JPH01147875A - 赤外線検知装置 - Google Patents

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】 〔概　要〕 赤外線検知装置に関し、 検知素子間のクロストークの発生を少なくし、かつ各検
知素子に印加するバイアス電圧が変動しないようにした
赤外線検知装置を目的とし、絶縁性、或いは半絶縁性基
板上に形成した化合物半導体結晶層の所定の位置にＰ−
Ｎ接合を設けてホトダイオードアレイを形成した装置で
あって、前記基板と素子形成用の化合物半導体結晶層の
間に、該素子形成用化合物半導体結晶よりエネルギーバ
ンドギャップの大きい化合物半導体結晶をバッファ層と
して設け、前記Ｐ−Ｎ接合部を設けた素子形成用の化合
物半導体結晶層を、該結晶層表面よりバッファ層に、或
いは素子形成用結晶層表面より基板に到達する溝を設け
、前記素子形成用結晶層、或いはバッファ層に積層され
た素子形成用結晶層をメサ状に形成したことで構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は赤外線検知装置に係り、特にアレイ状に形成し
た検知素子間に於けるクロストークの発生を少なくした
赤外線検知装置に関する。

カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）のような半絶縁性基板、
或いはサファイアのような絶縁性基板上に、エネルギー
バンドギャップの狭い水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇ
＋−ｘｃｄｘ　Ｔｅ）のような化合物半導体をエピタキ
シャル法等を用いて薄層状態に形成し、該化合物半導体
結晶層に所定のパターンのＰ−Ｎ接合を形成してホトダ
イオードをアレイ状に形成し、このホトダイオードアレ
イを有する赤外線検知装置と、シリコン（Ｓｉ）基板に
形成したマルチプレクサ等の信号処理装置とをインジウ
ム（Ｉｎ）金属柱を用いて接続形成して一体化して赤外
線撮像装置を形成している。

〔従来の技術〕

従来の赤外線検知装置の構造を第５図に示す。

第５図に示すように、従来の赤外線検知装置はＣｄＴｅ
よりなる半絶縁性基板１上にＰ型のＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ
Ｔｅ結晶２が気相エピタキシャル成長法等を用いて形成
され、該結晶層２の所定位置にはレジスト膜をマスクと
して用いてイオン注入法を用いてボロン（Ｂ４）原子が
導入され、Ｎ”ｌ’ｆｊ３が形成されてＰ−Ｎ接合４が
形成されている。更に該結晶Ｎ２の表面には、該結晶の
陽極酸化膜、或いは陽極硫化膜が保護膜５として形成さ
れてホトダイード６が形成されている。更にこのホトダ
イオード６上の保護膜５は窓開きされ、前記形成された
Ｎ゛層３ＬにはＩｎの金属柱７が蒸着により形成されて
いる。

そしてこの基板１の裏面側より赤外線を入射して、この
入射された赤外線が基板１および化合物半導体結晶層２
を通過し、該結晶Ｎ２内で光電変換されてキャリアとな
り、このキャリアがＰ−Ｎ接合部４に到達するのを、ホ
トダイオード６により検知している。

〔発明が解決しようとする問題点］ ところで従来の装置に於いて、第６図（ａ）に示すよう
に、各ダイオード間の距離Ｓが、ＣｄＴｅの基板の裏面
より化合物半導体結晶内に導入された赤外線が、光電変
換されて形成された少数キャリアの拡散長ｄに比して充
分大きい場合、各ダイオード６Ａ　、　６Ｂ間で発生し
た少数キャリア８は、結晶層２内の例えば×印の位置で
再結合して消滅し、隣接するダイオード６Ａ　、　６Ｂ
に到達することがないのでクロストークを発生すること
は無い。

然しなから、近年この裏面入射型のホトダイオードアレ
イは益々大規模化、高密度に形成することが要求されて
おり、これに伴ってダイオード間の距離Ｓが少数キャリ
アの拡散長ｄより小さくなり、この場合は第６図（ｂ）
に示すように、ホトダイオード６Ａ、６Ｂの間に発生し
た少数キャリア８は、隣接するホトダイオード６Ａ、６
Ｂに到達してクロストークの現象が生じる問題がある。

また化合物半導体結晶層２の厚さは、赤外線検知装置の
高感度化を図るために、結晶中で発生する拡散電流を低
減するために、薄く形成することが望ましく、このよう
に結晶層を薄く形成すると、該結晶層のシート抵抗が増
大する。この検知装置は結晶層の端部Ａをアース接続し
ており、このシート抵抗が増大すると、結晶層の中央部
と両端部とでは、各ホトダイオードに印加するバイアス
電圧が変動する問題がある。ところで、各ホトダイオー
ドの動作電圧は一定であるので、各ホトダイオードを均
一に動作させようとすると、各ホトダイオードにそれぞ
れ異なったバイアス電圧を印加する必要があり、ホトダ
イオードの電源回路が複雑となる。

