JPH03108379A - 光伝導型赤外線検出器 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光伝導型赤外線検出器に関し、さらに詳しくは
薄膜化、広帯域化および低消費エネルギー化の実現され
た光伝導型赤外線検出器に関する。

［従来の技術］ 従来のｔｌｃｄＴｅ光伝導型赤外線検出器は、第２図に
示すように、サファイア基板５上にｎ型ＨｑＣｄＴｅバ
ルク結晶６を接着剤８により接着し、電極９を設けてい
た。ここで同結晶の表面と裏面は陽極酸化膜７により保
護されている。

さて同結晶に吸収された赤外線は過剰キャリアを生成し
、結晶の抵抗を減少させる。この抵抗減少分は電極９に
加えている一定電流により電圧変化として検出される（
エム・ニー・キンチとニス・アール・ボレロ：インフラ
レッド・フィツクス。

１９７５年、１５巻、１１１頁（Ｈ，Ａ、に１ｎｃｈ　
ａｎｄ　Ｓ、　Ｒ。

Ｂｏｒｒｅｌｌｏ　　：　　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ）　　、　ｘ　ム　拳ニー・キンチ等：イン
フラレッド・フィツクス、　１９７７年。

１７巻、１２７頁（）１．　Ａ、に１ｎｃｈ　ｅｔ　ａ
ｌ　：　　ＩｎｆｒａｒｅｄＰｈｙｓｉｃｓ）　）。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来技術の場合、■同結晶は赤外線を吸収す
るのに充分な厚さ１０ＩＪＪ１１程度でなければならな
い、および■帯域は少数キャリアである正孔の移動度的
５００ｃｍ”／Ｖ・Ｓで決まり、典型的には１ＭＨ２程
度である、という特徴がある。前者の場合、バルク結晶
を１０庫まで薄くする際、研磨工程を含むため結晶に損
傷が入り感度が劣化しやすいという問題点がある。１麦
者についてはバイアスミ流を大きくすると帯域は広がる
が、ジュール熱発生のためレスポンシビテイが低下し、
かつ熱雑音が増加して結局感度が劣化するという問題点
がある。

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決し、２
ＩＪＩｎ８！度の薄膜で広帯域の光伝導型赤外線検出器
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、Ｈｃ＋ＴｅとＣｄＴｅの超格子結晶を受光部
として有し、かつ該超格子結晶の両端面に電極を備えて
なることを特徴とする光伝導型赤外線検出器である。

［作用］ 本発明の光伝導型赤外線検出器の一例を第１図に示す。

この赤外線検出器は、ＣｄＴｅ基板１、ＣｄＴｅ緩衝層
２、ＨｇＴｅ−ＣｄＴｅ超格子結晶３および同超格子結
晶の傍に設けた電極４からなる。

さてＨｇＴｅ−ＣｄＴｅ超格子結晶内のキャリアはＨｇ
Ｔｅ−ＣｄＴｅ界面に閉じ込められた、所謂２次元ガス
であり、その移動度は１０４　ｃｍ２　／ｖ−５と高い
（ジエー・ピー・フオーリー：アイ・イー・イー・イー
・ジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス、
　１９８６年、　ＱＥ−２２巻。

１６５６頁（Ｊ、　Ｐ、　Ｆａｕｒｉｅ：ＩＥＥＥ　Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＱｔＪａｎ−ｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ））　。この値は、従来のＨｇｃｄＴｅ光
伝導型赤外線検出器に用いられているｎ型ＨｇＣｄＴｅ
バルク結晶の少数キャリアである正孔の移動度５００ｃ
ｍ２　／　Ｖ　−ｓより約２０倍大きい。

またＨｇＴｅ−ＣｄＴｅ超格子の吸収係数は１０４ｃｍ
”と大きく（シー・イー・ジョーンズ等ニアブライド・
フィツクス・レターズ、　１９８５年、４７巻、　　１
４０頁　（Ｃ，Ｅ、　　Ｊｏｎｅｓ　　ｅｔ　　ａｌ　
　：　　八ｐｐ１．　　Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、））　、２卯という薄膜でも赤外線を十分吸
収して過剰キャリアを発生させることができる。

最後に赤外線検出器のカットオフ波長、つまりエネルギ
ーギャップはＨｇＴｅ層の厚さで決まる（ジエー・ピー
・フオーリー：アイ・イー・イ・イー・ジャーナル拳オ
ブ・クオンタム・エレクトロニクス、　１９８６年、叶
−２２巻、　１６５６頁（Ｊ、　Ｐ。

Ｆａｕｒｉｅ　　：　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏ
ｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−＋ＣＳ）　）
。

以上述べたｆ−１ｇＴｅ−ＣｄＴｅ超格子の長所である
高い移動度と大きい吸収係数並びにエネルギーギャップ
がＨｇＴｅ層の厚さで決まることを利用して、カットオ
フ波長チューナプルで広帯域の薄膜光伝導型赤外線検出
器を作ることができる。

この赤外線検出器の動作原理を次に説明する。

ＨＣＪＴｅ−ＣｄＴｅ超格子結晶に入射する赤外線は同
結晶中に過剰キャリアを生成する。同キャリアの発生に
起因する結晶の抵抗変化は、同超格子結晶の傍に設けた
電極４に流している一定電流によって電圧変化として検
出される。この光伝導型赤外線検出器において発生する
ジュール熱Ｈ３Ｌは次式で表される。

