JP2528191B2 - 赤外線放射検出装置 - Google Patents
赤外線放射検出装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 1.発明の分野 本発明は赤外線感知の分野、特に赤外線放射検出装置
に関する。
に関する。
2.従来技術の説明 基本的な赤外線検出器は、調査、目標捜査および１乃
至30μｍの波長を有する電磁放射波の存在を感知する探
査および追跡映像システムにおいてしばしば使用され
る。赤外線放射を検出するためにこれらの基本検出器
は、トリグリシンサルフェートおよびランタンドープさ
れたジルコン酸チタン酸鉛結晶のような温度感応性熱電
気および強誘電材料をしばしば使用する。このような結
晶は、結晶に取付けられた電極に対して電位降下をもた
らす入射した赤外線放射波に応答して瞬間的な電気偏波
を示す。材料の抵抗が入射した放射線の関数として変化
する硫化鉛および水銀・カドミウム・テルルのような光
導電性材料が使用されてもよい。最後に、固有のバンド
・トウ・バンド電子ホール励起が入射した赤外線束に比
例する電流または電圧を発生する水銀・カドミウム・テ
ルル、インジウム・アンチモンまたは類似した材料から
構成されるような光起電装置が使用されてもよい。
至30μｍの波長を有する電磁放射波の存在を感知する探
査および追跡映像システムにおいてしばしば使用され
る。赤外線放射を検出するためにこれらの基本検出器
は、トリグリシンサルフェートおよびランタンドープさ
れたジルコン酸チタン酸鉛結晶のような温度感応性熱電
気および強誘電材料をしばしば使用する。このような結
晶は、結晶に取付けられた電極に対して電位降下をもた
らす入射した赤外線放射波に応答して瞬間的な電気偏波
を示す。材料の抵抗が入射した放射線の関数として変化
する硫化鉛および水銀・カドミウム・テルルのような光
導電性材料が使用されてもよい。最後に、固有のバンド
・トウ・バンド電子ホール励起が入射した赤外線束に比
例する電流または電圧を発生する水銀・カドミウム・テ
ルル、インジウム・アンチモンまたは類似した材料から
構成されるような光起電装置が使用されてもよい。
このような基本的検出器のアレイは熱映像システムを
形成するために使用されてもよい。実時間において前方
観察赤外線（“FLIR"）映像センサのようなプリズム反
射鏡を回動する熱映像システムは基本検出器の１次元の
アレイにわたってソースによって放出された放射線を走
査するために使用される。基本的検出器がこのように使
用された場合、検出器の一時的な出力は映像の２次元表
示を生成するように使用されてもよい。観察または走査
アレイのいずれかを使用することができる２次元検出ア
レイ映像システムにおいて、基本的検出器は自由電荷キ
ャリアまたは電流を生成し、それは電荷結合装置（“CC
D"）のような適切な読出し集積回路によって監視されて
もよい。CCDからの出力は時間遅延および積分または並
列直列走査変換等の種々の技術によって処理されること
が可能であり、フレーム速度、信号・雑音比等のシステ
ム要求にしたがって選択される。その他の読出し装置が
使用されてもよい。
形成するために使用されてもよい。実時間において前方
観察赤外線（“FLIR"）映像センサのようなプリズム反
射鏡を回動する熱映像システムは基本検出器の１次元の
アレイにわたってソースによって放出された放射線を走
査するために使用される。基本的検出器がこのように使
用された場合、検出器の一時的な出力は映像の２次元表
示を生成するように使用されてもよい。観察または走査
アレイのいずれかを使用することができる２次元検出ア
レイ映像システムにおいて、基本的検出器は自由電荷キ
ャリアまたは電流を生成し、それは電荷結合装置（“CC
D"）のような適切な読出し集積回路によって監視されて
もよい。CCDからの出力は時間遅延および積分または並
列直列走査変換等の種々の技術によって処理されること
が可能であり、フレーム速度、信号・雑音比等のシステ
ム要求にしたがって選択される。その他の読出し装置が
使用されてもよい。
上記の検出器構造は能率的であるが、それらは一般的
にいくつかの製造に関連する欠点を有する。第１に、検
出器および読出し装置が別々に構成され、その後機械的
に結合される多数のこのような検出器構造はハイブリッ
ド的に形成される。ハイブリッド構造の形式は付加的な
処理ステップを含むため、このような構造はモノリシッ
ク装置（すなわち、検出器と読み出しおよび信号処理回
路が１つの材料のシステム中に形成されている装置）と
比較して生産効率が低い傾向がある。さらに、形成中に
意図しない欠陥が誘起されて信頼性を低め、特性を損う
という可能性が高い。モノリシック検出器はハイブリッ
ド形成に必要な付加的な処理ステップを回避するが、信
号処理回路のために赤外線検出器と同一の材料を使用す
る必要がある。この材料（例えばHg Cd TeまたはIn S
b）は製造技術が充分に開発されているシリコンまたは
ヒ化ガリウムから形成される回路よりも常に低い特性の
信号処理回路となる。
にいくつかの製造に関連する欠点を有する。第１に、検