本発明は上記した問題点を除去し、クロストークの発生
を少なくし、かつ各ホトダイオードに印加するバイアス
電圧が均一になるようにした赤外線検知装置の提供を目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的を達成する本発明の赤外線検知装置は、絶
縁性、或いは半絶縁性基板上に形成した化合物半導体結
晶層の所定の位置にＰ−Ｎ接合を設けてホトダイオード
アレイを形成した装置であって、前記基板と素子形成用
の化合物半導体結晶層の間に、該素子形成用化合物半導
体結晶よりエネルギーバンドギャップの大きい化合物半
導体結晶をバッファ層として設け、前記Ｐ−Ｎ接合部を
設けた素子形成用の化合物半導体結晶層を、該結晶層表
面よりバッファ層に、或いは素子形成用結晶層表面より
基板に到達する溝を設け、前記素子形成用結晶層、或い
はバッファ層に積層された素子形成用結晶層をメサ状に
形成したことで構成する。

〔作　用〕

本発明の赤外線検知装置は、該検知装置を構成するホト
ダイオードを形成する素子形成用化合物半導体結晶層と
基板との間に該素子形成用結晶層よりエネルギーバンド
ギャップの大きい結晶層をバッファー層として形成し、
また上記ホトダイオードをメサ型に形成することで、該
ダイオード間が確実に素子分離されるようにする。

このようにすれば第４図に示すように、検知すべき赤外
線が素子形成用の結晶層１３で吸収され、キャリアとな
っても、そのうちの成る少数キャリア（電子）ａは、該
バッファ層１２のエネルギーバンドギャップ２１が広い
ために伝導帯２２の壁に当たって矢印Ｂ方向に移動して
バッファ層１２　（［！ｌにキャリアが到達しない。ま
た他の成る少数キャリアｂは、価電子帯２４と伝導帯２
２との間のバンドギャップ２１の狭い素子形成用結晶Ｎ
１３の領域側に到達してＰ−Ｎ接合部２３を通過して光
電流として検知される。

またこの素子形成用結晶層１３はメサ型に分離されてい
るのでキャリアは隣接画素にも流れ込まないため、クロ
ストークの発生を見なくなる。

更に検知すべき波長の赤外線が透過するバッファ層１２
を素子形成用の結晶１１３と積層した状態で形成してい
るので結晶層全体の厚さが厚くなり、その厚さの厚く成
ｇことで結晶層全体のシート抵抗が低くなり、各ホトダ
イオードのそれぞれに印加するバイアス電圧は、各ホト
ダイオードの結晶層の長手方向の位置に対応させて変動
させる必要がなくなり、各ダイオードに印加するバイア
ス電圧は均一な値で良い。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例につき詳細に説明
する。

第１図は本発明の赤外線検知装置で１０μｍ帯の波長に
感度を有する検知装置の断面図である・図示するように
本発明の装置は、半絶縁性のＣｄＴｅ基板１１−ヒにエ
ネルギーバンドギャップが０．２５ｅＶのＨｇ１−　ｖ
　Ｃｄ　ｙ　Ｔｅ　（ｙ　＝Ｏ−３）の結晶Ｊｉ１２が
３０μｍの厚さで形成され、その上にはエネルギーバン
ドギャップが０．１１ｅＶのＨｇ１−、　Ｃｄ、　Ｔｅ
（ｘ＝０．２）の結晶層１３が形成され、該結晶層１３
の所定位置には、Ｂ゛原子イオン注入されてＮ″層１４
が形成され、該Ｐ−Ｎ接合が形成された結晶層１３がメ
サ型にエツチング形成されている。そしてこのメサの側
壁部を含む結晶層１２の表面には該結晶層の陽極硫化膜
が保護膜１５として形成されている。またメサの頂部に
はＩｎの金属柱１６が蒸着により形成されている。

このような本発明の装置の基板１１の底部より赤外線を
導入すると、結晶層１２は５μｍ帯以下の波長の光は吸
収するが、５μｍ帯以上の波長の光は透過するので、５
μｍ以下の波長の光は結晶層１２に吸収され、光電変換
されてキャリアとなる。

一方、５μｍ以上の光は、結晶層１２を透過して結晶層
１３に到達する。結晶層１３は１０μｍ帯より短い光を
吸収するので、５μ＋１〜１０μｍの波長の光が結晶ｊ
ｌｉ１３で光電変換されてキャリアとなり、Ｐ−Ｎ接合
部１７へ到達して、ホトダイオード１８にて検知される
。そしてこの結晶層１３で光電変換されたキャリアは、
ホトダイオードがメサ状に確実に素子分離されているの
で、クロストークを発生することはない。またバッファ
層との間にはバンド障壁が形成されているので、該結晶
層１３で発生した少数キャリアがバッファ層を介して隣
接画素に流入することもない。

