JPH03148175A - 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】 ＣＩＩ　　要〕 二次元の赤外線検知装置に関し、 画素間のクロストークを防止し、画素に占める感光領域
の割合（フィルファクタ）が大きく保たれ、かつ大信号
量が得られる赤外線検知装置を目的とし、 赤外線透過基板の表面に市松模様状に素子形成用半導体
結晶を設けるとともに、該基板の裏面側にも前記透過基
板表面に設けられた素子形成用半導体結晶以外の領域に
対向した領域に、市松模様状に素子形成用半導体結晶を
設け、 前記赤外線ｉ３過基板の表面お、Ｌび裏面に設けた素子
形成用半導体結晶に素子形成用不純物原子を導入して赤
外線検知素子を設けて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は二次元に配置された多素子型の赤外線検知装置
に関する。

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＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ）結晶に素子形成用不
純物原子を導入して赤外線検知素子が形成されている。

このような赤外線検知素子は高解像度の赤外線画像を得
るために、該検知素子を化合物半導体基板に出来るだけ
、高密度に配置した構造が望まれる。

ところで、このように−枚の基板に多数の検知素子を高
密度に配設すると、所定の赤外線検知素子に導入された
赤外線がＨｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅの素子形成用半導体
結晶内で光電変換されて発生したキャリアの拡散長より
も、前記検知素子間の間隔が短くなる状態となり、その
ため、光電変換されたキャリアが隣接する赤外線検知素
子に移動するように成ってクロストークの現象が生し、
このクロスト−クの発生を防止した赤外線検知素子が要
望されている。

〔従来の技術〕

従来、このようなりロストークの発生を防止した赤外線
検知素子としては第９図の斜視図、および第９図のＩＸ
−ＩＸ′線断面図の第１０図に示すように、赤外線を透
過するＣｄＴｅ基板１上に、Ｐ型のＩ１ｇ＋−＊　Ｃｄ
ＸＴｅ結晶２を液相エピタキシャル威長方法等により形
成し、該■ｇ＋−ｘ　Ｃｄｗ　Ｔｅ結晶にＮ型の不純物
原子となるボロン（Ｂ）原子をイオン注入してＮ型層３
と威し、該Ｎ型層が形成された１１ｇＣｄ、　Ｔｅの結
晶２をイオンミリング法等を用いてＸおよびＹ方向に所
定のピッチでＣｄＴｅ基板ｌ基板面に到達する溝４を形
成する。

そしてこの溝４によって素子分離することで多数個の赤
外線検知素子５を一枚の基板上に形成し、この多数個形
成さた赤外線検知素子５の特定の検知素子に入射された
赤外線によって形成されたキャリアが隣接する赤外線検
知素子に移動しないようにして、検知素子間のクロスト
ークの発生を防止している。

〔発明が解決しよ゛）とする課題〕

然し、第９図および第１０図に示すように、上記赤外線
検知素子を一枚の基板上に多数個設けて多画素の状態の
検知素子の状態にするにつれて画素ピッチ（検知素子間
のピッチｌ）が小さくなり、そのため、−個の画素の面
積が小さくなり、赤外線を感光しない１４の領域の面積
が無視出来ない状態となってくる。

上記した溝４は赤外線に感光する領域では無いので、こ
のような溝の面積が増大すると、ｌ１ｇ＋−ｘＣｄ、　
Ｔｅ結晶の赤外線感光領域に対する不感光領域が増加す
るため、その結果フィルファクタ（赤外線検知素子の画
素に占める感光領域の割合）が低下し、赤外線検知装置
より得られる信号量が微弱な信号となり、鮮明な画像が
得られないといった問題が生じる。