出器および読出し装置が別々に構成され、その後機械的
に結合される多数のこのような検出器構造はハイブリッ
ド的に形成される。ハイブリッド構造の形式は付加的な
処理ステップを含むため、このような構造はモノリシッ
ク装置（すなわち、検出器と読み出しおよび信号処理回
路が１つの材料のシステム中に形成されている装置）と
比較して生産効率が低い傾向がある。さらに、形成中に
意図しない欠陥が誘起されて信頼性を低め、特性を損う
という可能性が高い。モノリシック検出器はハイブリッ
ド形成に必要な付加的な処理ステップを回避するが、信
号処理回路のために赤外線検出器と同一の材料を使用す
る必要がある。この材料（例えばHg Cd TeまたはIn S
b）は製造技術が充分に開発されているシリコンまたは
ヒ化ガリウムから形成される回路よりも常に低い特性の
信号処理回路となる。
発明の要約 本発明は、読出しおよび信号処理回路が集積されてお
り、シリコン、ヒ化ガリウムまたはゲルマニウムから成
るグループから選択された材料で形成された基体と、水
銀・カドミウム・テルル；水銀・亜鉛・テルル；水銀・
カドミウム・セレニウム；水銀・亜鉛・セレニウム；水
銀・カドミウム・硫黄；水銀・亜鉛・硫黄；鉛・錫・テ
ルル；鉛・錫・セレニウム；鉛・錫・硫黄；インジュウ
ム・ヒ素・アンチモン；ガリウム・インジュウム・アン
チモン；ガリウム・アンチモン・ヒ素から成るグループ
から選択された材料から成り、基体上に成長された第１
の半導体層と、第１の半導体層上に成長された第２の半
導体層とを含み、第１および第２の半導体層が受けた赤
外線放射波に応答して前記基体中の読出しおよび信号処
理回路に電気信号を伝送するように動作可能である赤外
線放射検出用のモノリシック装置において、基体と前記
第１の半導体層との間に設けられた積層された第１およ
び第２のパッシベイション層を備え、それら第１および
第２のパッシベイション層は第１の半導体層の形成を制
御するように動作する複数の核ウインドウを含んでいる
ことを特徴とする。
り、シリコン、ヒ化ガリウムまたはゲルマニウムから成
るグループから選択された材料で形成された基体と、水
銀・カドミウム・テルル；水銀・亜鉛・テルル；水銀・
カドミウム・セレニウム；水銀・亜鉛・セレニウム；水
銀・カドミウム・硫黄；水銀・亜鉛・硫黄；鉛・錫・テ
ルル；鉛・錫・セレニウム；鉛・錫・硫黄；インジュウ
ム・ヒ素・アンチモン；ガリウム・インジュウム・アン
チモン；ガリウム・アンチモン・ヒ素から成るグループ
から選択された材料から成り、基体上に成長された第１
の半導体層と、第１の半導体層上に成長された第２の半
導体層とを含み、第１および第２の半導体層が受けた赤
外線放射波に応答して前記基体中の読出しおよび信号処
理回路に電気信号を伝送するように動作可能である赤外
線放射検出用のモノリシック装置において、基体と前記
第１の半導体層との間に設けられた積層された第１およ
び第２のパッシベイション層を備え、それら第１および
第２のパッシベイション層は第１の半導体層の形成を制
御するように動作する複数の核ウインドウを含んでいる
ことを特徴とする。
図面の簡単な説明 本発明の種々の利点が以下の説明および図面から当業
者に明らかになるであろう。
者に明らかになるであろう。
図面は本発明による赤外線放射を検出する装置の好ま
しい実施例の断面図である。
しい実施例の断面図である。
好ましい実施例の説明 本発明の好ましい実施例によると、赤外線放射を検出
する構造10は図中で４で示されるように設けられる。構
造10は単一の検出素子として使用されてもよいし、もし
くは多数素子の映像装置の一部であってもよい。構造10
はシリコン、ヒ化ガリウムまたはゲルマニウムから形成
されてもよい基体12を含む。しかしその他の適切な材料
が使用されてよいことが理解されるべきである。基体12
は、以下に説明される半導体の層の出力を使用可能な形
態に変換する符号14によって示された適切な読出しおよ
び信号処理回路を含む。読出しおよび信号処理回路14
は、ここで参照されているBluzer,N.およびStehlac,R.
による文献（“Buffered Direct Injection of Photocu
rrents into Charge-Coupled Device",IEEE Transactio
ns on Electron Devices,ED25,n.2.p.160,1978年２月）
に記載されたものに類似していてもよい。半導体の層か
らの出力を処理するその他の適切な手段が使用されても
よい。
する構造10は図中で４で示されるように設けられる。構
造10は単一の検出素子として使用されてもよいし、もし
くは多数素子の映像装置の一部であってもよい。構造10
はシリコン、ヒ化ガリウムまたはゲルマニウムから形成
されてもよい基体12を含む。しかしその他の適切な材料
が使用されてよいことが理解されるべきである。基体12
は、以下に説明される半導体の層の出力を使用可能な形
態に変換する符号14によって示された適切な読出しおよ
び信号処理回路を含む。読出しおよび信号処理回路14
は、ここで参照されているBluzer,N.およびStehlac,R.
