JP2773930B2 - 光検知装置 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
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- H01L27/148—Charge coupled imagers
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- H01L27/14812—Special geometry or disposition of pixel-elements, address lines or gate-electrodes
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アレイ状の光電変換可能な受光部を持つ
背面入射型の光検知装置に関し、特に現状のプロセス技
術でも画素の高集積化に適応できる構造を有する光検知
装置に関するものである。
背面入射型の光検知装置に関し、特に現状のプロセス技
術でも画素の高集積化に適応できる構造を有する光検知
装置に関するものである。
以下、特開平２−9180号公報に示された従来の光検知
装置について説明する。
装置について説明する。
第５図（ａ）は上記従来の光検知装置の平面構成図、
図（ｂ）は図（ａ）でのＡ−Ａ′断面図である。
図（ｂ）は図（ａ）でのＡ−Ａ′断面図である。
図において、１はCdTeよりなる高抵抗、半絶縁性の基
板、11はＰ型のCd0.3Hg0.7Teよりなる第１半導体層、12
はｐ型のCd0.2Hg0.8Teよりなる第２半導体層、13はＮ型
の不純物ドープ層、14は第１半導体層におけるPN接合、
15はｎ型の不純物ドープ層、16は第２半導体層における
pn接合、17は共通ｐ電極、18はＮ電極、19はｎ電極であ
る。
板、11はＰ型のCd0.3Hg0.7Teよりなる第１半導体層、12
はｐ型のCd0.2Hg0.8Teよりなる第２半導体層、13はＮ型
の不純物ドープ層、14は第１半導体層におけるPN接合、
15はｎ型の不純物ドープ層、16は第２半導体層における
pn接合、17は共通ｐ電極、18はＮ電極、19はｎ電極であ
る。
第６図は光検知装置の赤外線検知素子中のヘテロ接合
のバンド図であり、図（ａ）はｎ型の不純物ドープ層15
と第２半導体層12間のバンド図、図（ｂ）はｎ型の不純
物ドープ層15と第２半導体層12と第１半導体層11と第２
半導体層12の間のバンド図、図（ｃ）はＮ型の不純物ド
ープ層13と第１半導体層11と第２半導体層12の間のバン
ド図である。
のバンド図であり、図（ａ）はｎ型の不純物ドープ層15
と第２半導体層12間のバンド図、図（ｂ）はｎ型の不純
物ドープ層15と第２半導体層12と第１半導体層11と第２
半導体層12の間のバンド図、図（ｃ）はＮ型の不純物ド
ープ層13と第１半導体層11と第２半導体層12の間のバン
ド図である。
このような構造の赤外線検知素子に入射した赤外線の
内、波長３〜５μｍ帯のものは禁制帯幅の広い第１半導
体層11で吸収され、波長10μｍ帯のものは第１半導体層
11を透過し、禁制帯幅の狭い第２半導体層12で吸収され
る。ｎ電極19の下の第１半導体層11で吸収された波長３
〜５μｍ帯の赤外線によって励起されたキャリアは、第
６図（ｂ）に示す経路を通りｎ電極19と共通ｐ電極17の
間で検出される。ｎ電極19の下の第２の半導体層12で吸
収された波長10μｍ帯の赤外線によって励起されたキャ
リアは、第６図（ａ）に示す経路を通りｎ電極19と共通
ｐ電極17の間で検出される。Ｎ電極18の下の第１半導体
層11で吸収された波長３〜５μｍ帯の赤外線によって励
起されたキャリアは、第６図（ｃ）に示す経路を通りＮ
電極18と共通ｐ電極17の間で検出される。Ｎ電極18の下
に入射した波長10μｍ帯の赤外光は第１の半導体層11を
透過し検出されない。
内、波長３〜５μｍ帯のものは禁制帯幅の広い第１半導
体層11で吸収され、波長10μｍ帯のものは第１半導体層
11を透過し、禁制帯幅の狭い第２半導体層12で吸収され
る。ｎ電極19の下の第１半導体層11で吸収された波長３
〜５μｍ帯の赤外線によって励起されたキャリアは、第
６図（ｂ）に示す経路を通りｎ電極19と共通ｐ電極17の
間で検出される。ｎ電極19の下の第２の半導体層12で吸
収された波長10μｍ帯の赤外線によって励起されたキャ
リアは、第６図（ａ）に示す経路を通りｎ電極19と共通
ｐ電極17の間で検出される。Ｎ電極18の下の第１半導体
層11で吸収された波長３〜５μｍ帯の赤外線によって励
起されたキャリアは、第６図（ｃ）に示す経路を通りＮ
電極18と共通ｐ電極17の間で検出される。Ｎ電極18の下
に入射した波長10μｍ帯の赤外光は第１の半導体層11を
透過し検出されない。
以上のことからｎ電極19の下では、波長10μｍ帯と波
長３〜５μｍ帯の赤外線が検出され、Ｎ電極18の下では
波長３〜５μｍ帯の赤外線のみが検出されることにな
る。
長３〜５μｍ帯の赤外線が検出され、Ｎ電極18の下では
波長３〜５μｍ帯の赤外線のみが検出されることにな
る。
このような光検知装置は、これをSiの電荷結合素子
（CCD）と組合わせてハイブリッド型の固体撮像素子を
作製し、赤外画像追尾装置に利用される。ところで赤外
画像追尾に対する回避策として、第７図にように高温発
熱体を他の物体として放出する方法がある。図において
９は目標、10は他の物体として用いられる、目標以外の
物体である。第８図はプランクの放射則から計算される