本発明は上記した問題点を解決し、上記した赤外線の不
感光領域を無くし、然も画素間のクロストークを低減可
能とする赤外線検知装置を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を遠戚する本発明の赤外線検知装置は、第１図
の原理図、および第１図のＩ−１′線断面図に示すよう
に、赤外線透過基板１１の表面に市松模様状に素子形成
用半導体結晶１２−１を設けるとともに、謹払板の裏面
側にも１１；１記透過基板表面に設けられた素子形成用
半導体結晶１２−１以外の領域に対向した領域に、市松
模様状に素子形成用半導体結晶１２−２を設け、 前記赤外線透過基板１１の表面および裏面に設けた素子
形成用半導体結晶１２−Ｌｌ２−２に素子形成用不純物
原子を導入して赤外線検知素子１６を設けて構成する。

〔作　用〕 一 本発明の赤外線検知装置に於いては第１図、および第２
図に示すように、感光領域、即ちＨｇ＋−ｘＣｄｘ　Ｔ
ｅの赤外線に感度を有する素子形成用半導体結晶１２−
１．１２−２が、矢印Ａに示す赤外線入射側から見たＣ
ｄＴｅのような赤外線透過基板１１の表面と裏面とに市
松模様状に形成されている。

そしてこの赤外線透過基板１１の裏面に形成された素子
形成用半導体結晶１２−２は、赤外線透過基板１１の表
面側に形成された市松模様状の素子形成用半導体結晶１
２−１の領域の隙間の不感光領域を補間するように形成
されており、更にこの赤外線透過基板の裏面側に形成さ
れた素子形成用半導体結晶１２−２の感光領域は、基板
表面に形成された素子形成用半導体結晶１２−１の隙間
の不感光領域より大きくしである。そのため、フィルフ
ァクタの大きい赤外線検知装置が得られ、検知される信
号量の増大した検知装置が得られる。

そのため、赤外線の入射側より見ると、本発明の装置は
、不感光領域が無いことになる。

またクロストークに関しては、第２図に示すように、例
えば赤外線感光Ｍ域である素子形成用半導体結晶１２−
ＩＡで光電変換して発生したキャリア１３は、近傍の感
光領域の素子形成用半導体１２−ＩＢ。

１２−２Ａが、赤外線に感度を有しないＣｄＴｅ基板１
１で分離されているため、赤外線感光領域である素子形
成用半導体結晶１２’−ＩＢ、　１２−２Ａに漏れるこ
とは無い。またＣｄＴｅ基板の表面、或いは裏面に於け
る同一平面内に形成された素子形成用半導体結晶１２−
ＩＡ。

１２−ＩＢ・・・、１２−２Ａ；１２−２８の赤外線感
光領域は、相互につながっている領域が無いので、この
間の感光領域で発生したキャリアによる検知信号のクロ
ストークも発生しない。

〔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３図は本発明の赤外線検知装置の第１実施例の斜視図
、第４図（ａ）は該検知装置の平面図、第４図（ｂｌは
第４図ｆａｌのＩＶ−ＴＶ　’線に沿った断面図である
。

第３図、第４図ｉａｌおよび第４図（ｂｌに示すように
、ＣｄＴｅのような赤外線透過基板１１の表面は、所定
の領域が市松模様状にエツチングされて凹部１４が形成
されている。また該赤外線透過基板１１の裏面は前記表
面の市松模様状にエツチングされた領域を除いて市松模
様状にエツチングされ四部１４が形成されている。

上記したそれぞれの凹部１４には、Ｐ型のＨｇ＋□Ｃｄ
、　Ｔｅ結晶（に−０，２１）の素子形成用半導体結晶
１２１＾、１２−ＩＢ・・・、１２−２Ａ、　１２−２
Ｂ・・・が液相エピタキシャル成長法や等温気４・口成
長方法等を用いて形成されその表面が研磨されて前記凹
部１４内に埋設されている。