による文献（“Buffered Direct Injection of Photocu
rrents into Charge-Coupled Device",IEEE Transactio
ns on Electron Devices,ED25,n.2.p.160,1978年２月）
に記載されたものに類似していてもよい。半導体の層か
らの出力を処理するその他の適切な手段が使用されても
よい。
基体表面の電気特性を制御するために第１のパッシベ
イション層16が設けられている。第１のパッシベイショ
ン層16は基体12に最適なパッシベイション状態を提供す
る材料から選択される。このような材料はSiO2またはSi
N4を含む。しかしその他の適切な材料が使用されてよい
ことが理解されるべきである。第２のパッシベイション
層18は第１のパッシベイション層16上に付着される。第
２のパッシベイション層18は以下に説明される赤外線能
動半導体層に最適なパッシベイション状態を提供し、赤
外線能動半導体層の核が発生しない面を形成する複数の
材料の１つから形成される。このような材料はSiO2また
はZnSを含んでもよい。しかしその他の適切な材料が使
用されてよいことが理解されるべきである。第１および
第２のパッシベイション層16および18はオーム接触子20
および複数の核ウインドウ22乃至26を有する。オーム接
触子20は、以下に説明される第２の半導体層と読出しお
よび信号処理回路14との間に電気結合を行うために使用
される。核ウインドウ22乃至26は第１の半導体層の核に
シード位置を与えるために使用される。さらに核ウイン
ドウ24は第１の半導体層と読出しおよび信号処理回路14
との間の電気結合を可能にする。
イション層16が設けられている。第１のパッシベイショ
ン層16は基体12に最適なパッシベイション状態を提供す
る材料から選択される。このような材料はSiO2またはSi
N4を含む。しかしその他の適切な材料が使用されてよい
ことが理解されるべきである。第２のパッシベイション
層18は第１のパッシベイション層16上に付着される。第
２のパッシベイション層18は以下に説明される赤外線能
動半導体層に最適なパッシベイション状態を提供し、赤
外線能動半導体層の核が発生しない面を形成する複数の
材料の１つから形成される。このような材料はSiO2また
はZnSを含んでもよい。しかしその他の適切な材料が使
用されてよいことが理解されるべきである。第１および
第２のパッシベイション層16および18はオーム接触子20
および複数の核ウインドウ22乃至26を有する。オーム接
触子20は、以下に説明される第２の半導体層と読出しお
よび信号処理回路14との間に電気結合を行うために使用
される。核ウインドウ22乃至26は第１の半導体層の核に
シード位置を与えるために使用される。さらに核ウイン
ドウ24は第１の半導体層と読出しおよび信号処理回路14
との間の電気結合を可能にする。
入射した赤外線に応答して光電流を発生するために構
造10は、第１の半導体層28および第２の半導体層30を含
む。第１および第２の半導体層28および30は共にベース
およびヘテロ接合フォトダイオードのコレクタ層を含
む。第１の半導体層28はHg1-xCdxTeで定められた化学量
的関係を有する水銀・カドミウム・テルルの層から構成
される。ｘの組成値は、第１の半導体層28が赤外線スペ
クトル中の特定の波長の赤外線放射に感応するように選
択される。例えば、ｘの組成値が約0.2であるように選
択された場合、第１の半導体層28は所望の動作温度（例
えば絶対温度77度）で約10乃至12mのカットオフ波長を
有する長い波長の赤外線放射波に感応する。しかしなが
ら、第１の半導体層28は水銀・亜鉛・テルル、水銀・カ
ドミウム・セレニウム、水銀・カドミウム・硫黄、水銀
・亜鉛・硫黄、水銀・亜鉛・セレニウム、鉛・錫・テル
ル、鉛・錫・セレニウム、鉛・錫・硫黄、インジウム・
ヒ素・アンチモン、ガリウム・インジウム・アンチモ
ン、またはガリウム・アンチモン・ヒ素、のようなその
他の適切な材料を含んでもよいことが理解されるべきで
ある。
造10は、第１の半導体層28および第２の半導体層30を含
む。第１および第２の半導体層28および30は共にベース
およびヘテロ接合フォトダイオードのコレクタ層を含
む。第１の半導体層28はHg1-xCdxTeで定められた化学量
的関係を有する水銀・カドミウム・テルルの層から構成
される。ｘの組成値は、第１の半導体層28が赤外線スペ
クトル中の特定の波長の赤外線放射に感応するように選
択される。例えば、ｘの組成値が約0.2であるように選
択された場合、第１の半導体層28は所望の動作温度（例
えば絶対温度77度）で約10乃至12mのカットオフ波長を
有する長い波長の赤外線放射波に感応する。しかしなが
ら、第１の半導体層28は水銀・亜鉛・テルル、水銀・カ
ドミウム・セレニウム、水銀・カドミウム・硫黄、水銀
・亜鉛・硫黄、水銀・亜鉛・セレニウム、鉛・錫・テル
ル、鉛・錫・セレニウム、鉛・錫・硫黄、インジウム・
ヒ素・アンチモン、ガリウム・インジウム・アンチモ
ン、またはガリウム・アンチモン・ヒ素、のようなその
他の適切な材料を含んでもよいことが理解されるべきで
ある。
第２の半導体層30はHg1-yCdyTeで定められる化学量的
な関係を有する水銀・カドミウム・テルルの層を含む。
ｙの組成値は第１の半導体層28の組成値ｘよりも大きい
ように選択され、典型的に0.3の値を有する。しかしな
がら、その他の適切なｙの値が選択され、また水銀・カ
ドミウム・テルル、水銀・亜鉛・テルル、水銀・カドミ
ウム・セレニウム、水銀・亜鉛・セレニウム、水銀・カ
ドミウム・硫黄、水銀・亜鉛・硫黄、鉛・錫・テルル、
鉛・錫・セレニウム、鉛・錫・硫黄、インジウム・ヒ素
・アンチモン、ガリウム・インジウム・アンチモンまた
はガリウム・アンチモン・ヒ素を含むその他の適切な材
料が選択されてもよいことが理解されるべきである。
な関係を有する水銀・カドミウム・テルルの層を含む。
ｙの組成値は第１の半導体層28の組成値ｘよりも大きい
