は、熱処理条件に依存するＨｇ空格子により正孔濃度を
制御し、また、Ｂ（ボロン）等のイオン注入に伴うダメ
ージにより電子濃度を制御しているのが一般的である
が、この様な導電型が互いに異なるｎｐｎ積層構造の二
波長カラーセンサを構成するためには導電型決定不純物
をドープする必要があり、それによって、製造工程が複
雑になるという問題がある。

【００１９】一方、図８に示した量子井戸におけるサブ
バンド間の遷移を利用した赤外線検知装置においては、
印加電圧の極性の切替えによって感度波長を制御するこ
とを目的としておらず、したがって、中間のｎ型ＧａＡ
ｓ層７４は第１ＭＱＷ層７３と第２ＭＱＷ層７５との間
の接続抵抗をできる限り低くするために設けているもの
であり、第１ＭＱＷ層７３或いは第２ＭＱＷ層７５で信
号光の励起により発生した電子８０，８１に対する電位
障壁とならないので、本質的に印加電圧の極性の切替え
によって感度波長を制御するカラーセンサとしては使用
できないという問題がある。

【００２０】したがって、本発明は、印加電圧の極性の
切替えによって感度波長を制御する二波長カラーセンサ
におけるスペクトルクロストークを低減することを目的
とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１は、
下記の（１）の発明に対応する感光層の近傍のバンドダ
イヤグラムである。 図１参照 （１）本発明は、互いに感光波長の異なる２つの感光層
１，２を中間層３で分離して積層した２端子型の赤外線
検知素子において、２つの感光層１，２を一導電型の多
重量子井戸層で構成するとともに、中間層３を逆導電型
半導体層で構成し、多重量子井戸におけるサブバンド間
の遷移により光吸収を行うことを特徴とする。

【００２２】この様に、多重量子井戸におけるサブバン
ド間の遷移による光吸収を利用する場合、２つの感光層
１，２の間に逆導電型半導体層からなる中間層３を設け
てｎｐｎ或いはｐｎｐ構造にすることによって、順バイ
アスが印加された側のｐｎ接合を構成する感光層１，２
（図１においては感光層１）側で励起された電子４が中
間層３を越えて信号成分となり、一方、逆バイアスが印
加された側のｐｎ接合を構成する感光層１，２（図１に
おいては感光層２）側で励起された電子５は、感光層２
にほとんど電界が印加されない状態となるので、急速に
基底準位に遷移し、信号成分とはならない。

【００２３】したがって、順バイアスが印加された側の
ｐｎ接合を構成する感光層１或いは感光層２のみを光検
出部とすることができ、逆バイアスが印加された側のｐ
ｎ接合を構成する感光層２或いは感光層１で光吸収によ
って電子が励起されてもすぐに基底準位に遷移するの
で、クロストーク成分が発生することがなく、２つの端
子に印加するバイアスの極性の切替えによってクロスト
ークのない二波長カラーセンサを構成することができ
る。

【００２４】（２）また、本発明は、互いに感光波長の
異なる２つの感光層１，２を中間層３で分離して積層し
た２端子型の赤外線検知素子において、２つの感光層
１，２を一導電型の多重量子井戸層で構成するととも
に、中間層３を高抵抗半導体層で構成し、多重量子井戸
におけるサブバンド間の遷移により光吸収を行うことを
特徴とする。

【００２５】この様に、多重量子井戸におけるサブバン
ド間の遷移による光吸収を利用する場合、２つの感光層
１，２の間に高抵抗半導体層からなる中間層３を設けて
ｎｉｎ或いはｐｉｐ構造にすることによって、印加され
た電圧のほとんどは高抵抗の中間層３にかかるので、キ
ャリアの流れに対して中間層３の上流にある感光層１或
いは感光層２側で励起された電子が中間層３を越えて信
号成分となり、一方、キャリアの流れに対して中間層３
の下流にある感光層２或いは感光層１側で励起された電
子はすぐに基底準位に遷移するので信号成分とはなら
ず、したがって、キャリアの流れに対して中間層３の上
流にある感光層１或いは感光層２を光検出部とするクロ
ストークのない二波長カラーセンサを構成することがで
きる。なお、中間層３を高抵抗層にするために、真性半
導体層を用いても良いし、或いは、Ｆｅ等をドープして
高抵抗化しても良い。

【００２６】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、２つの感光層１，２の中間層３と接す
る側と反対の面に、多重量子井戸層を構成するバリア層
より禁制帯幅の大きな一導電型半導体層を設けたことを
特徴とする。

【００２７】この様に、２つの感光層１，２の中間層３
と接する側と反対の面に、即ち、端子側に多重量子井戸
層を構成するバリア層より禁制帯幅の大きな一導電型半
導体層を設けることにより、クロストーク成分となるキ
ャリアに対する障壁層を構成することができ、それによ
って、クロストーク成分をさらに確実に阻止することが
できる。

【００２８】（４）また、本発明は、互いに感光波長の
異なる２つの感光層１，２を中間層３で分離して積層し
た２端子型の赤外線検知素子において、２つの感光層
１，２を一導電型の多重量子井戸層で構成するととも
に、中間層３を感光層１，２の実効的禁制帯幅より禁制
帯幅の大きな一導電型半導体層で構成し、多重量子井戸
におけるサブバンド間の遷移により光吸収を行うことを
特徴とする。

【００２９】この様に、多重量子井戸におけるサブバン
ド間の遷移による光吸収を利用する場合、２つの感光層
１，２の間に広禁制帯幅の一導電型半導体層からなる中
間層３を設けてＮ／Ｗ／Ｎ構造にするとともに、ｎｎｎ
或いはｐｐｐ構造にすることによって、印加されたバイ
アスは全体にかかるので多重量子井戸において励起され
たキャリアがすぐには基底準位に遷移せず、キャリアの
流れに対して中間層３の下流にある感光層１或いは感光
層２側で励起されたキャリアがそのまま電極に達して信
号成分となり、一方、キャリアの流れに対して中間層３
の上流にある感光層２或いは感光層１側で励起されたキ
ャリアは中間層３でブロックされて信号成分とはならな
いので、キャリアの流れに対して中間層３の下流にある
感光層１或いは感光層２を光検出部とするクロストーク
のない二波長カラーセンサを構成することができる。