黒体の放射発散度を示す図で、この図より常温付近（約
300゜K）の物体も、高温発熱体（たとえば1000゜K）も
波長10μｍ帯の赤外線を放射していることがわかる。従
って、Cd0.2Hg0.8Teから作製した波長10μｍ帯の赤外線
検知素子を用いた場合、目標９と他の物体10の区別をつ
けることができなかった。ここで、第８図より理解でき
るように、例えば300゜Kの目標では、波長５μｍの赤外
線強度と波長10μｍの赤外線強度の比が1:3であるのに
対し、1000゜Kの他の物体では、波長５μｍの赤外線強
度と波長10μｍ帯の赤外線強度の比が10:1であるため、
波長３〜５μｍ帯と波長10μｍ帯の赤外線検知素子の出
力信号の比をとることにより、目標９と他の物体10の区
別ができる。
（CCD）と組合わせてハイブリッド型の固体撮像素子を
作製し、赤外画像追尾装置に利用される。ところで赤外
画像追尾に対する回避策として、第７図にように高温発
熱体を他の物体として放出する方法がある。図において
９は目標、10は他の物体として用いられる、目標以外の
物体である。第８図はプランクの放射則から計算される
黒体の放射発散度を示す図で、この図より常温付近（約
300゜K）の物体も、高温発熱体（たとえば1000゜K）も
波長10μｍ帯の赤外線を放射していることがわかる。従
って、Cd0.2Hg0.8Teから作製した波長10μｍ帯の赤外線
検知素子を用いた場合、目標９と他の物体10の区別をつ
けることができなかった。ここで、第８図より理解でき
るように、例えば300゜Kの目標では、波長５μｍの赤外
線強度と波長10μｍの赤外線強度の比が1:3であるのに
対し、1000゜Kの他の物体では、波長５μｍの赤外線強
度と波長10μｍ帯の赤外線強度の比が10:1であるため、
波長３〜５μｍ帯と波長10μｍ帯の赤外線検知素子の出
力信号の比をとることにより、目標９と他の物体10の区
別ができる。
上記の従来の光検知装置では、異なる波長の赤外線を
検知しようとするには、11の第１半導体層と、12の第２
半導体層と２層構造とし、各層に不純物ドープ層13,15
を形成する必要がある。そのため、例えば、各画素を50
μｍピッチで形成する場合、第２半導体層12の波長10μ
ｍ光に対する吸収係数（103cm-1）を考慮して、吸収効
率を十分良くするには、その層厚は10μｍ以上必要であ
り、従って、上記従来の光検知装置の構造で画素の集積
度を高めるのは、現状の半導体プロセス技術では困難で
あるという問題があった。
検知しようとするには、11の第１半導体層と、12の第２
半導体層と２層構造とし、各層に不純物ドープ層13,15
を形成する必要がある。そのため、例えば、各画素を50
μｍピッチで形成する場合、第２半導体層12の波長10μ
ｍ光に対する吸収係数（103cm-1）を考慮して、吸収効
率を十分良くするには、その層厚は10μｍ以上必要であ
り、従って、上記従来の光検知装置の構造で画素の集積
度を高めるのは、現状の半導体プロセス技術では困難で
あるという問題があった。
この発明は上記のような問題を解消するためになされ
たもので、現状のプロセス技術でも適応できる半導体層
で構成され、容易に集積度を高めることができる光検知
装置を得ることを目的とする。
たもので、現状のプロセス技術でも適応できる半導体層
で構成され、容易に集積度を高めることができる光検知
装置を得ることを目的とする。
この発明に係る光検知装置は、背面部入射型の光検知
装置において、その背面より入射する光に対し透明な半
絶縁性基板と、該半絶縁性基板上に全面に形成された第
１導電型半導体層と、該第１導電型半導体層領域内でア
レイ状に形成された第２導電型半導体層と、該第２導電
型半導体層領域に対し、隣り合う該領域上のひとつおき
に設けられた導電性の光吸収層と、該光吸収層上および
該光吸収層を設けていない上記第２導電型半導体層領域
上に形成され、入射光に対して反射率の高い金属電極
と、上記第１導電型半導体層領域上に形成された保護膜
と、該保護膜を形成していない上記第１導電型半導体領
域上に形成された共通金属電極とから構成したことを特
徴とするものである。
装置において、その背面より入射する光に対し透明な半
絶縁性基板と、該半絶縁性基板上に全面に形成された第
１導電型半導体層と、該第１導電型半導体層領域内でア
レイ状に形成された第２導電型半導体層と、該第２導電
型半導体層領域に対し、隣り合う該領域上のひとつおき
に設けられた導電性の光吸収層と、該光吸収層上および
該光吸収層を設けていない上記第２導電型半導体層領域
上に形成され、入射光に対して反射率の高い金属電極
と、上記第１導電型半導体層領域上に形成された保護膜
と、該保護膜を形成していない上記第１導電型半導体領
域上に形成された共通金属電極とから構成したことを特
徴とするものである。
また、この発明に係る光検知装置は、その上部に光吸
収層を形成された第２導電型半導体層の入射光の光軸方
向の距離に相当する層厚を、他の第２導電型半導体層に
比べて薄くし、光路長に差を設けたものである。
収層を形成された第２導電型半導体層の入射光の光軸方
向の距離に相当する層厚を、他の第２導電型半導体層に
比べて薄くし、光路長に差を設けたものである。
この発明に係る光検知装置によれば、第１導電型半導
体領域内でアレイ状に形成された第２導電型半導体層を
備え、このアレイ状に形成された第２導電型半導体層の
隣り合う領域上のひとつおきに導電性の光吸収層を設け
てなるので、光吸収層を設けていない領域では入射光が
