JPH04234170A - 複数波長応答性赤外線検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バンドギャップが互い
に異なる第１及び第２の赤外線感知半導体材料層をそれ
ぞれ有する第１及び第２の検出素子を含み、各検出素子
がｐｎ接合を有する複数波長応答性赤外線検出装置に関
するものである。このような複数波長応答性赤外線検出
装置を用いることにより、物体又は測定領域の波長特性
に関する多くの情報を得ることができ、例えばこの複数
波長応答性赤外線検出装置を用いることにより放射源の
温度をその放射率や介在する空間の透過率の影響を受け
ることなく測定することができる。また、バンドギャッ
プが互いに相異なる半導体材料層は基板上にその高さレ
ベルを変えることにより形成できる。

【０００２】

【従来の技術】本願人の公開された欧州特許出願第８７
８４２　号公報には、基板上に形成した上側及び下側の
赤外線感知半導体材料層を有する複数波長応答性赤外線
検出装置が開示されている。この複数波長応答性赤外線
検出装置においては、下側の半導体材料層は基板と上側
の半導体材料層との間に位置し、中間絶縁層により上側
の半導体材料層から絶縁されている。検出素子は各高さ
レベルの半導体材料層中に形成され、各検出素子は半導
体材料層の反対導電型領域間にｐｎ接合を有している。 電気的接続部は検出素子領域から基板までの間に存在す
る。上側及び下側レベルのうちの一方のレベルの半導体
材料は他方のレベルの半導体材料よりも小さいバンドギ
ャップを有しより長い赤外線波長に対して応答性を有す
る検出素子を形成している。基板は例えば導体トラック
を支持する絶縁性支持部材とすることができ、或は検出
素子からの出力信号を処理するシリコン集積回路とする
ことができる。尚、欧州特許出願第８７８４２　号公報
に記載されている全体の内容は、本明細書において参照
資料として用いることにする。

【０００３】上側の検出素子間の有用な接続構造は上記
欧州特許出願に記載されている。この接続構造において
、上側レベルの半導体材料層は下側半導体材料層中に形
成した検出素子と下側半導体材料層の分離部分との間で
下側レベル層に形成したギャップを橋落している。この
分離部分は上側レベルの半導体材料層に対する接続部を
有しており、例えば分離部分の側壁上の金属化部分を支
持している。上記公報の実施例において、下側レベルの
半導体材料は小さいバンドギャップを有し、その検出素
子は約１１μｍのカットオフ波長を有している。また、
下側レベルにある小さいバンドギャップの検出素子を接
続する接続部は、上側の半導体材料層を形成する前にそ
の全体が下側の材料層中に形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した既知の複数波
長応答性赤外線検出装置は、検出素子間の接続構造にお
いて難点があり、例えば設計における自由度が少なく、
また製造工程が複雑化する欠点があった。従って、本発
明の目的は、複数波長応答性赤外線検出装置の設計上及
び製造上の自由度に優れた小さいバンドギャップ検出素
子の有益な接続構造体を実現することにある。本発明は
、バンドギャップの異なる半導体材料が種々の高さレベ
ルで形成されている装置又は異なるバンドギャップの半
導体材料が単一の高さレベルで形成されている装置のい
ずれにおいても適用することができる。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明による複
数波長応答性赤外線検出装置は、第１及び第２の赤外線
感知半導体材料をそれぞれ有する第１及び第２の検出素
子と、これら検出素子を支持する基板とを含み、前記第
１半導体材料が第２半導体材料のバンドギャップより小
さいバンドギャップを有して長波長赤外線に対して応答
性を有する第１の検出素子を構成し、各検出素子が前記
半導体材料の反対導電型領域間に形成されたｐｎ接合及
び検出素子領域から基板までに到る電気的接続部を有す
る複数波長応答性赤外線検出装置において、前記基板と
長波長応答性検出素子の一方の領域との間を接続する電
気的接続部が、前記第１及び第２の半導体材料の両方の
側壁上に延在し、前記大きなバンドギャップを有する第
２の半導体材料が、前記側壁に隣接すると共に第１の検
出素子のｐｎ接合と電気的に並列に接続した別のｐｎ接
合を構成する別の領域を有し、前記別のｐｎ接合が、前
記小さなバンドギャップを有する第１の半導体材料中の
第１の検出素子のｐｎ接合よりも高いインピダンスを有
することを特徴とする。