【００３０】（５）また、本発明は、互いに感光波長の
異なる２つの感光層を中間層で分離して積層した２端子
型の赤外線検知素子において、２つの感光層を一導電型
のＨｇ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層で構成するととも
に、中間層を感光層の実効的禁制帯幅より禁制帯幅の大
きな一導電型半導体層で構成し、伝導帯と価電子帯間の
バンド間遷移により光吸収を行うことを特徴とする。

【００３１】この様に、Ｈｇ系ＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体におけるバンド間遷移による光吸収を利用する場合、
２つの感光層の間に広禁制帯幅の一導電型半導体層から
なる中間層を設けてＮ／Ｗ／Ｎ構造にするとともに、ｎ
ｎｎ或いはｐｐｐ構造にすることによって、キャリアの
流れに対して中間層の下流にある感光層側で励起された
キャリアがそのまま電極に達して信号成分となり、一
方、キャリアの流れに対して中間層の上流にある感光層
側で励起されたキャリアは中間層でブロックされて信号
成分とはならないので、キャリアの流れに対して中間層
の下流にある感光層を光検出部とするクロストークのな
い二波長カラーセンサを構成することができる。この場
合、各層における導電型は、Ｈｇ空格子の濃度の制御に
より決定しても良いし、或いは、導電型決定不純物によ
り決定しても良いが、いずれにしても、導電型が共通で
あるので、製造が容易になる。

【００３２】（６）また、本発明は、上記（５）におい
て、２つの感光層及び中間層の導電型が、Ｈｇ空格子の
濃度の制御のみによって決定されていることを特徴とす
る。

【００３３】この様に、２つの感光層及び中間層の導電
型をＨｇ空格子の濃度の制御のみによって決定すること
により、エピタキシャル成長後の熱処理条件を制御する
だけで良いので、製造が特に容易になる。

【００３４】

【発明の実施の形態】ここで、本発明の第１の実施の形
態の多重量子井戸型の赤外線検知素子を図２を参照して
説明する。 図２（ａ）参照 図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の赤外線検知
素子の概略的要部断面図であり、まず、半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）
によって、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＧａＡｓ
バッファ層１２、厚さが、例えば、５００ｎｍで、Ｉｎ
組成比が０．４９のＩｎＧａＰ層１３、共通コンタクト
層となる、厚さが、例えば、１．０μｍで、キャリア濃
度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ層１４、エッチン
グストッパーとなる、厚さが、例えば、３０ｎｍで、キ
ャリア濃度が、例えば、２×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型ＩｎＧ
ａＰ層１５、第１ＭＱＷ層１６、厚さが、例えば、３０
０ｎｍで、キャリア濃度が２×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ｇａ
Ａｓ層１７、第２ＭＱＷ層１８、上部コンタクト層の一
部となる厚さが、例えば、０．３μｍで、不純物濃度が
２×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ層１９、エッチングス
トッパーとなる、厚さが、例えば２０ｎｍのｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ層２０、及び、上部コンタクト層となる、厚さ
が、例えば、０．６μｍで、キャリア濃度が、２×１０
¹⁷ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓ層２１を順次エピタキシャル成
長させる。

【００３５】なお、この場合の第１感光層となる第１Ｍ
ＱＷ層１６は、例えば、厚さが５０ｎｍのｉ型Ａｌ_0.32
Ｇａ_0.68Ａｓバリア層と、厚さが４．２ｎｍでキャリア
濃度が２×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓウエル層とを、
ｎ型ＧａＡｓウエル層が２５層になるように交互に堆積
させて形成し、一方、第２感光層となる第２ＭＱＷ層１
８は、例えば、厚さが５０ｎｍのｉ型Ａｌ_0.26Ｇａ_0.74
Ａｓバリア層と、厚さが５ｎｍでキャリア濃度が２×１
０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型ＧａＡｓウエル層とを、ｎ型ＧａＡｓ
ウエル層が２５層になるように交互に堆積させて形成す
るものであり、この場合のｉ型Ａｌ_0.32Ｇａ_0.68Ａｓバ
リア層或いはｉ型Ａｌ_0.26Ｇａ_0.74Ａｓバリア層は、隣
接するｎ型ＧａＡｓウエル層間において電子がトンネル
しないように十分に厚く形成しておく。

【００３６】次いで、全面にフォトレジストを塗布した
のち、干渉露光法を用いて、センサ素子に対応する部分
に回折格子２２を形成するためのパターンを形成してレ
ジストマスク（図示せず）とし、このレジストマスクを
マスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施す
ことによって、ｎ型ＧａＡｓ層２１の表面にｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ層２０に達する深さの１次の回折格子２２を形成
する。なお、このＲＩＥ工程において、ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓ層２０がエッチングストッパーとして作用するので、
安定した深さの回折格子２２を形成することができる。

【００３７】次いで、レジストマスクを除去したのち、
全面にＳｉＯＮ膜を設け、通常のフォトリソグラフィー
工程によって、共通電極を形成するための開口部を有す
るＳｉＯＮマスク（図示せず）を形成し、このＳｉＯＮ
マスクをマスクとしてウェット・エッチングを施すこと
によってｎ型ＩｎＧａＰ層１５に達するコンタクト用開
口（図において、右側の領域）を形成する。この場合、
エッチャントとしてＨＦ＋Ｈ₂ Ｏ₂ ＋Ｈ₂ Ｏを用いるこ
とによって、ｎ型ＩｎＧａＰ層１９がエッチングストッ
パーとなってＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓとが選択的にエ
ッチングされ、ｎ型ＩｎＧａＰ層１５の表面においてエ
ッチングは自動的に停止する。