この素子形成用半導体結晶１２−　ＩＡ、　１２−ＩＢ
・・・、１２−２Ａ、１２−２Ｂ・・・の中央部の所定
領域には、赤外線透過基板１１をも貫通するような貫通
孔Ｉ７がイオンミリング法、或いはホトレジスト膜をマ
スクとしたエツチングにより形成されている。貫通孔１
７内にはインジウム（Ｉｎ）より成る導電体１９が蒸着
等によって埋設され、該導電体１９の原子が上記素子形
成用半導体結晶１２−ＩＡ、　１２−１．Ｂ・・・、１
２−２Ａ、　１２−２Ｂ・・・に拡散されてＮ型層１５
が形成されてホトダイオードよりなる赤外線検知素子１
６が形成されている。

そしてこの赤外線検知素子１６のＮ型層１５を貫通する
貫通孔１７に対応するように予かしめ電荷転送装置等の
信号処理装置１８との入力ダイオード２１を対向配置し
て設置することで、該入力ダイオードと貫通孔１７とが
貫通孔内の導電体１９により接続されるようになる。

このような本発明の赤外線検知装置に依ると、赤外線に
感度を存し、感光領域となる素子形成用半導体結晶１２
−ＬＡ、１２−ＩＢ・・・、Ｉ２−２＾、１２−２Ｂ・
・・が、ＣｄＴｅ基板１１の赤外線入射側より見て基板
の全面に形成された状態となるため、従来の装置に於砂
るような赤外線の不感光領域が無くなるので画素に対す
る感光領域の占める割合が増大し、フィルファクタの大
きい信号量の大きい赤外線検知装置が得られる。

また上記した赤外線に感光する素子形成用半導体結晶１
２−１八、１２−ＩＢ・・・、１２−２八、１２−２８
・・・は、赤外Ｏ 線は透過するが、赤外線に感度を有しない、つまり赤外
線を光電変換しない、エネルギーバンドギャップの大き
いＣｄＴｅ基板１１で相互に分離されているので、素子
形成用半導体結晶で光電変換されたキャリアは隣接する
素子形成用゛１″−導体結晶、或いは裏面側に形成され
た素子形成用半導体結晶に移動しないので、クロストー
クの発生が見られない高信頼度の検知装置が得りれる。

第５図は本発明の赤外線検知装置の第２実施例の斜視図
、第６図（ａ）は上記検知装置の平面図、第６図（ハ）
は第６図（ａ）のＶＴ−Ｖｌ　′線断面図である。

第５図、第６図（ａ）および第６図（ｂ）に示すように
該第２実施例の赤外線検知装置が第１実施例と異なる点
は、信号処理装置に対向する例の素子形成用半導体結晶
１２−２Ａ、　１２−２Ｂ、１２−２Ｃ・・・には、予
めＮ型層１５をボロン（Ｂ）原子のイオン注入法で形成
しておき、このＮ型層１５をＩｎ金属バンプ２２を用い
て予め、信号処理装置の入力ダイオ−１”２１に接続す
る。そして信号処理装置に対向する側と反対側の素了形
成用゛１′−導体結品１２−ＩＡ、＋２−ＩＲ・・・・
・・に貫通】 孔１７を開口し、該貫通孔にＩｎの導電体１９を埋設し
て、該Ｉｎを素子形成用半導体結晶１２−ＩＡ、１２−
１１１・・・に拡散してＮ型層１５を形成している。

このようにすると貫通孔を多数設ける必要がなく王程が
簡単になる。

このような本発明の第１実施例の赤外線検知装置の製造
方法に付いて述べると、第７図（ａ）に示すように、Ｃ
ｄＴｅ基板＋　１−１二に前記したような市松模様状の
四部１４をイオンミリング方法等で形成した後、該基板
上に１１ｇ、−ウＣｄＸＴｅ結晶を等温気相戒長法等を
用いて成長した後、研磨して該門部内に１０／／Ｉ１１
の厚さの素子形成用の赤外線に感度を有するＨｇ＋−＊
ＣｄイＴｅ結晶１２−ＩＡ、１２−１８・・・を埋設す
る。そして該基板１１上に硫化亜鉛（ＺｎＳ）膜３１を
表面保護膜として薫着により形成後、素子形成用半導体
結晶１２−１＾、１２−ＩＢ・・・−ヒを開口する。