【０００６】この複数波長応答性赤外線検出装置の検出
素子に異なる波長応答性を与えるために異なるバンドギ
ャップを有する半導体材料を用いる場合、大きなバンド
ギャップ領域のｐｎ接合は著しく高いインピダンスを有
することになる。この高いインピダンスにより、２個の
ｐｎ接合が電気的に並列に接続されても両方の半導体材
料を接続する側壁接続部の出力信号は動作中において小
さいバンドギャップ検出素子で発生する光電流信号が支
配的になる。このように構成することにより、赤外線検
出装置の製造工程中において一層適切な又は簡単な方法
で小さなバンドギャップ検出素子に１又はそれ以上の接
続部を形成することができる。

【０００７】本発明による接続構造はバンドギャップが
異なる半導体材料を基板上に単一の高さレベルで形成し
た赤外線検出装置に用いることができるだけでなく、異
なるバンドギャップ半導体材料を基板上に異なる高さレ
ベルで形成した赤外線検出装置にも特に有用である。さ
らに、この接続構造は十分な自在性を有しているから、
所望の場合、上側検出素子のための上記欧州特許出願公
開第８７８４２　号に記載されている接続構造と結合し
て用いることができる。

【０００８】本発明による複数波長応答性赤外線検出装
置の好適実施例は、基板上に形成した上側及び下側の赤
外線感知半導体材料層を有し、下側の半導体材料層が上
側の半導体材料層と基板との間に位置し、各検出素子が
、前記半導体材料の反対導電型領域間のｐｎ接合及び検
出素子領域から基板に到る電気的接続部を有し、上側レ
ベル又は下側レベルの一方の半導体材料が他方の半導体
材料よりも小さいバンドギャップを有して長波長の赤外
光に対して応答性を有する検出素子を構成する複数波長
応答性赤外線検出装置において、前記基板と長波長応答
性検出素子の一方の領域との間を接続する電気的接続部
が、前記第１及び第２の半導体材料の両方の側壁上に延
在し、前記大きなバンドギャップを有する第２の半導体
材料が、前記側壁に隣接すると共に第１の検出素子のｐ
ｎ接合と電気的に並列に接続したる別のｐｎ接合を構成
する別の領域を有し、前記別のｐｎ接合が、前記小さな
バンドギャップを有する第１の半導体材料中の第１の検
出素子のｐｎ接合よりも高いインピダンスを有すること
を特徴とする。

【０００９】バンドギャップの小さい材料が下側に位置
する場合、下側の長波長応答性検出素子の少なくとも１
個の電気的接続部は下側の半導体材料層中に存在する前
記別の領域の側壁上の上側の半導体材料層から下方に向
けて延在するので、この下側の検出素子の接続部は上側
の半導体材料層を形成する前に形成することができる。 従って、例えばこの接続部は、上側の検出素子を接続す
る１又はそれ以上の接続部を形成するために用いる処理
工程と同一の処理工程で形成することができる。

【００１０】長波長応答性検出素子の一方の領域の電気
的接続部が、上側及び下側レベルの半導体材料を局部的
に貫通すると共に第１の高さレベルの長波長応答性検出
素子の一方の領域及び第２の高さレベルの前記別の領域
によって包囲される開口の側壁上に形成した金属化部分
を有することを特徴とする。この開口構造により接続構
造を極めて小型な構造形態とすることができ、この開口
構造は、信号処理回路基板上に形成した検出素子アレイ
を接続するために特に有益である。

【００１１】長波長応答性検出素子の他方の領域は、上
側及び下側の半導体材料の別の側壁上に延在する電気的
接続部を有することができる。この長波長応答性検出素
子の他方の接続部は、短波長応答性検出素子を構成する
領域の一方の領域と接触して両方の検出素子に対して共
通の接続部を構成する。この構成により、他方の接続部
の形成を簡単化することができる。この利点は、異なる
波長応答性を有する検出素子アレイだけに適用されず他
の検出装置にも適用される。以下添付図面に基き本発明
を詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】図面は線図的に記載されておりスケール通り
に表示されていない。また、図面を明瞭にするため、図
面に記載した部材の相対寸法及び比率は拡大又は縮小さ
れている。尚、同一又は対応する部材については同一符
号を付して説明する。破線を用いてｐ−ｎ接合を図示す
る。断面図において同一導電型の半導体領域には同一方
向の斜線を付して図示する。

【００１３】図１及び図２の装置構造は、本発明による
複数波長応答性赤外線検出器の一例を示す。この装置は
、本発明による構成に基く利点に加えて前述した欧州特
許出願公開第６１，８０３号（特に図１から明らかであ
る）及び欧州特許出願公開第８７，８４２号（特に図２
から明らかである）に開示されている発明に基く利点も
達成できる。