【００３８】次いで、ＳｉＯＮマスクを除去したのち、
全面に新たにＳｉＯＮ膜（図示せず）を設け、フォトレ
ジストパターン（図示せず）を用いて共通電極形成部及
びセンサ電極形成部のＳｉＯＮ膜を選択的に除去したの
ち、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉからなるオーミック電極２３を部
分的に設けたのち、その表面にＡｕからなる反射電極２
４を設け、フォトレジストパターンを利用したリフトオ
フ法により共通電極及びセンサ電極を選択的に形成す
る。なお、この電極形成工程において、回折格子２２の
部分に設けるオーミック電極２３は回折格子２２の凹凸
により段切れされ、回折格子２２の凸部の頂部及び凹部
の底部のみに部分的に形成されるだけであるので、回折
格子２２の大部分においては反射電極２４の反射性が損
なわれることがない。

【００３９】次いで、フォトレジストパターンを除去し
たのち、新たにフォトレジストを塗布し、素子分離領域
に対応する開口部を有するレジストマスク（図示せず）
を設け、このレジストマスクをマスクとしてドライエッ
チングを施し、ＳｉＯＮ膜の一部を除去し、引き続い
て、ｎ型ＧａＡｓ層２１乃至第１ＭＱＷ層１６を除去し
て素子分離溝（図において、左側の領域）を形成する。

【００４０】次いで、レジストマスクを除去したのち、
新たに保護絶縁膜となるＳｉＯＮ膜２５を堆積させ、通
常のフォトリソグラフィー工程により共通電極部及びセ
ンサ電極部の反射電極２４の一部を露出させ、露出部に
バリア層及び密着性改善層となるＴｉ／Ａｕ膜を蒸着さ
せて、センサ電極２６及び共通電極２７を形成する。最
後に、センサ電極２６及び共通電極２７上にＩｎバンプ
（図示せず）を設けることによって、積層型の二波長対
応の赤外線検知素子の基本構成が完成する。なお、図に
おいては、１つのセンサ素子しか示していないが、実際
には、このセンサ素子を一次元アレイ状或いは二次元ア
レイ状に配列するものである。

【００４１】次に、この赤外線検知素子の基本動作原理
を説明する。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の裏面からほぼ
垂直に入射した光は、第１ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ
層１８でほとんど吸収されることなく透過し、回折格子
２２で、第１ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１８に対し
て平行に近くなる角度に回折・偏向され、回折されなか
った光は反射電極２４で反射・偏向されて、再び第１Ｍ
ＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１８へ入射する。

【００４２】この第１ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１
８においては、入射角が小さくなっているので、多重量
子井戸に形成された量子準位とバリア層の障壁の高さの
差、即ち、エネルギー差に応じた波長の光が吸収されて
基底準位にあった電子が励起されることになり、第１Ｍ
ＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１８で吸収されなかった光
はｎ型ＧａＡｓ層１４とｉ型ＩｎＧａＰ層１３との界面
で反射されて、再び、第１ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ
層１８において吸収されることになり、この様な過程を
繰り返すことによって、光は効率的に第１ＭＱＷ層１６
或いは第２ＭＱＷ層１８で吸収されることになる。

【００４３】次に、バイアスの極性の切替えによる検知
波長の選択原理を説明する。 図２（ｂ）参照 図２（ｂ）は、第２ＭＱＷ層１８側を負に、第１ＭＱＷ
層１６側を正にバイアスした場合の感光層近傍のバンド
ダイヤグラムであり、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６
のサブバンド間のエネルギーより小さい場合には、第２
ＭＱＷ層１８においてのみ光が吸収され、基底準位の電
子２８が励起され、印加されている電界によってｐｎ接
合を乗り越えて共通電極２７に達して信号として検出さ
れる。

【００４４】また、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６の
サブバンド間のエネルギーより大きい場合には、第１Ｍ
ＱＷ層１６においても光が吸収され、基底準位の電子２
９が励起されるが、この場合の電界は、ほとんどｐｎ接
合、特に、逆バイアスｐｎ接合近傍にかかり、第１ＭＱ
Ｗ層１６の電位は共通電極２７の電位とほとんど等しく
なるため、励起された電子２９はすぐに基底準位に遷移
して共通電極２７には到達しないので、第２ＭＱＷ層１
８のみが実効的な感光層として機能する。

【００４５】一方、第１ＭＱＷ層１６側を負に、第２Ｍ
ＱＷ層１８側を正にバイアスした場合、入射光の波長が
第１ＭＱＷ層１６のサブバンド間のエネルギーより小さ
い場合には、第２ＭＱＷ層１８においてのみ光が吸収さ
れ、基底準位の電子２８が励起されるが、この場合の電
界も、ほとんどｐｎ接合近傍にかかり、第２ＭＱＷ層１
８の電位はセンサ電極２６の電位とほとんど等しくなる
ため、励起された電子２８はすぐに基底準位に遷移して
センサ電極２６には到達しないので、信号が検出される
ことはない。

【００４６】また、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６の
サブバンド間のエネルギーより大きい場合には、第１Ｍ
ＱＷ層１６においても光が吸収され、基底準位の電子２
９が励起され、印加されている電界によってｐｎ接合を
乗り越えてセンサ電極２６に達して信号として検出され
るが、この場合も、第２ＭＱＷ層１８において励起され
た電子２８はすぐに基底準位に遷移してセンサ電極２６
には到達しないので、信号として検出されることはな
い。

【００４７】上述の様に、センサ電極２６と共通電極２
７との間に印加する電圧の極性を選択することによっ
て、順バイアスされるｐｎ接合を構成するＭＱＷ層のみ
を、実効的に感光層として機能させることができ、他方
のＭＱＷ層において光吸収によって電子が励起されて
も、信号として電極に到達しないので、スペクトルクロ
ストークが抑制される。

【００４８】したがって、第１ＭＱＷ層１６側を負にバ
イアスした場合には、短波長の赤外線検知素子として機
能させることができ、第２ＭＱＷ層１８側を負にバイア
スした場合には、長波長の赤外線検知素子として機能さ
せることができる。

【００４９】この様に、本発明の第１の実施の形態にお
いては、感光層としてＭＱＷ層を用いるとともに、ＭＱ
Ｗ層に実効的に電界が印加されない様に、ｎｐｎ構造と
しているので、感光層として機能させない側のＭＱＷ層
において光吸収が生じても、励起された電子はすぐに基
底準位に遷移し、電極に到達して信号として検出される
ことがないので、スペクトルクロストークを防止するこ
とができる。