ように選択され、典型的に0.3の値を有する。しかしな
がら、その他の適切なｙの値が選択され、また水銀・カ
ドミウム・テルル、水銀・亜鉛・テルル、水銀・カドミ
ウム・セレニウム、水銀・亜鉛・セレニウム、水銀・カ
ドミウム・硫黄、水銀・亜鉛・硫黄、鉛・錫・テルル、
鉛・錫・セレニウム、鉛・錫・硫黄、インジウム・ヒ素
・アンチモン、ガリウム・インジウム・アンチモンまた
はガリウム・アンチモン・ヒ素を含むその他の適切な材
料が選択されてもよいことが理解されるべきである。
第１の半導体層28はフォトダイオードベース層として
動作し、一方第２の半導体層30はフォトダイオードコレ
クタ層として動作する。しかしながら構造10の収集効率
を高めるために第１および第２の半導体層28および30の
役割が逆にされてもよい（すなわち第２の半導体層30が
ベース層になり、第１の半導体層28がコレクタ層にな
る）。この場合、ｙの組成値は約0.2であり、ｘの組成
値は約0.3である。しかしながら、一般的には第２の半
導体層30は狭いバンドギャップ材料となり、第１の半導
体層28は広いバンドキャップ材料となる。層28および30
は反対の型の混合物を有するようにドープされる。すな
わち第１の半導体層28はｐ型にドープされ、第２の半導
体層はｎ型にドープされ、その逆も可能である。しかし
ながら、同じ型のヘテロ接合も使用されてよいことが理
解されるべきである。
動作し、一方第２の半導体層30はフォトダイオードコレ
クタ層として動作する。しかしながら構造10の収集効率
を高めるために第１および第２の半導体層28および30の
役割が逆にされてもよい（すなわち第２の半導体層30が
ベース層になり、第１の半導体層28がコレクタ層にな
る）。この場合、ｙの組成値は約0.2であり、ｘの組成
値は約0.3である。しかしながら、一般的には第２の半
導体層30は狭いバンドギャップ材料となり、第１の半導
体層28は広いバンドキャップ材料となる。層28および30
は反対の型の混合物を有するようにドープされる。すな
わち第１の半導体層28はｐ型にドープされ、第２の半導
体層はｎ型にドープされ、その逆も可能である。しかし
ながら、同じ型のヘテロ接合も使用されてよいことが理
解されるべきである。
赤外線スペクトルにおける光の光子が装置構造10によ
って吸収されたとき、電子ホール対が発生される。電子
ホール対が再結合する前に第１および第２の半導体層28
および30の間の接合部に到達した場合、第１および第２
の半導体層28および30の間の接合部における電界は電子
をｎ型半導体層の中に移動させ、ホールをｐ型半導体層
中に移動させる。この電子ホール移動は受光された光子
の数に比例する光電流を生成する。
って吸収されたとき、電子ホール対が発生される。電子
ホール対が再結合する前に第１および第２の半導体層28
および30の間の接合部に到達した場合、第１および第２
の半導体層28および30の間の接合部における電界は電子
をｎ型半導体層の中に移動させ、ホールをｐ型半導体層
中に移動させる。この電子ホール移動は受光された光子
の数に比例する光電流を生成する。
第１および第２の半導体層28および30において発生さ
れた光電流を感知するために、基体12はさらに重くドー
プされた領域32および34を含む。重くドープされた領域
32は核ウインドウ24を通して読出しおよび信号処理回路
14と第１の半導体層28との間に電気結合を可能にする。
核ウインドウ24に付着される材料はHgTeまたは半導体層
28に類似した結晶構造および格子定数を有する類似した
半金属性の材料であることができる（すなわち、HgSe,H
gS,PbTe,PbSe,PbS,およびグレイSnが代わりに選択され
ることができる）。こりれは重くドープされた領域32と
第１の半導体層28との間に良好なオーム接触を提供す
る。同一の材料は同時に核ウインドウ22および26中に付
着されるが、それは第１の半導体層28に対して、オーム
接触ではなく核位置としてのみ作用する。さらに、重く
ドープされた領域34は金属化層36およびオーム接触子20
を通じて読出しおよび信号処理回路14と第２の半導体層
30との間に電気結合を提供する。オーム接触子20および
36は２つの異なる金属であることができ、オーム接触子
20は重くドープされた領域34との良好なオーム接触を生
じるように選択され、金属化層36はｎ型用のプラチナお
よびｐ型用の金のように第２の半導体層30との良好なオ
ーム接触を形成するように選択される。金属化層36はま
た第１の半導体層28の核が抑制される材料であるように
選択されなければならない。
れた光電流を感知するために、基体12はさらに重くドー
プされた領域32および34を含む。重くドープされた領域
32は核ウインドウ24を通して読出しおよび信号処理回路
14と第１の半導体層28との間に電気結合を可能にする。
核ウインドウ24に付着される材料はHgTeまたは半導体層
28に類似した結晶構造および格子定数を有する類似した
半金属性の材料であることができる（すなわち、HgSe,H
gS,PbTe,PbSe,PbS,およびグレイSnが代わりに選択され
ることができる）。こりれは重くドープされた領域32と
第１の半導体層28との間に良好なオーム接触を提供す
る。同一の材料は同時に核ウインドウ22および26中に付
着されるが、それは第１の半導体層28に対して、オーム
接触ではなく核位置としてのみ作用する。さらに、重く
ドープされた領域34は金属化層36およびオーム接触子20
を通じて読出しおよび信号処理回路14と第２の半導体層
30との間に電気結合を提供する。オーム接触子20および
36は２つの異なる金属であることができ、オーム接触子
20は重くドープされた領域34との良好なオーム接触を生
じるように選択され、金属化層36はｎ型用のプラチナお
よびｐ型用の金のように第２の半導体層30との良好なオ
ーム接触を形成するように選択される。金属化層36はま
た第１の半導体層28の核が抑制される材料であるように
選択されなければならない。
第２の半導体層30がフォトダイオードのベースとして
動作する場合、第２の半導体層30の内部における自由電