その上に形成された金属電極によって反射され、光吸収
層を設けた領域では入射光は該光吸収層で吸収される。
そのため、光吸収層を設けていない第２導電型半導体層
の領域では、光吸収層を設けたその領域に対し入射光の
光路長が２倍となる。これにより、第２導電型半導体層
における光路長が短くなるほど長波長の光の吸収効率が
悪くなることから、常温物体からの光は高温物体からの
光に比べてその波長ピークが長波長側にあるので、光吸
収層を設けた領域と該光吸収層を設けていない領域の隣
り合う第２導電型半導体層における両者の電気出力を検
知することにより物体が高温か常温かを識別できる。
体領域内でアレイ状に形成された第２導電型半導体層を
備え、このアレイ状に形成された第２導電型半導体層の
隣り合う領域上のひとつおきに導電性の光吸収層を設け
てなるので、光吸収層を設けていない領域では入射光が
その上に形成された金属電極によって反射され、光吸収
層を設けた領域では入射光は該光吸収層で吸収される。
そのため、光吸収層を設けていない第２導電型半導体層
の領域では、光吸収層を設けたその領域に対し入射光の
光路長が２倍となる。これにより、第２導電型半導体層
における光路長が短くなるほど長波長の光の吸収効率が
悪くなることから、常温物体からの光は高温物体からの
光に比べてその波長ピークが長波長側にあるので、光吸
収層を設けた領域と該光吸収層を設けていない領域の隣
り合う第２導電型半導体層における両者の電気出力を検
知することにより物体が高温か常温かを識別できる。
また、本発明では、光吸収層の形成されたｎ型不純物
ドープ層の入射光の光軸方向の距離に相当する層厚を他
のｎ型不純物ドープ層部分より薄くし、ｎ型不純物ドー
プ層間で、光路長の差を設けた構成としたので、識別能
力が向上し、半導体層の波長に対する吸収係数の差が無
い場合や、赤外線画像追尾装置に利用する際、物体の温
度差があまり無いような場合でも、高温物体と常温物体
の識別を容易にできる効果がある。
ドープ層の入射光の光軸方向の距離に相当する層厚を他
のｎ型不純物ドープ層部分より薄くし、ｎ型不純物ドー
プ層間で、光路長の差を設けた構成としたので、識別能
力が向上し、半導体層の波長に対する吸収係数の差が無
い場合や、赤外線画像追尾装置に利用する際、物体の温
度差があまり無いような場合でも、高温物体と常温物体
の識別を容易にできる効果がある。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による光検出装置の図であ
り、図において、第５図に示した従来例と同じ構成部に
は同一記号を付し、その説明を省略する。20は光吸収
層、21は保護膜である。この実施例では、光吸収層20が
ｎ型の不純物ドープ層15上の一つおき、即ち、ｎ型不純
物ドープ層15b上にのみ形成されており、この光吸収層2
0及びｎ型不純物ドープ層15a上にはｎ側の電極19が形成
されている。また、ｐ型半導体層12の表面は保護膜21で
覆われており、画素の端部に位置するｐ型半導体層12上
にはｐ側電極17が形成されている。
り、図において、第５図に示した従来例と同じ構成部に
は同一記号を付し、その説明を省略する。20は光吸収
層、21は保護膜である。この実施例では、光吸収層20が
ｎ型の不純物ドープ層15上の一つおき、即ち、ｎ型不純
物ドープ層15b上にのみ形成されており、この光吸収層2
0及びｎ型不純物ドープ層15a上にはｎ側の電極19が形成
されている。また、ｐ型半導体層12の表面は保護膜21で
覆われており、画素の端部に位置するｐ型半導体層12上
にはｐ側電極17が形成されている。
また、主たる受光部領域となる第２導電型領域は第３
図のように構成される。
図のように構成される。
次に本発明の光検知装置の製造について第９図を用い
て説明する。
て説明する。
先ず図（ａ）に示すような、例えばCdTe基板１上のＰ
型CdHgTeエピ層12にイオン注入または不純物拡散等によ
り部分的にｎ型不純物を注入し、図（ｂ）に示すように
ｎ型CdHgTe領域15を形成する。次に図（ｃ）のようにZn
SあるいはSiO2等からなる保護膜21を形成した後、ｎ型C
dHgTe領域15上の保護膜21を除去すると図（ｄ）のよう
になる。次に図（ｅ）のように光吸収層20を全面に形成
する。この光吸収層20に例えばHgTeを用いると層厚３μ
ｍ程度で波長10μｍ以下の赤外線を十分吸収できる。図
（ｆ）のようにフォトレジスト22を保護膜21開口部の領
域上に、ひとつおきに形成した後、イオンミリング法等
の異方性エッチングを行い、フォトレジスト22の形成さ
れていない部分の光吸収層20を除去する。その後フォト
レジストを除去すると図（ｇ）のようにひとつおきのｎ
型CdHgTe領域15上のみに光吸収層20が形成できる。次に
図（ｈ）のように全面にCr等からなるｎ側金属電極19を
形成した後、図（ｉ）のように光吸収層20の有る無しに
係わらず全てのｎ型CdHgTe領域15上の電極金属19上にフ
ォトレジスト22を形成する。最後に電極金属19をエッチ
ングし、フォトレジスト22を除去すると図（ｊ）のよう
に光吸収層20とその上の電極金属19が形成されたｎ型Cd
HgTe領域15と、電極金属19のみが形成されたｎ型CdHgTe
領域15が形成できる。
型CdHgTeエピ層12にイオン注入または不純物拡散等によ
り部分的にｎ型不純物を注入し、図（ｂ）に示すように
ｎ型CdHgTe領域15を形成する。次に図（ｃ）のようにZn
SあるいはSiO2等からなる保護膜21を形成した後、ｎ型C