【００５０】次に、図３を参照して、本発明の第２の実
施の形態の多重量子井戸構造の赤外線検知素子を説明す
る。 図３（ａ）参照 図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の赤外線検知
素子の概略的要部断面図であり、上記の第１の実施の形
態におけるｐ型ＧａＡｓ層１７を、キャリア濃度が１×
１０¹⁴〜１×１０¹⁵ｃｍ^-3、例えば、１×１０¹⁴ｃｍ^-3
のアンドープのｉ型ＧａＡｓ層３０に置き換えた以外
は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、製
造工程及び素子構造の説明は省略する。また、光吸収に
よるキャリアの発生原理も全く同様であるので、基本的
動作原理の説明も省略する。

【００５１】次に、バイアスの極性の切替えによる検知
波長の選択原理を説明する。 図３（ｂ）参照 図３（ｂ）は、第２ＭＱＷ層１８側を負に、第１ＭＱＷ
層１６側を正にバイアスした場合の感光層近傍のバンド
ダイヤグラムであり、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６
のサブバンド間のエネルギーより小さい場合には、第２
ＭＱＷ層１８においてのみ光が吸収され、励起された電
子２８は印加されている電界によってｉ型ＧａＡｓ層３
０を乗り越えて共通電極２７に達することによって信号
として検出される。

【００５２】また、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６の
サブバンド間のエネルギーより大きい場合には、第１Ｍ
ＱＷ層１６においても光が吸収され、基底準位の電子２
９が励起されるが、この場合の電界は、ほとんど高抵抗
のｉ型ＧａＡｓ層３０にかかり、第１ＭＱＷ層１６の電
位は共通電極２７の電位とほとんど等しくなるため、励
起された電子２９はすぐに基底準位に遷移して共通電極
２７には到達しないので、第２ＭＱＷ層１８のみが実効
的な感光層として機能する。

【００５３】一方、第１ＭＱＷ層１６側を負に、第２Ｍ
ＱＷ層１８側を正にバイアスした場合、入射光の波長が
第１ＭＱＷ層１６のサブバンド間のエネルギーより小さ
い場合には、第２ＭＱＷ層１８においてのみ光が吸収さ
れ、基底準位の電子２８が励起されるが、この場合の電
界も、ほとんどｉ型ＧａＡｓ層３０にかかり、第２ＭＱ
Ｗ層１８の電位はセンサ電極２６の電位とほとんど等し
くなるため、励起された電子２８はすぐに基底準位に遷
移してセンサ電極２６には到達しないので、信号が検出
されることはない。

【００５４】また、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６の
サブバンド間のエネルギーより大きい場合には、第１Ｍ
ＱＷ層１６においても光が吸収され、基底準位の電子２
９が励起され、印加されている電界によってｉ型ＧａＡ
ｓ層３０を乗り越えてセンサ電極２６に達して信号とし
て検出されるが、この場合も、第２ＭＱＷ層１８におい
て励起された電子２８はすぐに基底準位に遷移してセン
サ電極２６には到達しないので、信号として検出される
ことはない。

【００５５】上述の様に、センサ電極２６と共通電極２
７との間に印加する電圧の極性を選択することによっ
て、電子の流れの上流側のＭＱＷ層のみを、実効的に感
光層として機能させることができ、他方のＭＱＷ層にお
いて光吸収によって電子が励起されても、信号として電
極に到達しないので、スペクトルクロストークが抑制さ
れる。

【００５６】したがって、第１ＭＱＷ層１６側を負にバ
イアスした場合には、短波長の赤外線検知素子として機
能させることができ、第２ＭＱＷ層１８側を負にバイア
スした場合には、長波長の赤外線検知素子として機能さ
せることができる。即ち、バイアスの極性により感光層
として選択されるＭＱＷ層は、上記の第１の実施の形態
と同様になる。

【００５７】この様に、本発明の第２の実施の形態にお
いては、感光層としてＭＱＷ層を用いるとともに、ＭＱ
Ｗ層に実効的に電界が印加されない様に、ｎｉｎ構造と
しているので、感光層として機能させない側のＭＱＷ層
において光吸収が生じても、励起された電子はすぐに基
底準位に遷移するので、電極に到達して信号として検出
されることがなく、スペクトルクロストークを防止する
ことができる。

【００５８】次に、図４を参照して、本発明の第３の実
施の形態の多重量子井戸構造の赤外線検知素子を説明す
る 図４（ａ）参照 図４（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の赤外線検知
素子の概略的要部断面図であり、上記の第１の実施の形
態におけるｐ型ＧａＡｓ層１７を、キャリア濃度が１×
１０¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁷ｃｍ^-3
で、Ａｌ組成比が、例えば、０．３２のｎ型ＡｌＧａＡ
ｓ層３１に置き換えた以外は、上記の第１の実施の形態
と全く同様であるので、製造工程及び素子構造の説明は
省略する。また、光吸収によるキャリアの発生原理も全
く同様であるので、基本的動作原理の説明も省略する。

【００５９】次に、バイアスの極性の切替えによる検知
波長の選択原理を説明する。 図４（ｂ）参照 図４（ｂ）は、２ＭＱＷ層１８側を負に、第１ＭＱＷ層
１６側を正にバイアスした場合の感光層近傍のバンドダ
イヤグラムであり、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６の
サブバンド間のエネルギーより小さい場合には、第２Ｍ
ＱＷ層１８においてのみ光が吸収されて基底準位の電子
２８が励起されるが、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３１が電位障
壁となるので、電子２８が共通電極２７に達することは
ほとんどなく、したがって、信号として検出されること
はない。

【００６０】また、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６の
サブバンド間のエネルギーより大きい場合には、第１Ｍ
ＱＷ層１６においても光が吸収されて基底準位の電子２
９が励起され、励起された電子２９は印加されている電
界によって共通電極２７に到達して信号として検知され
るが、第２ＭＱＷ層１８において励起された電子２８は
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３１でブロックされるので、第１Ｍ
ＱＷ層１６のみが実効的な感光層として機能する。