【００１４】図２から明らかなように、本発明による複
数波長応答性赤外線検出器は基板３の表面上に形成した
上側及び下側の赤外線感知半導体材料層１及び２を有し
ている。下側の半導体材料層１（上側半導体材料１と基
板３との間に位置する）は中間の絶縁層４により上側の
半導体材料層１から絶縁する。互いに異なる波長光に対
して応答する検出素子１０及び２０を上側半導体材料層
１及び下側半導体材料層２にそれぞれ形成する。各検出
素子１０　（及び２０）　はｐｎ接合１１　（及び２１
）　を有するフォトダイオードであり、このｐｎ接合は
反対導電型の半導体領域１２と１３　（並びに２２と２
３）　との間に形成される。これらフォトダイオード素
子１０及び２０は、ｎ型領域１２及び２２とｐ型領域１
３及び２３を用いて上記欧州特許出願公開６１，８０３
号に記載されている方法と同一の方法で作製することが
できる。上側及び下側の半導体材料層１及び２は互いに
異なるバンドギャップを有し互いに異なる波長応答性を
有している。従って、図１及び２に示す実施例において
下側の半導体材料層２は上側の半導体材料層よりも小さ
いバンドギャップを有しているので、フォトダイオード
２０はフォトダイオード１０よりも長い波長光に対して
応答性を有している。図面を明瞭にするため図１及び２
では２個の半導体材料層だけを図示したが、３個又はそ
れ以上の半導体材料層を用いることも可能である。従っ
て、本発明による複数波長応答性赤外線検出器は２個、
３個又はそれ以上の異なる波長光に対して応答性を有す
ることができる。

【００１５】電気的接続部２４，　１５及び２５を検出
素子領域と基板３との間に設ける。従って、例えば図２
に示すように、上側のフォトダイオード１０を構成する
領域１２及び１３は接続部１５及び２４をそれぞれ有し
、下側のフォトダイオード２０を構成する領域２２及び
２３は接続部２５及び２４をそれぞれ有している。基板
３は、フォトダイオード用の接続部２４，　１５及び２
５と接触する非絶縁性区域を有する導体トラック３５か
ら成る回路パターンを支持する絶縁性支持部材とするこ
とができる。一方、多数の検出素子１０及び２０から成
るアレイの場合、基板３は信号多重化回路及び／又は信
号処理回路を構成し並びに例えばシリコン集積回路のよ
うに形成することもできる。この回路は、基板３上の最
上絶縁層３４の窓部に接点領域３５を有することができ
る。

【００１６】本発明の一概念によれば、長波長応答性フ
ォトダイオード２０を構成する領域２２と基板３との間
の接続部２５は上側及び下側の両方の半導体材料層１及
び２の側壁４２上に延在する。上側の大きいバンドギャ
ップを有する半導体材料層１は側壁４２と隣接する別の
領域１８を有し、この領域１８は下側半導体材料層中の
フォトダイオードｐｎ接合２１と電気的に並列接続した
別のｐｎ接合１９を上側半導体材料層１中に形成する。 この大きなバンドギャップ材料層１中に形成した別のｐ
ｎ接合は、小さいバンドギャップ材料層２中に形成した
フォトダイオードｐｎ接合２１よりも高いインピダンス
を有している。

【００１７】本発明の別の概念において、長波長応答性
フォトダイオード２０を構成する他の領域２３は、上側
及び下側の半導体材料の別の側壁４４上に延在する電気
的接続部２４を有し、この接続部も短波長応答性フォト
ダイオード１０を構成する領域１３と接触して両方のフ
ォトダイオード１０及び２０用の共通の接続部を構成す
る。本例において、短波長フォトダイオードは上側半導
体材料層１中に形成する。このフォトダイオードを構成
する領域１２に接続されている接続部１５は下側の半導
体材料層２の島状部分２８を有し、この島状部分はギャ
ップ４０によりフォトダイオード２０の領域２３から分
離する。ギャップ４０は環状に形成されるので、領域２
３は島状部分２８を包囲する。上側のフォトダイオード
１０はギャップ４０を橋落する。図１及び２に示す構造
形態の場合、接続部１５は島状部分２８を貫通する開口
の側壁４１上に支持されている金属部分で構成され、島
状部分２８は上記開口を包囲するｐｎ接合を含み、この
ｐｎ接合はフォトダイオードｐｎ接合１１及び／又は２
１と同一の処理によって形成することができる。しかし
ながら、必ずしも島状部分２８にｐｎ接合を形成する必
要はない。従って、例えば図３に示すように、島状部分
２８全体を一導電型の半導体材料で形成することができ
、例えばｎ型領域１２及び／又は２２と共に同時にｎ型
領域としｐｎ接合が形成される予定の位置にギャップ４
０を形成することもできる。

