JP2705594B2 - 赤外線検出素子 - Google Patents
赤外線検出素子Info
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- JP2705594B2 JP2705594B2 JP6286787A JP28678794A JP2705594B2 JP 2705594 B2 JP2705594 B2 JP 2705594B2 JP 6286787 A JP6286787 A JP 6286787A JP 28678794 A JP28678794 A JP 28678794A JP 2705594 B2 JP2705594 B2 JP 2705594B2
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- Japan
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- infrared detecting
- infrared
- detecting element
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- contact electrode
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線検出素子、更に
詳しくは赤外線検出部に形成したスルーホールを利用し
て信号読み出し集積回路との電気的接続を得るループホ
ール型赤外線検出素子の構造に関する。
詳しくは赤外線検出部に形成したスルーホールを利用し
て信号読み出し集積回路との電気的接続を得るループホ
ール型赤外線検出素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２（ｅ）にループホール型赤外線検出
素子の断面図を示す。
素子の断面図を示す。
【０００３】この素子は、赤外線検出部１とＳｉ基板３
からなる光起電力型赤外線検出素子で、前記Ｓｉ基板３
には、赤外線検出部１からの出力信号を読み出すための
集積回路を備えている。また前記赤外線検出部１とＳｉ
基板３は、極めて薄い電気的に絶縁性の接着剤層２によ
り固定される。
からなる光起電力型赤外線検出素子で、前記Ｓｉ基板３
には、赤外線検出部１からの出力信号を読み出すための
集積回路を備えている。また前記赤外線検出部１とＳｉ
基板３は、極めて薄い電気的に絶縁性の接着剤層２によ
り固定される。
【０００４】前記赤外線検出部１の材料としては、Ｈｇ
ＣｄＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体やＩｎＳｂ等の
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が用いられる。以下、本発明
の説明として、前記赤外線検出部１に、Ｈｇ1-x Ｃｄx
Ｔｅ（０．２＜ｘ＜０．３）の組成の化合物半導体材料
を用いた場合を示す。
ＣｄＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体やＩｎＳｂ等の
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が用いられる。以下、本発明
の説明として、前記赤外線検出部１に、Ｈｇ1-x Ｃｄx
Ｔｅ（０．２＜ｘ＜０．３）の組成の化合物半導体材料
を用いた場合を示す。
【０００５】前記赤外線検出素子には多数のスルーホー
ル４がアレイ状に形成され、かつ前記スルーホール４は
接着剤層２を貫通してＳｉ基板３の表面にまで達してい
る。スルーホール４側壁部には、Ｂ+ 等をイオン注入す
ることによりｐｎ接合５が形成されており、赤外線の受
光によって発生したキャリアを検出することができる。
また、Ｓｉ基板３上には多数の金属電極パッド６が、赤
外線検出部１のスルーホール４と対応したアレイ状に配
置される。赤外線検出部１で検出された出力信号は、Ｓ
ｉ基板３上の信号読み出し集積回路で処理されるが、こ
のときの電気的接続は、スルーホール４側壁面から前記
金属電極パッド６上にわたって形成したコンタクト電極
皮膜７を介して得られる。
ル４がアレイ状に形成され、かつ前記スルーホール４は
接着剤層２を貫通してＳｉ基板３の表面にまで達してい
る。スルーホール４側壁部には、Ｂ+ 等をイオン注入す
ることによりｐｎ接合５が形成されており、赤外線の受
光によって発生したキャリアを検出することができる。
また、Ｓｉ基板３上には多数の金属電極パッド６が、赤
外線検出部１のスルーホール４と対応したアレイ状に配
置される。赤外線検出部１で検出された出力信号は、Ｓ
ｉ基板３上の信号読み出し集積回路で処理されるが、こ
のときの電気的接続は、スルーホール４側壁面から前記
金属電極パッド６上にわたって形成したコンタクト電極
皮膜７を介して得られる。
【０００６】従来の赤外線検出素子では、前記コンタク
ト電極皮膜７を、真空蒸着法あるいは電気メッキ法によ
って形成したＡｕ、Ｃｒ、Ｉｎ等を含む金属電極皮膜７
ａにより構成されていた。
ト電極皮膜７を、真空蒸着法あるいは電気メッキ法によ
って形成したＡｕ、Ｃｒ、Ｉｎ等を含む金属電極皮膜７
ａにより構成されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】赤外線検出部１とＳｉ