【００６１】一方、第１ＭＱＷ層１６側を負に、第２Ｍ
ＱＷ層１８側を正にバイアスした場合、入射光の波長が
第１ＭＱＷ層１６のサブバンド間のエネルギーより小さ
い場合には、第２ＭＱＷ層１８においてのみ光が吸収さ
れ、励起された電子２８は印加されている電界によって
センサ電極２６に到達して信号として検知される。

【００６２】また、入射光の波長が第１ＭＱＷ層１６の
サブバンド間のエネルギーより大きい場合には、第１Ｍ
ＱＷ層１６においても光が吸収され、基底準位の電子２
９が励起されるが、励起された電子２９はｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ層３１でブロックされるので、第２ＭＱＷ層１８の
みが実効的な感光層として機能することになる。

【００６３】上述の様に、センサ電極２６と共通電極２
７との間に印加する電圧の極性を選択することによっ
て、電子の流れの下流側にあるＭＱＷ層のみを、実効的
に感光層として機能させることができ、他方のＭＱＷ層
において光吸収によって電子が励起されても、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ層３１が電位障壁となって電極に到達しないの
で、スペクトルクロストークが抑制される。

【００６４】したがって、第１ＭＱＷ層１６側を負にバ
イアスした場合には、長波長の赤外線検知素子として機
能させることができ、第２ＭＱＷ層１８側を負にバイア
スした場合には、短波長の赤外線検知素子として機能さ
せることができる。即ち、バイアスの極性により感光層
として選択されるＭＱＷ層は、上記の第１及び第２の実
施の形態と反対になる。

【００６５】この様に、本発明の第３の実施の形態にお
いては、感光層としてＭＱＷ層を用いるとともに、第１
ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１８の間に電位障壁とな
るｎ型ＡｌＧａＡｓ層３１を設けてｎｎｎ構造としてい
るので、感光層として機能させない側のＭＱＷ層におい
て光吸収が生じても、電位障壁となるｎ型ＡｌＧａＡｓ
層３１によってブロックされるので電極に到達して信号
として検出されることがなく、それによって、スペクト
ルクロストークを防止することができる。

【００６６】次に、図５を参照して、本発明の第４の実
施の形態のＨｇＣｄＴｅを用いた赤外線検知素子を説明
する。 図５（ａ）参照 図５（ａ）は、本発明の第４の実施の形態の赤外線検知
素子の概略的要部断面図であり、まず、３〜１０μｍの
波長に対して透明なＣｄＺｎＴｅ基板４１上に３〜５μ
ｍの波長に感度を有するＭＷＩＲ吸収層となる、ｐ型Ｈ
ｇ_0.7 Ｃｄ_0.3Ｔｅ層４２、電位障壁となるｐ型Ｈｇ
_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層４３、及び、８〜１０μｍの波長に
感度を有するＬＷＩＲ吸収層となる、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ
_0.2 Ｔｅ層４４を順次成長させる。

【００６７】この場合に、ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層
４２乃至ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層４４の正孔濃度
は、熱処理によるＨｇ空格子濃度のみで制御し、正孔濃
度を１×１０¹⁵〜１×１０¹⁶ｃｍ^-3、例えば、１×１０
¹⁶ｃｍ^-3とする。

【００６８】次いで、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層４４
乃至ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層４２をメサエッチング
したのち、保護膜となるＺｎＳ膜４５を設け、このＺｎ
Ｓ膜４５に設けた開口部にＩｎを設けることによってセ
ンサ電極４６及び共通電極４７を形成し、それによって
二波長カラーセンサの基本構成が完成する。

【００６９】次に、バイアスの極性の切替えによる検知
波長の選択原理を説明する。 図５（ｂ）参照 図５（ｂ）は、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層４４側を負
に、ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ _0.3 Ｔｅ層４２側を正にバイアス
した場合の感光層近傍のバンドダイヤグラムであり、入
射光の波長がｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層４２のバンド
・ギャップより小さい場合には、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2
Ｔｅ層４４側においてのみ光が吸収されて価電子帯の電
子が伝導帯へ励起されて正孔４８と電子４９の電子−正
孔対が形成され、少数キャリアの電子４９が信号成分と
なるが、電子４９は電位障壁となるｐ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ
_0.5 Ｔｅ層４３によってブロックされるので、電子４９
が共通電極４７に達することはほとんどなく、したがっ
て、信号として検出されることはない。

【００７０】また、入射光の波長がｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ
_0.3 Ｔｅ層４２のバンド・ギャップより大きい場合に
は、ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層４２においても光が吸
収され、価電子帯の電子が伝導帯へ励起されて正孔４８
と電子５０の電子−正孔対が形成され、少数キャリアの
電子５０は印加されている電界によって共通電極４７に
到達して信号として検知されるが、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ
_0.2 Ｔｅ層４４において励起された電子４９はｐ型Ｈｇ
_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層４３でブロックされるので、ｐ型Ｈ
ｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層４２のみが実効的な感光層として
機能する。

【００７１】一方、ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層４２側
を負に、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層４４側を正にバイ
アスした場合、入射光の波長がｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔ
ｅ層４２のバンド・ギャップより小さい場合には、ｐ型
Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層４４においてのみ光が吸収さ
れ、価電子帯の電子が伝導帯へ励起されて正孔４８と電
子４９の電子−正孔対が形成され、少数キャリアの電子
４９が印加されている電界によってセンサ電極４６に到
達して信号として検知される。

【００７２】また、入射光の波長がｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ
_0.3 Ｔｅ層４２のバンド・ギャップより大きい場合に
は、ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層４２においても光が吸
収され、価電子帯の電子が伝導帯へ励起されて正孔４８
と電子５０の電子−正孔対が形成され、少数キャリアの
電子５０はｐ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層４３でブロック
されるので、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層４４のみが実
効的な感光層として機能することになる。