dHgTe領域15上の保護膜21を除去すると図（ｄ）のよう
になる。次に図（ｅ）のように光吸収層20を全面に形成
する。この光吸収層20に例えばHgTeを用いると層厚３μ
ｍ程度で波長10μｍ以下の赤外線を十分吸収できる。図
（ｆ）のようにフォトレジスト22を保護膜21開口部の領
域上に、ひとつおきに形成した後、イオンミリング法等
の異方性エッチングを行い、フォトレジスト22の形成さ
れていない部分の光吸収層20を除去する。その後フォト
レジストを除去すると図（ｇ）のようにひとつおきのｎ
型CdHgTe領域15上のみに光吸収層20が形成できる。次に
図（ｈ）のように全面にCr等からなるｎ側金属電極19を
形成した後、図（ｉ）のように光吸収層20の有る無しに
係わらず全てのｎ型CdHgTe領域15上の電極金属19上にフ
ォトレジスト22を形成する。最後に電極金属19をエッチ
ングし、フォトレジスト22を除去すると図（ｊ）のよう
に光吸収層20とその上の電極金属19が形成されたｎ型Cd
HgTe領域15と、電極金属19のみが形成されたｎ型CdHgTe
領域15が形成できる。
その後、画素の端部に位置するｐ型半導体層12上の保
護膜21に開口部を形成し、該開口部にAu等からなるｐ側
の電極17を設ける（図示せず）。
護膜21に開口部を形成し、該開口部にAu等からなるｐ側
の電極17を設ける（図示せず）。
次に以上のように形成された光検知装置の動作につい
て説明する。
て説明する。
光吸収層20の形成されていない第２導電型領域15a部
では、入射光（ｈν１）は金属電極部19により反射され
る。ここで、吸収可能な光路長は第１導電型半導体層12
の厚みをｄとすると、反射されるので2dとなる。また、
光吸収層20の形成された第２導電型半導体領域15b部で
は、光吸収層により吸収されるため、吸収可能な光路長
はｄとなる。よって、第４図に示すように光路長の違い
により、入射光の波長に対する吸収効率が変わる。ま
た、第８図からもかわるように、例えば1000゜Kの高温
の熱源からの放射は３μｍ付近にピークを持ち、第４図
のように３μｍ付近に吸収効率が第２導電型領域15a,15
bの光路長に対してほとんど差がないため、互いの電気
出力にほとんど差を生じない。ところが、300゜Kの常温
の放射は10μｍ付近にピークを持ち、かつ吸収効率が大
きく異なるため、隣り合う第２導電型半導体15a,bの電
気出力に差を生じることになる。これより、隣り合う第
２導電型半導体の両者の電気出力を検知することによ
り、物体が高温か常温かを識別できる。
では、入射光（ｈν１）は金属電極部19により反射され
る。ここで、吸収可能な光路長は第１導電型半導体層12
の厚みをｄとすると、反射されるので2dとなる。また、
光吸収層20の形成された第２導電型半導体領域15b部で
は、光吸収層により吸収されるため、吸収可能な光路長
はｄとなる。よって、第４図に示すように光路長の違い
により、入射光の波長に対する吸収効率が変わる。ま
た、第８図からもかわるように、例えば1000゜Kの高温
の熱源からの放射は３μｍ付近にピークを持ち、第４図
のように３μｍ付近に吸収効率が第２導電型領域15a,15
bの光路長に対してほとんど差がないため、互いの電気
出力にほとんど差を生じない。ところが、300゜Kの常温
の放射は10μｍ付近にピークを持ち、かつ吸収効率が大
きく異なるため、隣り合う第２導電型半導体15a,bの電
気出力に差を生じることになる。これより、隣り合う第
２導電型半導体の両者の電気出力を検知することによ
り、物体が高温か常温かを識別できる。
上記のように構成された光検知装置について述べる。
まずＰ型半導体層12にCd0.2Hg0.8Te結晶を用いると、
約10μｍより短い波長の赤外線に関しては、吸収すると
同時にキャリアを生成することができる。受光部となる
ｎ型の不純物ドープ層15部において、裏側より入射した
赤外線７はｎ型の不純物ドープ層15aで吸収されるが、
吸収されなかった赤外線は金属電極部19で反射され、再
度、ｎ型の不純物ドープ層15aで吸収されることにな
る。ところがｎ型の不純物ドープ層15b部では入射した
赤外線７はｎ型の不純物トープ層15bで吸収されるが、
光吸収層20である例えばHgTe等の半金属層に到達したも
のは、光吸収層20でほとんど吸収されたり、キャリアの
寿命が短いことなどにより、ほとんど電気信号に寄与し
ない。このように、ｎ型不純物ドープ層部15aはｎ型不
純物ドープ層部15bに比べて入射赤外線７に対する吸収
可能な光路長が２倍となることがわかる。
約10μｍより短い波長の赤外線に関しては、吸収すると
同時にキャリアを生成することができる。受光部となる
ｎ型の不純物ドープ層15部において、裏側より入射した
赤外線７はｎ型の不純物ドープ層15aで吸収されるが、
吸収されなかった赤外線は金属電極部19で反射され、再
度、ｎ型の不純物ドープ層15aで吸収されることにな
る。ところがｎ型の不純物ドープ層15b部では入射した
赤外線７はｎ型の不純物トープ層15bで吸収されるが、
光吸収層20である例えばHgTe等の半金属層に到達したも
のは、光吸収層20でほとんど吸収されたり、キャリアの
寿命が短いことなどにより、ほとんど電気信号に寄与し
ない。このように、ｎ型不純物ドープ層部15aはｎ型不
純物ドープ層部15bに比べて入射赤外線７に対する吸収
可能な光路長が２倍となることがわかる。
ところでCd0.2Hg0.8Te結晶のみならず半導体結晶のほ