基板３との電気的接続が、前記金属電極皮膜７ａを介し
て行われた従来の赤外線検出素子において、前記金属電
極皮膜７ａは、赤外線検出部１を構成する化合物半導体
材料と熱膨張係数が大きく異なる材料である。
基板３との電気的接続が、前記金属電極皮膜７ａを介し
て行われた従来の赤外線検出素子において、前記金属電
極皮膜７ａは、赤外線検出部１を構成する化合物半導体
材料と熱膨張係数が大きく異なる材料である。
【０００８】例えば、室温におけるＡｕの熱膨張係数は
１．４×１０-5ｄｅｇ-1であるのに対し、Ｈｇ1-x Ｃｄ
x Ｔｅ（ｘ＝０．２５）では５．４×１０-6ｄｅｇ-1で
ある。したがって、本件の赤外線検出素子の動作点であ
る極低温、例えば７７〜２００Ｋに冷却した際に、赤外
線検出部１と金属電極皮膜７ａの接触面にひずみ応力が
発生し、このひずみ応力よるダメージがｐｎ接合５にま
で及んで特性劣化を招いたり、また、金属電極皮膜７ａ
自体が赤外線検出部１からはがれて、電気的接続が得ら
れなくなるという問題が生ずる（図４）。
１．４×１０-5ｄｅｇ-1であるのに対し、Ｈｇ1-x Ｃｄ
x Ｔｅ（ｘ＝０．２５）では５．４×１０-6ｄｅｇ-1で
ある。したがって、本件の赤外線検出素子の動作点であ
る極低温、例えば７７〜２００Ｋに冷却した際に、赤外
線検出部１と金属電極皮膜７ａの接触面にひずみ応力が
発生し、このひずみ応力よるダメージがｐｎ接合５にま
で及んで特性劣化を招いたり、また、金属電極皮膜７ａ
自体が赤外線検出部１からはがれて、電気的接続が得ら
れなくなるという問題が生ずる（図４）。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上の問題点を解決する
ために、本発明の赤外線検出素子ではコンタクト電極皮
膜が、Ｉｎを拡散させたＣｄＴｅであること特徴とす
る。ここで、赤外線検出部を構成する材料は、Ｈｇ1-x
Ｃｄx Ｔｅ（０．２＜ｘ＜０．３）が好ましく用いられ
る。
ために、本発明の赤外線検出素子ではコンタクト電極皮
膜が、Ｉｎを拡散させたＣｄＴｅであること特徴とす
る。ここで、赤外線検出部を構成する材料は、Ｈｇ1-x
Ｃｄx Ｔｅ（０．２＜ｘ＜０．３）が好ましく用いられ
る。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の赤外線検出素子の断面図、図
２は実施例を説明するための、赤外線検出素子の製造工
程及び構造を示す断面図である。
２は実施例を説明するための、赤外線検出素子の製造工
程及び構造を示す断面図である。
【００１１】赤外線検出部１となるｐ型Ｈｇ1-x Ｃｄx
Ｔｅ（０．２＜ｘ＜０．３）を、エポキシ系接着剤２に
よって、信号読み出し集積回路を備えたＳｉ基板３に接
着する（図２（ａ））。このとき赤外線検出部１の厚さ
は約１０μm 、接着剤層２の厚さは０．５〜１μm であ
る。赤外線検出部１には、直径１０μm のスルーホール
４を縦横それぞれ２５６個ずつのアレイ状に開孔し（図
２（ｂ））、かつ前記スルーホール４の側壁部にＢ+ を
注入してｎ層５とした（図２（ｃ））。
Ｔｅ（０．２＜ｘ＜０．３）を、エポキシ系接着剤２に
よって、信号読み出し集積回路を備えたＳｉ基板３に接
着する（図２（ａ））。このとき赤外線検出部１の厚さ
は約１０μm 、接着剤層２の厚さは０．５〜１μm であ
る。赤外線検出部１には、直径１０μm のスルーホール
４を縦横それぞれ２５６個ずつのアレイ状に開孔し（図
２（ｂ））、かつ前記スルーホール４の側壁部にＢ+ を
注入してｎ層５とした（図２（ｃ））。
【００１２】前記ｐｎ接合５形成工程後、Ｏ2 ガスを反
応性ガスとしたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によ
って、スルーホール４底部の金属電極パッド６上の接着
剤層２を除去した（図２（ｄ））。
応性ガスとしたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によ
って、スルーホール４底部の金属電極パッド６上の接着
剤層２を除去した（図２（ｄ））。
【００１３】次に、赤外線検出部１とＳｉ基板３との電
気的接続を得るために、スルーホール４側壁面から底部
の金属電極パッド６上にわたってコンタクト電極皮膜７
ｂを形成した（図２（ｅ））。
気的接続を得るために、スルーホール４側壁面から底部
の金属電極パッド６上にわたってコンタクト電極皮膜７
ｂを形成した（図２（ｅ））。
【００１４】まず参考例として、前記コンタクト電極皮
膜材料７ｂとして、２種類の組成のＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体を用いた例、すなわちＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（ｘ＝
０．１５）の組成からなる化合物半導体を用いた例を示
す。
膜材料７ｂとして、２種類の組成のＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体を用いた例、すなわちＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（ｘ＝