次いで第７図（ｂ）に示すように、信号処理装置１８の
表面のＳｉＯ□膜３２膜間２した入力ダイオード２１と
前記素子形成用半導体結晶１２−１＾、＋２−Ｉｎ・・
・が対向する。ｌ：うに前記信号処理装置１８とＣｄ　
Ｔ　Ｏ基板ＩＩを接着剤３３で張り合わせる。

次いで第７図（Ｃ）に示すように、ＣｄＴｅ基板１１を
所定の厚さに成る迄研磨した後、前記形成した市松模様
の凹部１４を補間する位置に前記したようにイオン旦リ
ング方法で凹部１４を形成した後、前記したように等温
気相戒長法を用いてｌ１ｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅの素子
形成用半導体結晶１２−２Ａ、　１２−２Ｂ・・・を埋
設した後、更にＺｎＳ膜３１を形成した後、素子形成用
半導体結晶１２−２Ａ、　１２−２８・・・上を開口す
る。

次いで第７図（ｄｌに示すように、上記ＣｄＴｅ基板１
１に形成した素子形成用半導体結晶１２−ＩＡ、１２−
ＩＢ・・・１２−２＾、１２−２Ｂ・・・の中央部を貫
通し、該ＣｄＴｅ基板をも貫通する貫通孔１７をイオン
ミリング法、或いはホトレジスト膜をマスクとしたウェ
ットエツチングにより形成する。

次いで第７図ｆＧ）に示すように、前記形成した貫通孔
１７内にマスク草着法等を用いてＩｎの導電体１９を埋
設形成した後、該基板を２００℃程度の低温で加熱して
前記導電体のＩｎ原子を拡散して前記素子形成用半導体
結晶１２４Ａ、　１２−ＩＢ・・・、１２−２Ａ、　１
２−２Ｂ３ ・・・の中央部にＮ型層を形成する。そしてこの加熱時
に前記Ｉｎの導電体１９が溶融して信号処理装置の人力
ダイオード２１と接続するようになり、第７図（ｆ）に
示すような本発明の第１実施例の赤外線検知装置が形成
できる。

本発明の第２実施例の赤外線検知装置の製造方法に付い
て述べる。

第８図（ａ）に示すようにＣｄＴｅ基板ＩＩの所定位置
に前記したように凹部１４を設けて、素子形成用半導体
結晶１２−ＩＡ、　１２−ＩＢ・・・を形成した後、Ｂ
原子をイオン注入してＮ型層１５を形成後、該基板上に
ＺｎＳ膜３１を形成後、該ＺｎＳ膜のＮ型層■５ｗ４域
上を開口する。

次いで第８図（ｂ）に示すように、信号処理装置１８の
表面に設りたＳｉＯ□膜３２膜間２ダイオード２Ｉ上を
開口した後、前記Ｎ型層Ｉ５と入力ダイオード２１間を
Ｉｎ金属バンプ２２で接続する。

次いで第８図（Ｃ）に示すようにＣｄＴｅ基板１１を所
定の厚さになるように研磨した後、前記したように四部
１４を形成後、前記したように該凹部内にｌ１ｇ＋−ｘ
４ ＣｄＸＴｅの素子形成用半導体結晶１２−２Ａ、１２−
２Ｂ　−・・を埋設形成する。更に、ＣｄＴｅ基板ｌｌ
上にＺｎＳ膜３１を形成した後、該ＺｎＳ膜３１のＮ型
層領域上を開口する。

次いで第８図ｆｄｌに示すように素子形成用半導体結晶
］２−２Ａ、　１２−２Ｂ・・・の中央部に貫通孔１７
を形成する。

次いで第８図＋ｅ＋に示すように該貫通孔内にＩｎの導
電体１９を埋設した後、該ノ１（板を２００℃程度の低
温で加熱してＩｎ原子を前記素子形成用半導体結晶１２
−２Ａ、　１２−２Ｂ・・・に拡散してＮ型層１５を形
成する。