【００７３】上述の様に、センサ電極４６と共通電極４
７との間に印加する電圧の極性を選択することによっ
て、電子の流れの下流側にあるＨｇＣｄＴｅ層のみを、
実効的に感光層として機能させることができ、他方のＨ
ｇＣｄＴｅ層において光吸収によって電子が励起されて
も、ｐ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層４３が電位障壁となっ
て電極に到達しないので、スペクトルクロストークが抑
制される。

【００７４】したがって、ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層
４２側を負にバイアスした場合には、長波長の赤外線検
知素子として機能させることができ、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ
_0.2Ｔｅ層４４側を負にバイアスした場合には、短波長
の赤外線検知素子として機能させることができる。即
ち、バイアスの極性により感光層として選択されるＨｇ
ＣｄＴｅ層は、上記の第３の実施の形態と同様になる。

【００７５】この様に、本発明の第４の実施の形態にお
いては、感光層としてＨｇＣｄＴｅ層を用いるととも
に、ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層４２とｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃ
ｄ_0.2Ｔｅ層４４との間に電位障壁となるｐ型Ｈｇ_0.5
Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層４３を設けてｐｐｐ構造としているの
で、感光層として機能させない側のＨｇＣｄＴｅ層にお
いて光吸収が生じても、電位障壁となるｐ型Ｈｇ_0.5 Ｃ
ｄ_0.5 Ｔｅ層４３によって励起された電子がブロックさ
れるので電極に到達して信号として検出されることがな
く、それによって、スペクトルクロストークを防止する
ことができる。

【００７６】また、この第４の実施の形態においては、
２つの感光層及び障壁層を同じ導電型で形成し、且つ、
キャリア濃度をＨｇ空格子濃度のみによって制御してい
るので、図７に示した従来のＨｇＣｄＴｅ系二波長カラ
ーセンサより製造工程が簡単になる。

【００７７】次に、図６を参照して、本発明の第５の実
施の形態のＨｇＣｄＴｅを用いた赤外線検知素子を説明
する。 図６（ａ）参照 図６（ａ）は、本発明の第５の実施の形態の赤外線検知
素子の概略的要部断面図であり、まず、３〜１０μｍの
波長に対して透明なＣｄＺｎＴｅ基板５１上に３〜５μ
ｍの波長に感度を有するＭＷＩＲ吸収層となる、ｐ型Ｈ
ｇ_0.7 Ｃｄ_0.3Ｔｅ層、電位障壁となるｐ型Ｈｇ_0.5 Ｃ
ｄ_0.5 Ｔｅ層、及び、８〜１０μｍの波長に感度を有す
るＬＷＩＲ吸収層となる、ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層
を順次成長させる。

【００７８】次いで、水銀溜めに収納した水銀と共に、
石英管内にｐ型エピタキシャル層を成長させたＣｄＺｎ
Ｔｅ基板５１を挿入したのち、石英管内を真空に引いて
他端部を封止し、次いで、この石英管を熱処理炉に挿入
して、ｐ型エピタキシャル層を成長させたＣｄＺｎＴｅ
基板５１近傍の温度を２００〜３５０℃、好適には２８
０℃とし、水銀溜め近傍の温度もＣｄＺｎＴｅ基板５１
とほぼ同じ温度に保ち、２４〜７２時間、好適には４８
時間熱処理を行う。

【００７９】この熱処理により、ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3
Ｔｅ層、ｐ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層、及び、ｐ型Ｈｇ
_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層中のＨｇ空格子はＨｇによって埋め
戻され、ＨｇＣｄＴｅ結晶中の残留不純物等によりキャ
リア濃度は低いもののｎ型化し、それぞれキャリア濃度
が１０¹³〜１０¹⁴ｃｍ^-3程度のｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3Ｔ
ｅ層５２、ｎ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層５３、及び、ｎ
型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層５４に変換される。

【００８０】以降は、上記の第４の実施の形態の場合と
同様に、ｎ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層５４乃至ｎ型Ｈｇ
_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層５２をメサエッチングしたのち、保
護膜となるＺｎＳ膜５５を設け、このＺｎＳ膜５５に設
けた開口部にＩｎを設けることによってセンサ電極５６
及び共通電極５７を形成し、それによって二波長カラー
センサの基本構成が完成する。

【００８１】次に、バイアスの極性の切替えによる検知
波長の選択原理を説明する。 図６（ｂ）参照 図６（ｂ）は、ｎ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層５４側を負
に、ｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ _0.3 Ｔｅ層５２側を正にバイアス
した場合の感光層近傍のバンドダイヤグラムであり、入
射光の波長がｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層５２のバンド
・ギャップより小さい場合には、ｎ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2
Ｔｅ層５４側においてのみ光が吸収されて価電子帯の電
子が伝導帯へ励起されて正孔５９と電子４８の電子−正
孔対が形成され、少数キャリアの正孔５９は印加されて
いる電界によってセンサ電極５６に到達して信号として
検知される。

【００８２】また、入射光の波長がｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ
_0.3 Ｔｅ層５２のバンド・ギャップより大きい場合に
は、ｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層５２においても光が吸
収され、価電子帯の電子が伝導帯へ励起されて正孔６０
と電子５８の電子−正孔対が形成されるが、少数キャリ
アの正孔６０は電位障壁となるｎ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔ
ｅ層５３によってブロックされるので、正孔６０がセン
サ電極５７に達することはほとんどなく、ｎ型Ｈｇ_0.8
Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層５４のみが実効的な感光層として機能す
る。

【００８３】一方、ｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層５２側
を負に、ｎ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層５４側を正にバイ
アスした場合、入射光の波長がｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔ
ｅ層５２のバンド・ギャップより小さい場合には、ｎ型
Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層５４においてのみ光が吸収さ
れ、価電子帯の電子が伝導帯へ励起されて正孔５９と電
子５８の電子−正孔対が形成されるが、少数キャリアの
正孔６０は電位障壁となるｎ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層
５３によってブロックされるので、共通電極５７に到達
して信号として検知されることはない。