荷キャリアは第２の半導体層28との境界面に向かってド
リフトし再結合する。この再結合の結果、自由電荷キャ
リアが第１のパッシベイション層16によって収集される
効率が減少される。第２の半導体層30中の自由電荷キャ
リアの再結合の速度を減少するために、第２の半導体層
30がフォトダイオードのベースとして動作するとき第３
の半導体層38が設けられる。第３の半導体層38はｚの組
成値がｙよりも大きいように選択されたHg1-zCdzTeで定
められた化学量的関係を有する水銀・カドミウム・テル
ルから形成されてもよい。しかしながら、水銀・カドミ
ウム・テルル、水銀・亜鉛・テルル、水銀・カドミウム
・セレニウム、水銀・亜鉛・セレニウム、水銀・カドミ
ウム・硫黄、水銀・亜鉛・硫黄、鉛・錫・テルル、鉛・
錫・セレニウム、鉛・錫・硫黄、インジウム・ヒ素・ア
ンチモン、ガリウム・インジウム・アンチモンまたはガ
リウム・アンチモン・ヒ素のようなその他の適切な材料
が使用されてもよいことが理解されるべきである。
動作する場合、第２の半導体層30の内部における自由電
荷キャリアは第２の半導体層28との境界面に向かってド
リフトし再結合する。この再結合の結果、自由電荷キャ
リアが第１のパッシベイション層16によって収集される
効率が減少される。第２の半導体層30中の自由電荷キャ
リアの再結合の速度を減少するために、第２の半導体層
30がフォトダイオードのベースとして動作するとき第３
の半導体層38が設けられる。第３の半導体層38はｚの組
成値がｙよりも大きいように選択されたHg1-zCdzTeで定
められた化学量的関係を有する水銀・カドミウム・テル
ルから形成されてもよい。しかしながら、水銀・カドミ
ウム・テルル、水銀・亜鉛・テルル、水銀・カドミウム
・セレニウム、水銀・亜鉛・セレニウム、水銀・カドミ
ウム・硫黄、水銀・亜鉛・硫黄、鉛・錫・テルル、鉛・
錫・セレニウム、鉛・錫・硫黄、インジウム・ヒ素・ア
ンチモン、ガリウム・インジウム・アンチモンまたはガ
リウム・アンチモン・ヒ素のようなその他の適切な材料
が使用されてもよいことが理解されるべきである。
さらに構造10は反射防止被覆40を含む。反射防止被覆
40は第３の半導体層38上に設けられ、入射した赤外線放
射の反射を減少するために使用される。反射防止被覆40
は大気と第３の半導体層38を屈折率の間の屈折率を有す
る材料から形成される。反射防止被覆40は硫化亜鉛、セ
レン化亜鉛またはテルル化亜鉛から形成されてもよく、
その他の適切な材料が使用されてもよい。構造10はまた
は第１のパッシベイション層16並びに第１および第２の
半導体層28および30の相対電位を制御するために使用さ
れるフィールドプレート領域42を含む。フィールドプレ
ート42第１および第２の半導体層28および30が第１のパ
ッシベイション層16と交差する領域の下に設けられるフ
ィールドプレート領域42は基体12中にドープされるか、
もしくは基体12の表面上に金属を付着させてもよい。
40は第３の半導体層38上に設けられ、入射した赤外線放
射の反射を減少するために使用される。反射防止被覆40
は大気と第３の半導体層38を屈折率の間の屈折率を有す
る材料から形成される。反射防止被覆40は硫化亜鉛、セ
レン化亜鉛またはテルル化亜鉛から形成されてもよく、
その他の適切な材料が使用されてもよい。構造10はまた
は第１のパッシベイション層16並びに第１および第２の
半導体層28および30の相対電位を制御するために使用さ
れるフィールドプレート領域42を含む。フィールドプレ
ート42第１および第２の半導体層28および30が第１のパ
ッシベイション層16と交差する領域の下に設けられるフ
ィールドプレート領域42は基体12中にドープされるか、
もしくは基体12の表面上に金属を付着させてもよい。
層28,30および16が交差する領域における電位の制御
は装置特性にとって重要である。この領域における電位
を制御するために、第１のパッシベイション層16は第１
および第２の半導体層28および30の中の平坦なバンド電
位の近くにおいて、電流動作におけるフォトダイオード
特性を最適化するためにゲートが使用されるように供給
電位の使用による平坦なバンド状態からの任意の偏差を
補償するフィールド領域42を使用することによって安定
した表面電位を与えるように選択される（すなわち、第
１のパッシベイション層16は第１および第２の半導体層
28および30をパッシベイション化するように選択され
る）。
は装置特性にとって重要である。この領域における電位
を制御するために、第１のパッシベイション層16は第１
および第２の半導体層28および30の中の平坦なバンド電
位の近くにおいて、電流動作におけるフォトダイオード
特性を最適化するためにゲートが使用されるように供給
電位の使用による平坦なバンド状態からの任意の偏差を
補償するフィールド領域42を使用することによって安定
した表面電位を与えるように選択される（すなわち、第
１のパッシベイション層16は第１および第２の半導体層
28および30をパッシベイション化するように選択され
る）。
第１のパッシベイション層16上で第１および第２の半
導体層28および30が成長することにより自動的に自己パ
ッシベイション埋設接合がもたらされる。フィールドプ
レート領域42の存在はゲート電圧制御による接合領域中
の表面電位の最適化を可能にする。
導体層28および30が成長することにより自動的に自己パ
ッシベイション埋設接合がもたらされる。フィールドプ
レート領域42の存在はゲート電圧制御による接合領域中
の表面電位の最適化を可能にする。
上記の構造を与えることによって、構造10の特性は信
号処理および赤外線検出の両観点から最適化されること
ができる。基体12は最適な特性の信号処理回路が形成さ
れることができるシリコン、ヒ化ガリウムまたはゲルマ
ニウムであってよい。それから赤外線検出を最適化する
材料から選択された第１および第２の半導体28および30
がヘテロエピタキシャル選択領域付着によって基体12上
に設けられる。したがって、この検出器構造と基体12と