Ｈ３［＝■Ｓ［２／Ｒ３［＝ＩＥＳ［２ＷｄＳ［／ρＳ
［ここで、ＶＳＬとＥＥｓｔは各々電極４間の電圧と電
場、Ｒ３Ｌとρ８．は各々超格子結晶の抵抗と比抵抗、
並びにｌ、Ｗとｄｓ［は各々同電極間距離、同超格子結
晶の幅と厚さである。

比較のため、従来型の光伝導型赤外線検出器に発生する
ジュール熱を同様に表す。

ＨＢ　＝ＶＢ　２／ＲＢ＝ＩＩＥＢ　２ｗｄＢ／ρ８両
２式の比は以下のようになる Ｈ８「／ＨＢ＝ （Ｈ８，／ｄＢ）（ρ、／ρｓｔ、＞　（Ｅ８．／Ｅ８
）２ここで従来型と本発明の光伝導型赤外線検出器の帯
域、つまり応答速度を等しくした場合を考える。

この条件はキャリア寿命が等しいことと同等である。言
い換えると大きい電場の場合、キレリアの速度（Ｖ）が
等しければ応答速度、つまり帯域も等しい。従って、こ
の条件は次式で表される。

Ｖ　３ｍ’μ５ＬＥＳＬ・ＶＢ＝μＢＥＢＶ　ＳＬ””
　Ｖ　Ｂ この式を用いるとジュール熱の比は次のようになる。

Ｈ３［／Ｈ８＝ （Ｈ８，／ｄ、）（ρＢ／ρ、１）（μ、／μｓ、）２
ここで以前にも述べたように本発明の光伝導型赤外線検
出器において、ｄ３１＝２脚およびμ３．＝１０４０ｍ
２／Ｖ−５程度、一方、従来の光伝導型赤外線検出器に
おいてはｄＢ＝１０１ＪＩｒ１およびμＢ−５００ｃｍ
２　／Ｖ・Ｓ程度である。またρＳＬ〜ρＢである。こ
れらを上式に代入すると、次の関係を得る。

Ｈ３１／　ＨＢ　〜５　Ｘ　１０−’ この関係から分かるように、本発明の光伝導型赤外線検
出器において発生するジュール熱は、従来のものに比べ
て約３桁小さい。その結果、従来問題になっていた、大
きいバイアス電流におけるレスポンシビテイの減少や熱
雑音の増大が見られなくなる。

［実施例］ 次に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例の概略断面図である。

本実施例の光伝導型赤外線検出器は、面方位が（１１１
）ＢのＣｄＴｅ基板１上にまずＣｄＴｅ緩衝層２を形成
し、更にその上にＨｇＴｅ−ＣｄＴｅの超格子結晶３を
２５０対成長させたものである。基板の厚さは１ｍｌｌ
１１ＣｄＴｅ緩衝層の厚さは３０００人、ＨＱＴｅの厚
さは５０人およびＣｄＴｅの厚さは３０人、従って超格
子の厚さは２卯である。ＨｇＴｅの厚さ５０人は、液体
窒素温度でエネルギーギャップ１２０ｍｅＶ　、つまり
カットオフ波長にして１０．３期に対応する。電極４を
形成する前には、同電極部の超格子結晶を基板位置まで
エツチングする。その後、リフトオフ法によりＣｒ／Ａ
Ｕ電極を蒸着する。この際、エツチングされたＣｄＴｅ
基板にまずＣｒが５００人程０、次にＡｕが２卯蒸着さ
れる。この赤外線検出器の電極間距離と幅は、ともに２
０１ｍである。

この赤外線検出器にＥ３．＝　１０　Ｖ／ｃｍの電場を
加えたところ、従来のＨｇＣｄＴｅ光伝導型赤外線検出
器に比べて約１桁広い５０）ＩＨｚの帯域が得られた。

また発生したジュール熱は非常に小さく、８ｎＷであっ
た。さらにレスボンシビティと雑音のバイアス電場依存
性を測定したところ、高いバイアス電場におけるレスポ
ンシビテイの低下と熱雑音の増大は全く見られなかった
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ト１ｇＴｅ−Ｃ
ｄＴｅ超格子結晶を光伝導型赤外線検出器の受光部にす
ることにより、同結晶の吸収係数が大きいことを利用し
て結晶を薄膜化することができ、かつ移動度が大きいこ
とを用いて広帯域化することができる。その結果、従来
型と本発明の検出器の帯域を同じにした場合、結晶内で
発生するジュール熱について本発明のほうが約３桁低く
なる。また高いバイアス電場におけるレスポンシビティ
の低下と熱雑音の増大が認められない等の効果を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略断面図、第２図は従来
技術による光伝導型赤外線検出器の一例の概略断面図で
ある。 １　・Ｃｄ　Ｔ　ｅ　Ｉ板　　　２−Ｃｄ　Ｔ　ｅ緩！
７層３−ＨＱ　Ｔ　ｅ　−Ｃｄ　Ｔ　ｅ超格子結晶４．
９・・・電極　　　　　５・・・サファイア基板６・・
・ｎ型ＨｇＣｄＴｅバルク結晶 ７・・・陽極酸化膜 ８・・・接着剤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＨｇＴｅとＣｄＴｅの超格子結晶を受光部として
   有し、かつ該超格子結晶の両端面に電極を備えてなるこ
   とを特徴とする光伝導型赤外線検出器。