【００８４】また、入射光の波長がｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ
_0.3 Ｔｅ層５２のバンド・ギャップより大きい場合に
は、ｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層５２においても光が吸
収され、価電子帯の電子が伝導帯へ励起されて正孔６０
と電子５８の電子−正孔対が形成され、少数キャリアの
正孔６０は印加されている電界によって共通電極５７に
到達して信号として検知されるが、ｎ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ
_0.2 Ｔｅ層５４において対創生された正孔５９はｎ型Ｈ
ｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層５３でブロックされるので、ｎ型
Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層５２のみが実効的な感光層とし
て機能することになる。

【００８５】上述の様に、センサ電極５６と共通電極５
７との間に印加する電圧の極性を選択することによっ
て、正孔の流れの下流側にあるＨｇＣｄＴｅ層のみを、
実効的に感光層として機能させることができ、他方のＨ
ｇＣｄＴｅ層において光吸収によって正孔が対創生され
ても、ｎ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層５３が電位障壁とな
って電極に到達しないので、スペクトルクロストークが
抑制される。

【００８６】したがって、ｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層
５２側を負にバイアスした場合には、短波長の赤外線検
知素子として機能させることができ、ｎ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ
_0.2Ｔｅ層５４側を負にバイアスした場合には、長波長
の赤外線検知素子として機能させることができる。

【００８７】この様に、本発明の第５の実施の形態にお
いては、感光層としてＨｇＣｄＴｅ層を用いるととも
に、ｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層５２とｎ型Ｈｇ_0.8 Ｃ
ｄ_0.2Ｔｅ層５４との間に価電子帯において正孔に対す
る電位障壁となるｎ型Ｈｇ_0.5Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層５３を設
けてｎｎｎ構造としているので、感光層として機能させ
ない側のＨｇＣｄＴｅ層において光吸収が生じても、電
位障壁となるｎ型Ｈｇ_{0. 5} Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層５３によって
対創生された正孔がブロックされるので電極に到達して
信号として検出されることがなく、それによって、スペ
クトルクロストークを防止することができる。

【００８８】また、この第５の実施の形態においては、
２つの感光層及び障壁層を同じ導電型で形成し、且つ、
キャリア濃度をＨｇ空格子濃度のみによって制御してい
るので、ｎ型化のための熱処理工程は必要になるもの
の、ｐ型の場合にもキャリア濃度を制御するための熱処
理を行っているので、図７に示した従来のＨｇＣｄＴｅ
系二波長カラーセンサより製造工程が簡単になる。

【００８９】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成・条件等に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の第１及び第２の実施の形態においては、第１
ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１８の外側に障壁層を設
けていないが、例えば、量子井戸を構成するバリア層よ
り禁制帯幅の大きなＡｌＧａＡｓ層、或いは、ＩｎＧａ
Ｐ層を設けて障壁層としても良く、この様な障壁層は感
光層として機能させない側のＭＱＷ層において励起され
た電子に対する電位障壁となるので、スペクトルクロス
トークをより効果的に防止することができる。

【００９０】また、上記の第１乃至第３の実施の形態に
おいては、第１ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１８をｎ
型層としているが、ｐ型層にしても良いものであり、そ
れに応じて中間に設けるＧａＡｓ層或いはＡｌＧａＡｓ
層の導電型を反転させれば良い。

【００９１】また、上記の第２の実施の形態において
は、障壁層となるｉ型ＧａＡｓ層３０を真性半導体層で
構成しているが、真性半導体に限られるものでなく、Ｆ
ｅ等をドープして高抵抗化しても良いものである。

【００９２】また、上記の第１乃至第３の実施の形態に
おいては、第１ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１８を、
それぞれＡｌ_0.32Ｇａ_0.68Ａｓ／ＧａＡｓ接合及びＡｌ
_0.26Ｇａ_0.74Ａｓ／ＧａＡｓ接合で構成しているが、バ
リア層の組成はこの様なＡｌ組成比に限られるものでは
なく、他のＡｌ組成比ｘのＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓでも良
く、検知対象とする波長に応じた量子準位、サブバンド
が形成されるように、バリア層の厚さ、組成比、及び、
ｎ型ＧａＡｓウエル層の厚さを適宜選択すれば良く、さ
らに、必要とするセンサ感度に応じてｎ型ＧａＡｓウエ
ル層の層数を適宜選択すれば良い。

【００９３】また、上記の第１乃至第３の実施の形態に
おいては、第１ＭＱＷ層１６及び第２ＭＱＷ層１８をＡ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の多重量子井戸構造によって構
成しているが、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系等の他のIII-
Ｖ族化合物半導体による多重量子井戸構造を用いても良
いものであり、使用する大面積基板に格子整合する材料
系であれば良い。

【００９４】また、上記の第４及び第５の実施の形態に
おいては、熱処理によるＨｇ空格子濃度によって導電型
を制御しているが、導電型決定不純物を用いても良いも
のであり、例えば、ｐ型層を形成する場合には、Ａｓ，
Ｓｂ，ＡｇまたはＡｕを添加し、一方、ｎ型層を形成す
る場合には、Ｉ（沃素）またはＩｎを添加すれば良い。

【００９５】また、上記の第４及び第５の実施の形態に
おいては、基板としてＣｄＺｎＴｅを用いているが、Ｃ
ｄＺｎＴｅに限られるものではなく、ＧａＡｓ基板等の
他の基板を用いても良いものである。

【００９６】また、上記の第４及び第５の実施の形態に
おいては、感光層を形成する半導体として特定組成比の
ＨｇＣｄＴｅ系半導体を用いているが、記載されている
組成比に限られるものではなく、検出しようとする波長
に応じて適宜組成を変更し得るものであり、さらに、Ｈ
ｇＺｎＴｅ、ＨｇＭｎＴｅ等の他のＨｇ系ＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体を用いても良いものである。

【００９７】また、上記の第４及び第５の実施の形態に
おいては、基板として検出波長に対して透明な基板を用
い、基板側にＭＷＩＲ吸収層を設け、トップ層にＬＷＩ
Ｒ吸収層を設けて、基板側から光を照射するようにして
いるが、基板側にＬＷＩＲ吸収層を設け、トップ層にＭ
ＷＩＲ吸収層を設けて、トップ層側から光を照射するよ
うにしても良いものである。