とんどは赤外線を含む光に対する吸収係数が光の波長が
長くなるほど小さくなるという性質があり、第４図のよ
うに吸収できる光路長が短くなるほど長波長の光の吸収
効率が悪くなる。すなわち、本発明の光検知装置に1000
゜Kの高温度の物体からの光が照射された場合、第８図
よりその波長ピークは約３μｍであり、そして、第４図
より約３μｍ付近ではｎ型不純物ドープ層15aとｎ型不
純物ドープ層15bでその吸収効率にほとんど差がないこ
とがわかる。これより、いずれのｎ型不純物ドープ層か
ら発生する電気出力もほぼ同じである。ところが、300
゜Kの常温度の物体からの光が照射された場合は、第4,8
図よりわかるように、その波長ピークが約10μｍで、ｎ
型不純物ドープ層15aとｎ型不純物ドープ層15bの10μｍ
付近の吸収効率が異なることにより、互いのｎ型不純物
ドープ層から発生する電気出力が異なる。よって、目標
とする検知物体の温度が高温か常温かの判断は、隣り合
うｎ型の不純物ドープ層の電気出力を比較すれば容易に
判定することができる。従って、ｐ型半導体層12領域内
でアレイ状に形成されたｎ型不純物ドープ層15を有する
１層構造のもので高温物体と常温物体を容易に識別で
き、第５図に示した従来の光検知装置の如き２層構造と
する必要がなく、そのため、現状の半導体プロセス技術
でも容易に画素の集積度を高めた高検知装置を実現で
き、非常に分解能の良い画像が容易に得られるという効
果がある。
とんどは赤外線を含む光に対する吸収係数が光の波長が
長くなるほど小さくなるという性質があり、第４図のよ
うに吸収できる光路長が短くなるほど長波長の光の吸収
効率が悪くなる。すなわち、本発明の光検知装置に1000
゜Kの高温度の物体からの光が照射された場合、第８図
よりその波長ピークは約３μｍであり、そして、第４図
より約３μｍ付近ではｎ型不純物ドープ層15aとｎ型不
純物ドープ層15bでその吸収効率にほとんど差がないこ
とがわかる。これより、いずれのｎ型不純物ドープ層か
ら発生する電気出力もほぼ同じである。ところが、300
゜Kの常温度の物体からの光が照射された場合は、第4,8
図よりわかるように、その波長ピークが約10μｍで、ｎ
型不純物ドープ層15aとｎ型不純物ドープ層15bの10μｍ
付近の吸収効率が異なることにより、互いのｎ型不純物
ドープ層から発生する電気出力が異なる。よって、目標
とする検知物体の温度が高温か常温かの判断は、隣り合
うｎ型の不純物ドープ層の電気出力を比較すれば容易に
判定することができる。従って、ｐ型半導体層12領域内
でアレイ状に形成されたｎ型不純物ドープ層15を有する
１層構造のもので高温物体と常温物体を容易に識別で
き、第５図に示した従来の光検知装置の如き２層構造と
する必要がなく、そのため、現状の半導体プロセス技術
でも容易に画素の集積度を高めた高検知装置を実現で
き、非常に分解能の良い画像が容易に得られるという効
果がある。
なお、上記実施例では、光吸収層20としてHgTeを用い
たが、これに限られるものではなく、電気導電性が良
く、光に対する吸収係数が高く、生成したキャリアの寿
命が短く、かつｎ型不純物ドープ層に対してオーミック
特性の良いものであれば良い。
たが、これに限られるものではなく、電気導電性が良
く、光に対する吸収係数が高く、生成したキャリアの寿
命が短く、かつｎ型不純物ドープ層に対してオーミック
特性の良いものであれば良い。
なお、上記第１実施例による所定のｎ型不純物ドープ
層15上に光吸収層20を設け、入射光に対する吸収可能な
光路長を1:2とした構成である光検知装置では、構成す
る半導体層の材料が変わり、その材料の波長に対する吸
収係数の違いがあまり無い場合、また目標物体と他の物
体の温度差が小さい場合に、識別が困難である。上記そ
れらの場合に対処できる本発明の第２の実施例による光
検出装置を示す。その構造は、第２図に示すように、そ
の上部に光吸収層を設けた第２導電型半導体15b層の厚
さを、他の第２導電型半導体15a層の厚さｄに比して、
約半分のd/2となるように薄くし、第２導電型半導体15
間で、入射光の光軸方向の距離に差を設けた構成であ
る。
層15上に光吸収層20を設け、入射光に対する吸収可能な
光路長を1:2とした構成である光検知装置では、構成す
る半導体層の材料が変わり、その材料の波長に対する吸
収係数の違いがあまり無い場合、また目標物体と他の物
体の温度差が小さい場合に、識別が困難である。上記そ
れらの場合に対処できる本発明の第２の実施例による光
検出装置を示す。その構造は、第２図に示すように、そ
の上部に光吸収層を設けた第２導電型半導体15b層の厚
さを、他の第２導電型半導体15a層の厚さｄに比して、
約半分のd/2となるように薄くし、第２導電型半導体15
間で、入射光の光軸方向の距離に差を設けた構成であ
る。
ここで、第４図に示すように吸収効率と入射光の波長
の関係においては、光路長＝2dの吸収効率の曲線に対し
て、光路長＜ｄの吸収効率の曲線が、光路長＝ｄの曲線
に比べてさらに曲線の傾斜が異なり、差が大きくなる。
これより、上記構造とすることにより、第４図に示すよ
うに波長に対する吸収効率にさらに差ができるため、識
別能力が向上し、温度差が小さい場合でも目標物体と他
の物体の識別を容易にできるようになり、識別能力をさ
らに向上できる。
の関係においては、光路長＝2dの吸収効率の曲線に対し
て、光路長＜ｄの吸収効率の曲線が、光路長＝ｄの曲線
に比べてさらに曲線の傾斜が異なり、差が大きくなる。
これより、上記構造とすることにより、第４図に示すよ