の組合せはモノリシックヘテロエピタキシャル焦点平面
アレイを構成し、ハイブリッド化された構造に関連した
欠点の弊害を受けない。
号処理および赤外線検出の両観点から最適化されること
ができる。基体12は最適な特性の信号処理回路が形成さ
れることができるシリコン、ヒ化ガリウムまたはゲルマ
ニウムであってよい。それから赤外線検出を最適化する
材料から選択された第１および第２の半導体28および30
がヘテロエピタキシャル選択領域付着によって基体12上
に設けられる。したがって、この検出器構造と基体12と
の組合せはモノリシックヘテロエピタキシャル焦点平面
アレイを構成し、ハイブリッド化された構造に関連した
欠点の弊害を受けない。
構造10は以下に説明された方法で形成されることがで
きる。基体12が読出しおよび信号処理回路14と共に形成
された後、重くドープされた領域32および34並びにフィ
ールドプレート領域42が形成される。それからパッシベ
イション層16および18が基体12上に設けられる。それか
ら接触ウインドウはフォトリソグラフによって重くドー
プされた領域34を覆うパッシベイション層16および18中
に開けられる。第１の金属層は、重くドープされた領域
34に対するオーム接触子20を形成するため真空蒸着によ
り供給されリフトオフされる。その後、金属化層36を形
成するために第２のフォトリソグラフステップが実行さ
れる。金属化層36の形態は構造10の境界を形成し、第２
の半導体層30とオーム接触するように選択される。
きる。基体12が読出しおよび信号処理回路14と共に形成
された後、重くドープされた領域32および34並びにフィ
ールドプレート領域42が形成される。それからパッシベ
イション層16および18が基体12上に設けられる。それか
ら接触ウインドウはフォトリソグラフによって重くドー
プされた領域34を覆うパッシベイション層16および18中
に開けられる。第１の金属層は、重くドープされた領域
34に対するオーム接触子20を形成するため真空蒸着によ
り供給されリフトオフされる。その後、金属化層36を形
成するために第２のフォトリソグラフステップが実行さ
れる。金属化層36の形態は構造10の境界を形成し、第２
の半導体層30とオーム接触するように選択される。
その後、パッシベイション層16および18中に核ウイン
ドウ22乃至26を開くために第３のフォトリソグラフステ
ップが使用される。核ウインドウ22乃至26の形態、寸法
および間隔は所望の検出器の幾何学形状および使用され
るエピタキシャル成長過程の特性によって決定される。
例えば、核ウインドウから横方向の成長が垂直方向の成
長と同じ速度で生じた場合、ウインドウはそれらと同程
度広く離されて位置されているべきである。多過ぎる個
数の核ウインドウは基体12中の読出しおよび信号処理回
路14に対して空間的に制限を与えるため、核ウインドウ
の数はまた最小にされるべきである。核ウインドウ22乃
至26の個数および寸法は第１の半導体層28の垂直方向の
成長速度に対する横方向の成長速度の比率を最大にする
ことによって最小化されることができる。さらに第２の
半導体層30の垂直方向の成長速度に対する横方向の成長
速度の比率はまた第１および第２の半導体層28および30
の間の接合部と金属化層36との間に最大の可能な距離を
与えるように最大にされるべきである。第１の半導体層
28を厚い層に形成することによって、要求される核ウイ
ンドウ22乃至26の数は減少される。第２の半導体層30を
さらに厚く形成することにより、金属化層36と第１およ
び第２の半導体層28および30間の接合部との間の距離が
より大きくなるので、横方向の成長速度のバリエーショ
ンに対してさらに許容性が与えられる。
ドウ22乃至26を開くために第３のフォトリソグラフステ
ップが使用される。核ウインドウ22乃至26の形態、寸法
および間隔は所望の検出器の幾何学形状および使用され
るエピタキシャル成長過程の特性によって決定される。
例えば、核ウインドウから横方向の成長が垂直方向の成
長と同じ速度で生じた場合、ウインドウはそれらと同程
度広く離されて位置されているべきである。多過ぎる個
数の核ウインドウは基体12中の読出しおよび信号処理回
路14に対して空間的に制限を与えるため、核ウインドウ
の数はまた最小にされるべきである。核ウインドウ22乃
至26の個数および寸法は第１の半導体層28の垂直方向の
成長速度に対する横方向の成長速度の比率を最大にする
ことによって最小化されることができる。さらに第２の
半導体層30の垂直方向の成長速度に対する横方向の成長
速度の比率はまた第１および第２の半導体層28および30
の間の接合部と金属化層36との間に最大の可能な距離を
与えるように最大にされるべきである。第１の半導体層
28を厚い層に形成することによって、要求される核ウイ
ンドウ22乃至26の数は減少される。第２の半導体層30を
さらに厚く形成することにより、金属化層36と第１およ
び第２の半導体層28および30間の接合部との間の距離が
より大きくなるので、横方向の成長速度のバリエーショ
ンに対してさらに許容性が与えられる。
パッシベイション層28および30に核ウインドウ22乃至
26を開けた後、残りのフォトレジストはパッシベイショ
ン層16から除去され、基体12はその表面の現場浄化が行
われるように低温金属的気相エピタキシャル反応器中に
位置される。現場表面浄化は紫外線オゾンエッチング、
原子水素エッチングまたは紫外線またはプラズマフィー
ルド中の適切な反応物から生じたその他の遊離基による
エッチングを含む。
26を開けた後、残りのフォトレジストはパッシベイショ
ン層16から除去され、基体12はその表面の現場浄化が行
われるように低温金属的気相エピタキシャル反応器中に
位置される。現場表面浄化は紫外線オゾンエッチング、
原子水素エッチングまたは紫外線またはプラズマフィー
ルド中の適切な反応物から生じたその他の遊離基による
エッチングを含む。
核結晶はパッシベイション層16および18の核ウインド
ウ22乃至26の中で成長する。パッシベイション層18およ