【００１８】本発明の別の見地によれば、本例における
側壁接続部１５及び２５は、上側及び下側の半導体材料
の厚さに亘って局部的に貫通する各開口の側壁４１及び
４２上の金属化部分として形成される。開口壁４２は、
下側半導体材料層２の長波長フォトダイオード２０を構
成する領域２２及び上側半導体材料層１の別の領域１８
によって包囲される。開口壁４１は、上側半導体材料層
中に形成された短波長フォトダイオード１０の領域１２
及び下側半導体材料層中の島状部分２８により包囲され
る。共通接続部２４は、複数層構造体１及び２（図１及
び２において一例として示す）の縁部の側壁４４上或は
１又はそれ以上の局部開口（図３に図示する）の側壁４
４上を金属化することにより形成される。

【００１９】本発明の他の有利な構成については後述す
ることにする。図１及び２の装置は、２個の大気波長域
例えば３〜１５μｍの波長域及び８〜１４μｍ波長域の
波長光で計測するように設計されることができる。低温
に冷却された検出器材料としてカドミウム水銀テルル化
合物を用いることにより上記波長域で高性能な測定を行
なうことができる。従って、例えば多層構造体１，２，
３はデュワー容器又は他の断熱容器中に装着することに
より既知の方法で約７７Ｋの温度まで冷却することがで
きる。 従って、下側の材料２は上記温度で約１１μｍのカット
オフ波長を有する　Ｃｄ０．２１Ｈｇ０．７９Ｔｅ　と
することができ、上側材料１は上記温度において約５μ
ｍのカットオフ波長を有する　Ｃｄ０．３Ｈｇ０．７Ｔ
ｅ　とすることができる。この長波長応答性及び短波長
応答性を有するカドミウム水銀テルル化合物は７７Ｋに
おいて約０．１１３　ｅＶ及び０．２４８　ｅＶのバン
ドギャップを有している。

【００２０】図１又は２の装置は、エポキシ接着剤の中
間膜を介して　Ｃｄ０．２１Ｈｇ０．７９Ｔｅ　の薄い
ｐ型本体をシリコン集積回路３に結合することにより製
造できる。このエポキシ膜は、図２の最上の絶縁層３４
の一部を構成する。 好ましくは、本体２の上側及び下側表面は、例えばカド
ミウムテルル又はジンクサルファイドの表面層を用いて
不働化する。次に、ギャップ４０を本体２にエッチング
形成して島状部分２８を本体２の残りの部分から分離す
る。 この場合、例えばボロンを含むメタノールをエッチャン
トとして用いてフォトレジストマスクを用いて処理する
。次に、エポキシ接着剤の中間膜を介して　Ｃｄ０．３
Ｈｇ０．７Ｔｅ　の薄いｐ型本体を本体２の上側表面に
結合する。 このエポキシ膜は図２の中間絶縁層４の少なくとも一部
を構成する。好ましくは、本体１の上側及び下側表面も
同様に例えばカドミウムテルル又はジンクサルファイド
を用いて不働化する。次に、フォトリソグラフィ、イオ
ンエッチング及び金属化処理を用いて開口４１及び４２
をエッチング形成し、これら開口の周囲にｎ型領域１２
，　２８及び１８，２２を形成し、金属化部分１５及び
２５で開口を電気的に接続する。個別のフォトリソグラ
フィ及びエッチング処理（ｐ型のカドミウム水銀テルル
をｎ型に変換しない）を用いて金属化部分２４が形成さ
れる縁部側壁４４を画成する。

【００２１】赤外線放射５０が入射しても、分離されて
いる島状部分２８は１個の接続部１５だけを有している
ので基板側に設けたシリコン回路３によって測定される
短波長フォトダイオード１０の出力信号に寄与しない。 短波長応答性半導体材料１の別の領域１８は別のｐｎ接
合１９を形成し、このｐｎ接合は接続部２４及び２５に
より長波長フォトダイオード２０に並列に接続する。一
方、バンドギャップに差があるため、放射光の入射によ
り並列に接続されているｐｎ接合１９で発生する光電流
はフォトダイオード接合２１で発生する光電流に比べて
極めて微小である。このｐｎ接合のインピダンスは　ｅ
ｘｐ（Ｅｇ／ｋＴ）に比例し、拡散電流は　ｅｘｐ（−
Ｅｇ／ｋＴ）に比例する。ここで、Ｅｇはバンドギャッ
プであり、Ｔは絶対温度であり、ｋはボルツマン定数で
ある。従って、ｐｎ接合が７７Ｋにおいてそれぞれ０．
２４８　ｅＶ及び０．１１３　ｅＶのバンドギャップを
有する理想的な場合、並列接続されたｐｎ接合１９のイ
ンピダンスのフォトダイオード接合２１のインピダンス
に対する比は約１０８　倍になる。