うに波長に対する吸収効率にさらに差ができるため、識
別能力が向上し、温度差が小さい場合でも目標物体と他
の物体の識別を容易にできるようになり、識別能力をさ
らに向上できる。
なお、本発明における構成として、第１図（ａ）に示
す上面図では、吸収層の有る成しで第２導電型半導体を
列毎に配置したが、これに限定されるものではなく、互
いの出力電流を比較できるように配置すれば良い。
す上面図では、吸収層の有る成しで第２導電型半導体を
列毎に配置したが、これに限定されるものではなく、互
いの出力電流を比較できるように配置すれば良い。
以上のようにこの発明に係る光検知装置によれば、第
１導電型半導体層領域内でアレイ状に形成された第２導
電型半導体層を備え、このアレイ状に形成された第２導
電型半導体層の隣り合う領域上にひとつおきに導電性の
光吸収層を設けてなるので、光吸収層を設けていない領
域では入射光がその上に形成された金属電極によって反
射され、光吸収層を設けた領域では入射光は該光吸収層
で吸収される。そのため、光吸収層を設けていない第２
導電型半導体層の領域では、光吸収層を設けたその領域
に対し入射光の光路長が２倍となる。これにより、第２
導電型半導体層における光路長が短くなるほど長波長の
光の吸収効率が悪くなることから、常温物体からの光は
高温物体からの光に比べてその波長ピークが長波長側に
あるので、光吸収層を設けた領域と該光吸収層を設けて
いない領域の隣り合う第２導電型半導体層における両者
の電気出力を検知することにより物体が高温か常温かを
識別できる。従って、第１導電型半導体層領域内でアレ
イ状に形成された第２導電型半導体層を有する１層構造
のもので高温物体と常温物体を容易に識別でき、従来の
光検知装置の如く２層構造とする必要がないため、現状
の半導体プロセス技術でも容易に集積度を高めた装置を
実現できるという効果がある。
１導電型半導体層領域内でアレイ状に形成された第２導
電型半導体層を備え、このアレイ状に形成された第２導
電型半導体層の隣り合う領域上にひとつおきに導電性の
光吸収層を設けてなるので、光吸収層を設けていない領
域では入射光がその上に形成された金属電極によって反
射され、光吸収層を設けた領域では入射光は該光吸収層
で吸収される。そのため、光吸収層を設けていない第２
導電型半導体層の領域では、光吸収層を設けたその領域
に対し入射光の光路長が２倍となる。これにより、第２
導電型半導体層における光路長が短くなるほど長波長の
光の吸収効率が悪くなることから、常温物体からの光は
高温物体からの光に比べてその波長ピークが長波長側に
あるので、光吸収層を設けた領域と該光吸収層を設けて
いない領域の隣り合う第２導電型半導体層における両者
の電気出力を検知することにより物体が高温か常温かを
識別できる。従って、第１導電型半導体層領域内でアレ
イ状に形成された第２導電型半導体層を有する１層構造
のもので高温物体と常温物体を容易に識別でき、従来の
光検知装置の如く２層構造とする必要がないため、現状
の半導体プロセス技術でも容易に集積度を高めた装置を
実現できるという効果がある。
また、本発明に係る光検出装置は、光吸収層の形成さ
れたｎ型不純物ドープ層の入射光の光軸方向の距離に相
当する層厚を他のｎ型不純物ドープ層部分より薄くし、
第２導電型半導体間で光路長に差を設けた構成としたの
で、識別能力が向上し、半導体層の波長に対する吸収係
数の差が無い場合や、赤外線画像追尾装置に利用する
際、物体の温度差が少ない場合でも、高温物体と常温物
体の識別を容易にできる効果がある。
れたｎ型不純物ドープ層の入射光の光軸方向の距離に相
当する層厚を他のｎ型不純物ドープ層部分より薄くし、
第２導電型半導体間で光路長に差を設けた構成としたの
で、識別能力が向上し、半導体層の波長に対する吸収係
数の差が無い場合や、赤外線画像追尾装置に利用する
際、物体の温度差が少ない場合でも、高温物体と常温物
体の識別を容易にできる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による光検出装置の上面図
及び断面図、第２図は第１発明における他の発明による
光検出装置を示す断面図、第３図は本発明の動作を説明
するための断面図、第４図は本発明の動作を説明するた
めの吸収効率に関する図、第５図は従来の光検知装置を
示す上面図及び断面図、第６図は従来の光検知装置の動
作を説明するためのバンド図、第７図は赤外線画像追尾
に対する回避策を示す図、第８図は黒体の放射発散度を
示す図、第９図は本発明の光検知装置の製造工程を示す
図である。 図において、１はCdTe基板、７は入射光、11は第１の半
導体層、12はＰ型の半導体層、13はＮ型不純物ドープ
層、14はPN接合、15はｎ型不純物ドープ層、16はpn接
合、17は共通Ｐ電極、18はＮ電極、19はｎ電極、20は光
吸収層、21は保護膜である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
及び断面図、第２図は第１発明における他の発明による
光検出装置を示す断面図、第３図は本発明の動作を説明
するための断面図、第４図は本発明の動作を説明するた
めの吸収効率に関する図、第５図は従来の光検知装置を
示す上面図及び断面図、第６図は従来の光検知装置の動
作を説明するためのバンド図、第７図は赤外線画像追尾
に対する回避策を示す図、第８図は黒体の放射発散度を
示す図、第９図は本発明の光検知装置の製造工程を示す
図である。 図において、１はCdTe基板、７は入射光、11は第１の半