び金属化層36が形成される材料は核結晶の形成を妨げる
ため、核結晶は核ウインドウ22乃至26中でのみ生じる。
金属的気相エピタキシャル反応器中への反応物の流入
は、核ウインドウ22乃至26中の核結晶上で核化する第１
の半導体層28を成長させるように変化される。反応物流
入はさらに第２の半導体層30を成長させるように変化さ
れる。反応物流入における最終変化により第３の半導体
層38が成長させられることができる。最後に、反射防止
層40が金属的気相反応器の外側で真空蒸着によって第３
の半導体層38上に形成される。
ウ22乃至26の中で成長する。パッシベイション層18およ
び金属化層36が形成される材料は核結晶の形成を妨げる
ため、核結晶は核ウインドウ22乃至26中でのみ生じる。
金属的気相エピタキシャル反応器中への反応物の流入
は、核ウインドウ22乃至26中の核結晶上で核化する第１
の半導体層28を成長させるように変化される。反応物流
入はさらに第２の半導体層30を成長させるように変化さ
れる。反応物流入における最終変化により第３の半導体
層38が成長させられることができる。最後に、反射防止
層40が金属的気相反応器の外側で真空蒸着によって第３
の半導体層38上に形成される。
したがって、本発明は赤外線検出を最適にするように
赤外線材料が選択され、一方信号処理回路を最適化する
ように信号処理材料が選択されることができる赤外線放
射を検出する装置を提供することができることが理解さ
れるであろう。それ故、本発明はここに示された特定の
実施例により限定されるものではない。例えば、別の適
切な領域選択エピタキシャル成長技術が第１の半導体層
を形成するために使用されてもよい。第１および第２の
半導体層の相対的ドーピング並びにそれらが実行する作
用（すなわちベースまたはコレクタ）も変化されてよ
い。その他の修正は明細書、図面および以下の請求の範
囲の各項を検討することにより当業者に明らかになるで
あろう。
赤外線材料が選択され、一方信号処理回路を最適化する
ように信号処理材料が選択されることができる赤外線放
射を検出する装置を提供することができることが理解さ
れるであろう。それ故、本発明はここに示された特定の
実施例により限定されるものではない。例えば、別の適
切な領域選択エピタキシャル成長技術が第１の半導体層
を形成するために使用されてもよい。第１および第２の
半導体層の相対的ドーピング並びにそれらが実行する作
用（すなわちベースまたはコレクタ）も変化されてよ
い。その他の修正は明細書、図面および以下の請求の範
囲の各項を検討することにより当業者に明らかになるで
あろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−171226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−12797（ＪＰ，Ａ) 米国特許4273596（ＵＳ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】読出しおよび信号処理回路が集積されてお
り、シリコン、ヒ化ガリウムまたはゲルマニウムから成
るグループから選択された材料で形成された基体と、 水銀・カドミウム・テルル；水銀・亜鉛・テルル；水銀
・カドミウム・セレニウム；水銀・亜鉛・セレニウム；
水銀・カドミウム・硫黄；水銀・亜鉛・硫黄；鉛・錫・
テルル；鉛・錫・セレニウム；鉛・錫・硫黄；インジュ
ウム・ヒ素・アンチモン；ガリウム・インジュウム・ア
ンチモン；ガリウム・アンチモン・ヒ素から成るグルー
プから選択された材料から成り、前記基体上に成長され
た第１の半導体層と、 前記第１の半導体層上に成長された第２の半導体層とを
含み、 前記第１および第２の半導体層が受けた赤外線放射波に
応答して前記基体中の読出しおよび信号処理回路に電気
信号を伝送するように動作可能である赤外線放射検出用
のモノリシック装置において、 前記基体と前記第１の半導体層との間に設けられた積層
された第１および第２のパッシベイション層を備え、 前記第１および第２のパッシベイション層は前記第１の
半導体層の形成を制御するように動作する複数の核ウイ
ンドウを含んでいることを特徴とする赤外線放射検出用
のモノリシック装置。 - 【請求項２】前記第２の半導体層上に設けられた第３の
半導体層を含み、前記第３の半導体層は前記第２の半導
体層中における自由電荷キャリアの表面再結合速度を減
少するように動作することができる請求項１記載の装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12384287A | 1987-11-23 | 1987-11-23 | |
| US123,842 | 1987-11-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02502326A JPH02502326A (ja) | 1990-07-26 |
| JP2528191B2 true JP2528191B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=22411220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1501415A Expired - Lifetime JP2528191B2 (ja) | 1987-11-23 | 1988-10-28 | 赤外線放射検出装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0345343B1 (ja) |
| JP (1) | JP2528191B2 (ja) |
| DE (1) | DE3883526T2 (ja) |
| IL (1) | IL88257A (ja) |
| WO (1) | WO1989005043A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1328964A4 (en) * | 2000-10-13 | 2006-09-13 | Litton Systems Inc | INFRARED RADIATION REFRIGERATION MONOLITHIC DISHES |