また結晶［１２を厚く形成しても・、１０μｍ帯の波長
の光は結晶Ｎ１２を透過するので、検知装置の感度が低
下することがなく、またこのように結晶層１２を厚くす
ることで、化合物半導体結晶Ｆ！ｉ　１２．１３の厚さ
が厚くなるので、結晶層１２．１３のシート抵抗が増加
することがなくなり、従って結晶層１３の長手方向の位
置によって、シート抵抗の増加によってホトダイオード
に印加するバイアス電圧を変動させる必要もなくなる。

また本実施例の他の実施例として第３図に示すように、
素子形成用結晶層１２よりバッファ層１３を貫通して基
板１１に到達する溝２５を形成し、該溝２５でバッファ
Ｎ１３上に素子形成用結晶層１２を積層した状態で、バ
ッファ層と共に素子形成用結晶層１２をメサ状に形成し
ても良い。

このような赤外線検知装置の第１実施例の製造方法に付
いて述べると、第２図（ａ）に示すようにＣｄＴｅ１５
板１１上にエネルギーバンドギャップが０．２５ｅＶの
ｌ１ｇ＋−ｙ　Ｃｄｙ　Ｔｅ（ｙ＝０．３）のバッファ
Ｎ１２を３０μｍの厚さで気相エピタキシャル成長して
形成する。

次いでその上に、第２図（ｂ）に示すように、エネルギ
ーバンドギャップが０．１１ｅＶのＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ
　Ｔｅ（ｘ＝０．２）の素子形成用結晶層１３を気相エ
ピタキシャル成長により形成する。

次いで第２図（Ｃ）に示すように該素子形成用結晶層１
３にＢ′″原子をイオン注入してＮ１層１４を形成する
。

更に第２図（ｄ）に示すように、該Ｐ−Ｎ接合が形成さ
れた素子形成用結晶層１３を、ホトレジスト膜をマスク
として用いてバッファ層１２に到達するまでメサ型にエ
ツチング形成後、前記第１図に示したように、素子形成
用結晶層１２のメサの側壁部とバッファ層１３の表面に
、該結晶層１２．１３の陽極硫化膜を陽極硫化膜液を用
いて、保護膜１５として形成する。また第３図に示すよ
うに基板１１に到達するまで溝２５を形成し、素子形成
用結晶層１３とバッファ層１２がエツチングされたメサ
の側壁部と基板１１の表面に該結晶層１２．１３の陽極
硫化膜１５を形成するようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、クロス
トークの発生の少ない、高画素密度の検知アレイを構成
でき、また各ホトダイオードに印加するバイアス電圧が
均一となる高品質な赤外線検知装置が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の赤外線検知装置の第１実施例の断面図
、 第２図（ａ）より第２図（ｄ）迄は第１実施例の装置の
製造方法を示す断面図、 第３図は本発明の第２実施例の赤外線検知装置の断面図
、 第４図は本発明の装置に於けるキャリアの状態の説明図
、 第５図は従来の赤外線検知装置の断面図、第６図（ａ）
および第６図（ｂ）は従来の装置の不都合な状態の説明
図である。 図において、 １１はＣｄＴｅ基板、１２はＨｇ＋−ｙ　Ｃｄｙ　Ｔｅ
の結晶層、１３はＨｇ＋−Ｘ　ＣｄＸＴｅの結晶層、Ｊ
４はＮ″層、１５は保護膜、１６はＩｎ金属柱、１７は
Ｐ−Ｎ接合部、１８はホトダイオード、２１はエネルギ
ーバンドギャップ、２２は伝導帯、２３はＰ−Ｎ接合部
、２４は価電子帯、２５は溝条あ明／ｌ赤外線禮知暮１
５断面ｍ 第１図 （ｂン す完ｅＥ−ｉ４４想遺λ忠料哲酌ｍ 第　２　図 （ｄ） 杢櫻ｇハ蓼！め嬰遺か迂を釘針面口 第２図 第３図 第４図 ６５東、、、？？−己（羽起犬ｌ］セ叱１６壓牛１石Ｇ
ゴ第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　絶縁性、或いは半絶縁性基板（１１）上に形成した化
   合物半導体結晶層（１３）の所定の位置にＰ−Ｎ接合を
   設けてホトダイオードアレイを形成した装置であって、 前記基板（１１）と素子形成用の化合物半導体結晶層（
   １３）の間に、該素子形成用化合物半導体結晶よりエネ
   ルギーバンドギャップの大きい化合物半導体結晶層（１
   ２）をバッファ層として設け、前記Ｐ−Ｎ接合部を設け
   た素子形成用の化合物半導体結晶層（１３）を、該結晶
   層（１３）表面よりバッファ層（１２）に、或いは素子
   形成用結晶層（１３）表面より基板（１１）に到達する
   溝を設け、前記素子形成用結晶層（１３）、或いはバッ
   ファ層（１２）に積層された素子形成用結晶層（１３）
   をメサ状に形成したことを特徴とする赤外線検知装置。