導体層、12はＰ型の半導体層、13はＮ型不純物ドープ
層、14はPN接合、15はｎ型不純物ドープ層、16はpn接
合、17は共通Ｐ電極、18はＮ電極、19はｎ電極、20は光
吸収層、21は保護膜である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】背面部入射型の光検知装置において、 その背面より入射する光に対し透明な半絶縁性基板と、 該半絶縁性基板上に全面に形成された第１導電型半導体
層と、 該第１導電型半導体層領域内でアレイ状に形成された第
２導電型半導体層と、 該第２導電型半導体層領域に対し、隣り合う該領域上の
ひとつおきに設けられた導電性の光吸収層と、 該光吸収層上および該光吸収層を設けていない上記第２
導電型半導体層領域上に形成され、入射光に対して反射
率の高い金属電極と、 上記第１導電型半導体層領域上に形成された保護膜と、 該保護膜を形成していない上記第１導電型半導体層領域
上に形成された共通金属電極とから構成してことを特徴
とする光検知装置。 - 【請求項２】上記第１項記載の光検知装置において、 その上部に導電性の光吸収層が設けられた第２導電型半
導体層の入射光の光軸方向の距離に相当する層厚を他の
第２導電型半導体層よりも薄くし、第２導電型半導体間
で光路長に差を設けた構成としたことを特徴とする光検
知装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1285221A JP2773930B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 光検知装置 |
| GB9014945A GB2238165B (en) | 1989-10-31 | 1990-07-06 | A photodetector device |
| US07/600,180 US5115295A (en) | 1989-10-31 | 1990-10-19 | Photodetector device |
| FR909013461A FR2653937B1 (fr) | 1989-10-31 | 1990-10-30 | Dispositif photodetecteur. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1285221A JP2773930B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 光検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03145763A JPH03145763A (ja) | 1991-06-20 |
| JP2773930B2 true JP2773930B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=17688674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1285221A Expired - Lifetime JP2773930B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 光検知装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5115295A (ja) |
| JP (1) | JP2773930B2 (ja) |
| FR (1) | FR2653937B1 (ja) |
| GB (1) | GB2238165B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2036874A1 (en) * | 1991-02-22 | 2002-07-10 | Ltv Aerospace And Defense Company | Bandgap radiation detector and method of fabrication |
| US5149956A (en) * | 1991-06-12 | 1992-09-22 | Santa Barbara Research Center | Two-color radiation detector array and methods of fabricating same |
| JPH0714996A (ja) * | 1993-06-18 | 1995-01-17 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検出器とその製造方法 |
| US20040109535A1 (en) * | 2002-12-05 | 2004-06-10 | Sen-Hsiung Fan | Photo sense element and operation mode |
| US7129489B2 (en) * | 2004-12-03 | 2006-10-31 | Raytheon Company | Method and apparatus providing single bump, multi-color pixel architecture |