この拡散時にＩｎが溶融して信号処理装置の入力ダイオ
ードと接続するようになり、第８図（ｆｌに示すような
第２実施例の赤外線検知装置が完成する。

このようにすると、貫通孔を第１実施例に比べて少なく
形成するようになるので、工程が簡単になる。

なお、前記素子形成用半導体結晶はＣｄＴｅ基板に埋設
したが、ＣｄＴｅ基板の表裏両面上に素子形成用のｌ１
ｇ＋−１＋　Ｃｄ、　Ｔｅ結晶を形成した後、該基板の
両面に形成した素子形成用半導体結晶を本実施例のよう
に市松模様状に工・ノチングしても良い。

また本実施例として赤外線透過基板にＣｄＴｅ基板を用
いたが、カドミウム・亜鉛・テルル（ＣｄＺｎＴｅ）の
基板を用いても良い。

〔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、画素間
が分離されており、かつ赤外線の入射側より基板面全体
に赤外線に感光するＨｇ＋□Ｃｄ、　Ｔｅの結晶が形成
されたと同様な形となるため、画素面積に対して感光領
域の増大し、フィルファクタが大きくなるために、クロ
ストークか発生しなく、信号量が大きく、かつ不感光領
域の無い二次元の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原理図、第２図は第
１図の１−１′線断面図、 第３図は本発明の赤外線検知装置の第１実施例の斜視図
、 第４図＋ａ＋および第４図（ｂｌは本発明の赤外線検知
装置の第１実施例の平面図および断面図、第５図は本発
明の赤外線検知装置の第２実施例の斜視図、 第６図（ａｌおよび第６図（ｂｌは本発明の赤外線検知
装置の第２実施例の平面図および断面図、第７図ｆａｔ
より第７図（ｆｌ迄は本発明の第１実施例の装置の製造
工程を示す断面図、 第８図（ａ）より第８図（ｆ）迄は本発明の第２実施例
の装置の製造工程を示す断面図、 第９図は従来の赤外線検知装置の斜視図、第１０図は第
９図のＩＸ−ＩＸ’線断面図である。 図において、 １１は赤外線透過基板（ＣｄＴｅ基板）　１２−Ｌ１２
−１八、１２−１１１−・・、１２−２．１２−２４，
１２−２８−・・は素子形成用半導体結晶、１３はキャ
リア、１４は四部、１５はＮ型層、１６は赤外線検知素
子、１７は貫通孔、１８は信号処理装置、１９は導電体
、２１は人力ダイオード、２２は金７ 属バンプ、３１はＺｎＳ膜、３２は５ｉＯｚ膜、３３は
接着剤を示す。 よ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外線透過基板（１１）の表面に市松模様状に素
   子形成用半導体結晶（１２−１）を設けるとともに、該
   基板の裏面側に前記透過基板表面に設けられた素子形成
   用半導体結晶（１２−１）以外の領域に対向した領域に
   、市松模様状に素子形成用半導体結晶（１２−２）を設
   け、 前記赤外線透過基板の表面および裏面に設けた素子形成
   用半導体結晶に素子形成用不純物原子を導入して赤外線
   検知素子を設けたことを特徴とする赤外線検知装置。
2. （２）前記赤外線検知素子を設けた赤外線透過基板（１
   １）の表面、或いは裏面側に前記検知素子で検知された
   信号を処理する信号処理装置（１８）を設置し、前記赤
   外線検知素子および赤外線透過基板を共に貫通する貫通
   孔（１７）を設け、少なくとも該貫通孔内に導電体（１
   ９）を設けるとともに、該導電体（１９）と前記信号処
   理装置の入力部（２１）とを接続したことを特徴とする
   請求項（１）記載の赤外線検知装置。
3. （３）前記信号処理装置の入力部（２１）と前記導電体
   （１９）を金属バンプ（２２）で接続したことを特徴と
   する請求項（２）記載の赤外線検知装置。