０．１５）の組成からなる化合物半導体を用いた例を示
す。
【００１５】赤外線受光部１としても用いられ、ＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体の一種であるＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ
は、ＨｇとＣｄの組成比を示すｘ値に伴って禁制帯幅が
変動する材料で、ｘ値が０．１７以下で禁制帯幅がゼロ
となり、実質的に金属皮膜と同様のふるまいを示す。ま
た、Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（ｘ＝０．１５）の熱膨張係数
は、常温において５．３×１０-6ｄｅｇ-1で、赤外線検
出部１を構成するＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（０．２＜ｘ＜
０．３）の前記熱膨張係数とほぼ同様の値を示す。
ＶＩ族化合物半導体の一種であるＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ
は、ＨｇとＣｄの組成比を示すｘ値に伴って禁制帯幅が
変動する材料で、ｘ値が０．１７以下で禁制帯幅がゼロ
となり、実質的に金属皮膜と同様のふるまいを示す。ま
た、Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（ｘ＝０．１５）の熱膨張係数
は、常温において５．３×１０-6ｄｅｇ-1で、赤外線検
出部１を構成するＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（０．２＜ｘ＜
０．３）の前記熱膨張係数とほぼ同様の値を示す。
【００１６】前記Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（ｘ＝０．１５）
を形成する手段としては、ＭＢＥ法を用いた。ＭＢＥ法
でＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅを形成する場合、Ｈｇセル、Ｃｄ
セル及びＣｄＴｅセルからのフラックス量を調節するこ
とにより、任意の組成（ｘ値）の化合物を形成すること
が可能である。今回は、Ｈｇフラックス量、Ｃｄフラッ
クス量及びＣｄＴｅフラックス量をそれぞれ５×１０-5
Ｔｏｒｒ、５×１０-7Ｔｏｒｒ及び１×１０-6Ｔｏｒｒ
としてｘ＝０．１５の組成のＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅを形成
した。なお、成膜速度５オングストローム／ｓｅｃで膜
厚は約５０００オングストロームとした。
を形成する手段としては、ＭＢＥ法を用いた。ＭＢＥ法
でＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅを形成する場合、Ｈｇセル、Ｃｄ
セル及びＣｄＴｅセルからのフラックス量を調節するこ
とにより、任意の組成（ｘ値）の化合物を形成すること
が可能である。今回は、Ｈｇフラックス量、Ｃｄフラッ
クス量及びＣｄＴｅフラックス量をそれぞれ５×１０-5
Ｔｏｒｒ、５×１０-7Ｔｏｒｒ及び１×１０-6Ｔｏｒｒ
としてｘ＝０．１５の組成のＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅを形成
した。なお、成膜速度５オングストローム／ｓｅｃで膜
厚は約５０００オングストロームとした。
【００１７】前記コンタクト電極皮膜材料７ｂの本発明
の実施例は、Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（ｘ＝１）、すなわち
ＣｄＴｅの組成からなる化合物半導体で、かつ皮膜内部
にＩｎをドーピングした材料である。
の実施例は、Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ（ｘ＝１）、すなわち
ＣｄＴｅの組成からなる化合物半導体で、かつ皮膜内部
にＩｎをドーピングした材料である。
【００１８】ＣｄＴｅは、バンドギャップ１．５ｅＶの
化合物半導体で、本来は赤外線検出部１より比抵抗の高
い材料である。しかし、ＣｄＴｅ内部にＩｎ等が拡散す
ると比抵抗の減少が生じ、また、この材料の熱膨張係数
は常温で５．１×１０-6ｄｅｇ-1であることから、本発
明の赤外線検出素子のコンタクト電極皮膜７ｂとしての
役割を果たすことが可能である。
化合物半導体で、本来は赤外線検出部１より比抵抗の高
い材料である。しかし、ＣｄＴｅ内部にＩｎ等が拡散す
ると比抵抗の減少が生じ、また、この材料の熱膨張係数
は常温で５．１×１０-6ｄｅｇ-1であることから、本発
明の赤外線検出素子のコンタクト電極皮膜７ｂとしての
役割を果たすことが可能である。
【００１９】前記ＣｄＴｅも、ＭＢＥ法によりＣｄＴｅ
フラックス量１×１０-6Ｔｏｒｒ、成膜速度５オングス
トローム／ｓｅｃで膜厚５０００オングストロームを形
成した。このとき、Ｉｎセル温度約４００℃でＩｎのド
ーピングも同時に行い、前記コンタクト電極皮膜７ｂと
した。
フラックス量１×１０-6Ｔｏｒｒ、成膜速度５オングス
トローム／ｓｅｃで膜厚５０００オングストロームを形