【００９８】また、上記の実施の形態の説明において
は、赤外線検知素子を１個の光センサとして説明してお
り、実際には、この様な光センサ素子を二次元状アレイ
或いは一次元状アレイとして配置するものであるが、一
個の光センサ素子単体として用いても良いものである。

【００９９】

【発明の効果】本発明の第１及び第２の実施の形態にお
いては電界が印加されないＭＱＷ層における励起された
電子の基底準位への遷移を利用して、スペクトルクロス
トークを抑制し、また、第３乃至第５の実施の形態にお
いては、ＭＷＩＲ吸収層及びＬＷＩＲ吸収層との間に障
壁層を設けてスペクトルクロストークを抑制するとと
に、全体をｎｎｎ構造或いはｐｐｐ構造としているの
で、製造工程が簡素化され、それによって、二波長検出
カラーセンサの検出精度の向上、普及に寄与するところ
が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の赤外線検知素子の
説明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の赤外線検知素子の
説明図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の赤外線検知素子の
説明図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態の赤外線検知素子の
説明図である。

【図６】本発明の第５の実施の形態の赤外線検知素子の
説明図である。

【図７】従来の二波長検出カラーセンサの説明図であ
る。

【図８】従来の量子井戸構造赤外線検知素子の説明図で
ある。

【図９】スペクトルストロークの説明図である。

【符号の説明】

１ 感光層 ２ 感光層 ３ 中間層 ４ 電子 ５ 電子 １１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 １２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層 １３ ｉ型ＩｎＧａＰ層 １４ ｎ型ＧａＡｓ層 １５ ｎ型ＩｎＧａＰ層 １６ 第１ＭＱＷ層 １７ ｐ型ＧａＡｓ層 １８ 第２ＭＱＷ層 １９ ｎ型ＧａＡｓ層 ２０ ｎ型ＡｌＧａＡｓ層 ２１ ｎ型ＧａＡｓ層 ２２ 回折格子 ２３ オーミック電極 ２４ 反射電極 ２５ ＳｉＯＮ膜 ２６ センサ電極 ２７ 共通電極 ２８ 電子 ２９ 電子 ３０ ｉ型ＧａＡｓ層 ３１ ｎ型ＡｌＧａＡｓ層 ４１ ＣｄＺｎＴｅ基板 ４２ ｐ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層 ４３ ｐ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層 ４４ ｐ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層 ４５ ＺｎＳ膜 ４６ センサ電極 ４７ 共通電極 ４８ 正孔 ４９ 電子 ５０ 電子 ５１ ＣｄＺｎＴｅ基板 ５２ ｎ型Ｈｇ_0.7 Ｃｄ_0.3 Ｔｅ層 ５３ ｎ型Ｈｇ_0.5 Ｃｄ_0.5 Ｔｅ層 ５４ ｎ型Ｈｇ_0.8 Ｃｄ_0.2 Ｔｅ層 ５５ ＺｎＳ膜 ５６ センサ電極 ５７ 共通電極 ５８ 電子 ５９ 正孔 ６０ 正孔 ６１ ＣｄＺｎＴｅ基板 ６２ ｎ型Ｈｇ_0.72Ｃｄ_0.28Ｔｅ層 ６３ ｐ型Ｈｇ_0.68Ｃｄ_0.32Ｔｅ層 ６４ ｎ型Ｈｇ_0.78Ｃｄ_0.22Ｔｅ層 ６５ 素子電極 ６６ 共通電極 ６７ 正孔 ６８ 電子 ６９ 正孔 ７０ 電子 ７１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ７２ ｎ型ＧａＡｓ層 ７３ 第１ＭＱＷ層 ７４ ｎ型ＧａＡｓ層 ７５ 第２ＭＱＷ層 ７６ ｎ型ＧａＡｓ層 ７７ ＳｉＯＮ膜 ７８ センサ電極 ７９ 共通電極 ８０ 電子 ８１ 電子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに感光波長の異なる２つの感光層を
   中間層で分離して積層した２端子型の赤外線検知素子に
   おいて、前記２つの感光層を一導電型の多重量子井戸層
   で構成するとともに、前記中間層を逆導電型半導体層で
   構成し、前記多重量子井戸におけるサブバンド間の遷移
   により光吸収を行うことを特徴とする赤外線検知素子。
2. 【請求項２】 互いに感光波長の異なる２つの感光層を
   中間層で分離して積層した２端子型の赤外線検知素子に
   おいて、前記２つの感光層を一導電型の多重量子井戸層
   で構成するとともに、前記中間層を高抵抗半導体層で構
   成し、前記多重量子井戸におけるサブバンド間の遷移に
   より光吸収を行うことを特徴とする赤外線検知素子。
3. 【請求項３】 上記２つの感光層の中間層と接する側と
   反対の面に、上記多重量子井戸層を構成するバリア層よ
   り禁制帯幅の大きな一導電型半導体層を設けたことを特
   徴とする請求項１または２に記載の赤外線検知素子。
4. 【請求項４】 上記互いに感光波長の異なる２つの感光
   層を中間層で分離して積層した２端子型の赤外線検知素
   子において、前記２つの感光層を一導電型の多重量子井
   戸層で構成するとともに、前記中間層を前記感光層の実
   効的禁制帯幅より禁制帯幅の大きな一導電型半導体層で
   構成し、前記多重量子井戸におけるサブバンド間の遷移
   により光吸収を行うことを特徴とする赤外線検知素子。
5. 【請求項５】 互いに感光波長の異なる２つの感光層
   を、中間層で分離して積層した２端子型の赤外線検知素
   子において、前記２つの感光層を一導電型のＨｇ系ＩＩ
   −ＶＩ族化合物半導体層で構成するとともに、前記障壁
   層を前記感光層の実効的禁制帯幅より禁制帯幅の大きな
   一導電型半導体層で構成し、伝導帯と価電子帯間のバン
   ド間遷移により光吸収を行うことを特徴とする赤外線検
   知素子。
6. 【請求項６】 上記２つの感光層及び障壁層の導電型
   が、Ｈｇ空格子の濃度の制御のみによって決定されてい
   ることを特徴とする請求項５記載の赤外線検知素子。