| JP4693827B2 (ja) * | 2007-09-20 | 2011-06-01 | 株式会社東芝 | 半導体装置とその製造方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4275407A (en) * | 1977-09-01 | 1981-06-23 | Honeywell Inc. | Durable insulating protective layer for hybrid CCD/mosaic IR detector array |
| JPS58121668A (ja) * | 1982-01-13 | 1983-07-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 多色イメ−ジ・センサ |
| US4442310A (en) * | 1982-07-15 | 1984-04-10 | Rca Corporation | Photodetector having enhanced back reflection |
| US4596930A (en) * | 1983-04-21 | 1986-06-24 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh | Arrangement for multispectal imaging of objects, preferably targets |
| JPS61152065A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-10 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体受光素子 |
| JPS6236858A (ja) * | 1985-08-10 | 1987-02-17 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
| JPS62104163A (ja) * | 1985-10-31 | 1987-05-14 | Fujitsu Ltd | 光電変換装置 |
| US4639756A (en) * | 1986-05-05 | 1987-01-27 | Santa Barbara Research Center | Graded gap inversion layer photodiode array |
| JPS63133580A (ja) * | 1986-11-25 | 1988-06-06 | Fujitsu Ltd | 赤外検知装置 |
| JPS63273365A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検出デバイス |
| AU609508B2 (en) * | 1987-08-20 | 1991-05-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Photosensor device |
| US4951106A (en) * | 1988-03-24 | 1990-08-21 | Tektronix, Inc. | Detector device for measuring the intensity of electromagnetic radiation |
| FR2633101B1 (fr) * | 1988-06-16 | 1992-02-07 | Commissariat Energie Atomique | Photodiode et matrice de photodiodes sur hgcdte et leurs procedes de fabrication |
| JPH029180A (ja) * | 1988-06-28 | 1990-01-12 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検知素子 |
| US4999694A (en) * | 1989-08-18 | 1991-03-12 | At&T Bell Laboratories | Photodiode |
-
1989
- 1989-10-31 JP JP1285221A patent/JP2773930B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-07-06 GB GB9014945A patent/GB2238165B/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-10-19 US US07/600,180 patent/US5115295A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-10-30 FR FR909013461A patent/FR2653937B1/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2238165A (en) | 1991-05-22 |
| GB2238165B (en) | 1993-07-07 |
| US5115295A (en) | 1992-05-19 |
| GB9014945D0 (en) | 1990-08-29 |
| JPH03145763A (ja) | 1991-06-20 |
| FR2653937A1 (fr) | 1991-05-03 |
| FR2653937B1 (fr) | 1992-08-07 |
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