成した。このとき、Ｉｎセル温度約４００℃でＩｎのド
ーピングも同時に行い、前記コンタクト電極皮膜７ｂと
した。
【００２０】なお、以上に述べた本発明の実施例におい
て、前記スルーホール４の径及び個数は、一例であっ
て、これに限定されるものではない。
て、前記スルーホール４の径及び個数は、一例であっ
て、これに限定されるものではない。
【００２１】
【発明の効果】以上の本発明の赤外線検出素子では、赤
外線検出部を構成する材料とコンタクト電極皮膜材料の
熱膨張係数の差が緩和される。したがって、赤外線検出
素子の動作点である極低温に冷却した際に、両者の接触
面に加わるひずみ応力の発生を防止することができる。
その結果、フォトダイオード特性の劣化や電気的接合不
良を防止して、鮮明な赤外画像を得ることが可能となる
効果がある。
外線検出部を構成する材料とコンタクト電極皮膜材料の
熱膨張係数の差が緩和される。したがって、赤外線検出
素子の動作点である極低温に冷却した際に、両者の接触
面に加わるひずみ応力の発生を防止することができる。
その結果、フォトダイオード特性の劣化や電気的接合不
良を防止して、鮮明な赤外画像を得ることが可能となる
効果がある。
【図１】本発明の赤外線検出素子の断面図である。
【図２】本実施例の赤外線検出素子の製造工程の断面図
である。
である。
【図３】従来の赤外線検出素子の断面図である。
【図４】従来の赤外線検出素子を極低温に冷却した際
の、断面図である。
の、断面図である。
１ 赤外線検出部 ２ エポキシ系接着剤 ３ Ｓｉ基板 ４ スルーホール ５ ｐｎ接合 ６ 電極パッド ７ コンタクト電極皮膜 ７ａ 金属電極皮膜 ７ｂ 化合物半導体を用いた導電性皮膜 ８ フォトレジストマスク ９ 表面保護膜 １０ 裏面保護膜 １１ ボンディングパッド
Claims (2)
- 【請求項１】化合物半導体材料に多数のスルーホールを
アレイ状に開孔し、かつ前記スルーホール側壁にｐｎ接
合を形成した赤外線検出部と、信号読み出し集積回路を
備えた基板との電気的接続を、前記スルーホール側壁面
から底部にわたって形成したコンタクト電極皮膜を介し
て得る赤外線検出素子において、前記コンタクト電極皮
膜を構成する材料がＩｎを拡散させたＣｄＴｅであるこ
とを特徴とする赤外線検出素子。 - 【請求項２】赤外線検出部を構成する材料を、Ｈｇ1-x
Ｃｄx Ｔｅ（０．２＜ｘ＜０．３）とする請求項１記載
の赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6286787A JP2705594B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6286787A JP2705594B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 赤外線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08148705A JPH08148705A (ja) | 1996-06-07 |
| JP2705594B2 true JP2705594B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=17709048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6286787A Expired - Lifetime JP2705594B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2705594B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8816461B2 (en) * | 2011-09-13 | 2014-08-26 | The Boeing Company | Dichromatic photodiodes |
| WO2024082212A1 (en) * | 2022-10-20 | 2024-04-25 | Visera Technologies Company Ltd. | Optical element with distant layer |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61121329A (ja) * | 1984-11-19 | 1986-06-09 | Fujitsu Ltd | 半導体の評価方法 |
| JPH0648731B2 (ja) * | 1987-07-30 | 1994-06-22 | 日本電気株式会社 | 光起電力型赤外線検出素子の製造方法 |
| JPH0648732B2 (ja) * | 1987-08-26 | 1994-06-22 | 日本電気株式会社 | 光起電力型赤外線検知器 |
-
1994
- 1994-11-21 JP JP6286787A patent/JP2705594B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08148705A (ja) | 1996-06-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970909 |