| TWI261934B (en) | 2003-09-09 | 2006-09-11 | Asahi Kasei Emd Corp | Infrared sensing IC, infrared sensor and method for producing the same |
| GB2433648A (en) * | 2005-12-21 | 2007-06-27 | Durham Scient Crystals Ltd | Radiation detector formed by deposition of bulk semiconductor crystal layers |
| EP3570325B1 (en) | 2017-01-12 | 2020-10-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Infrared sensor substrate and infrared sensor device |
| CN110620164B (zh) * | 2019-09-25 | 2021-06-08 | 中国科学院半导体研究所 | 基于二维层状半导体材料的偏振光探测器及其制备方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2049507C3 (de) * | 1970-10-08 | 1979-11-08 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Lichtempfindliche Halbleiteranordnung |
| US4053919A (en) * | 1976-08-18 | 1977-10-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High speed infrared detector |
| US4313127A (en) * | 1980-03-06 | 1982-01-26 | Hughes Aircraft Company | Signal detection method for IR detector having charge readout structure |
| US4559695A (en) * | 1981-03-27 | 1985-12-24 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing an infrared radiation imaging device |
| GB2095905B (en) * | 1981-03-27 | 1985-01-16 | Philips Electronic Associated | Infra-red radiation imaging devices and methods for their manufacture |
| JPS5984467A (ja) * | 1982-11-06 | 1984-05-16 | Mitsubishi Electric Corp | モノリシツク赤外線電荷転送素子 |
| US4549195A (en) * | 1983-04-14 | 1985-10-22 | Westinghouse Electric Corp. | Heterojunction semiconductor device |
| US4614960A (en) * | 1983-07-15 | 1986-09-30 | Westinghouse Electric Corp. | Focal plane array |
| DE3480629D1 (de) * | 1983-08-31 | 1990-01-04 | Texas Instruments Inc | Infrarot-bildwandler. |
| JP2505767B2 (ja) * | 1986-09-18 | 1996-06-12 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置の製造方法 |
-
1988
- 1988-10-28 DE DE89901495T patent/DE3883526T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-10-28 WO PCT/US1988/003792 patent/WO1989005043A1/en active IP Right Grant
- 1988-10-28 JP JP1501415A patent/JP2528191B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-28 EP EP89901495A patent/EP0345343B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-11-02 IL IL88257A patent/IL88257A/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0345343A1 (en) | 1989-12-13 |
| JPH02502326A (ja) | 1990-07-26 |
| DE3883526D1 (de) | 1993-09-30 |
| IL88257A (en) | 1992-05-25 |
| IL88257A0 (en) | 1989-06-30 |
| EP0345343B1 (en) | 1993-08-25 |
| DE3883526T2 (de) | 1994-03-03 |
| WO1989005043A1 (en) | 1989-06-01 |
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