【００２２】カドミウム水銀テルルを用いた実際の装置
の場合、ｐｎ接合１９及び２１は理想状態から大幅にず
れており、インピダンスは入射赤外線５０の輝度の関数
となる。インピダンス値に影響を及ぼす機構として空乏
幅変調やトンネリングが知られているが、熱的に発生す
るキャリヤ及び光学的に発生するキャリヤの衝撃イオン
化によるキャリヤ増倍は、インピダンスを減少させるよ
うに作用すると考えられている。キャリヤ増倍に基くコ
ンダクタンスはバンドギャップが増大するに従って減少
するが、理想化された拡散電流モデルに対する相対的な
効果はバンドギャップが増大するに従って一層大きくな
る。 従って、このインピダンス減少効果は短波長検出器にお
いて一層顕著になると考えられる。長波長フォトダイオ
ード２０のインピダンスは赤外線５０が入射した場合と
入射しない場合共にほぼ同一の大きさとなるが、短波長
フォトダイオード１０のインピダンスは赤外線が入射す
ると数オーダ減少することになる。

【００２３】欧州特許出願公開第６１，８０３号に記載
されている技術は、カドミウム水銀テルルを用いた場合
において開口４１及び４２の周囲に良好な品質のｐｎ接
合を形成するのに特に有益である。この技術を用いた場
合、０．１１３　ｅＶのバンドギャップ材料２に形成し
た長波長応答性フォトダイオード２０は接続部２４と２
５との間で１ＭΩ程度のインピダンスが測定され、一方
０．２４８　ｅＶのバンドギャップの材料１に形成され
たｐｎ接合１９は光照射しない場合１ＧΩ程度のインピ
ダンスが測定され、光照射した場合インピダンスは１０
３　ＭΩまで降下した。この測定結果より、光照射され
たｐｎ接合１９の光照射されたｐｎ接合２１に対するイ
ンピダンス比は１０２　〜１０３　の間にある。このイ
ンピダンス比は本質的にバンドギャップの差に帰因して
おり（バンドギャップはインピダンスに対して自然対数
の関係にある）、この結果小さなバンドギャップ材料２
に形成したフォトダイオード接合２１で発生する光電流
は大きなバンドギャップ材料１に形成した並列接続ｐｎ
接合１９で発生する光電流よりもはるかに大きく、イン
ピダンス比が十分に大きいため接続部２５の出力信号は
接合部２１で発生した光電流が支配的になる。この支配
的作用を達成するためｐｎ接合１９の接合２１に対する
インピダンス比は１０１　又はこれ以上大きくすること
が好ましく、このインピダンス比は複数波長光検出器の
異なる波長応答性に必要なバンドギャップ差を用いるこ
とにより容易に達成できる。

【００２４】欧州特許出願第６１，８０３号に記載され
ているように、光起電力性接合を開口４１及び２１の周
囲に半導体材料層本体を貫通するように局部的に形成し
た場合、カドミウム水銀テルル材料に高インピダンスの
フォトダイオードを形成できる。一方、本発明による変
形例として、光起電力性接合の少なくとも大部分を本体
の主面に平行に延在させることもできる。図３は、ｐｎ
接合２７及び１７が縦方向ｐｎ接合２１及び１１から横
方向にそれぞれ延長している構成を示す。ｐｎ接合２７
は半導体材料層１を形成する前にｐ型半導体材料層２の
表面にｎ型の表面領域を形成することにより形成でき、
ｐｎ接合１７はイオンエッチングにより開口４１及び４
２を形成する前に半導体材料層１にｎ型表面領域を形成
することにより形成できる。図３に示す構成において、
ｐｎ接合１７及び２７の横方向延長部は、回路基板３の
表面を平面的に見た場合これらの境界が互いにほぼ接す
るように形成される。図１及び２並びに図３に示す装置
において、上側に形成した検出素子１０は、平面的に見
て、下側に形成した検出素子２０間に位置する。一方、
ｐｎ接合１７及び２７が、基板３側から平面的に見て、
互いにオーバラップするように形成した複数波長アレイ
形態とすることも可能である。

【００２５】図１及び２並びに図３の装置において、接
続部１５及び２５は局部開口４１及び４２の側壁に位置
し、検出素子群はそれぞれ上側及び下側半導体材料中に
存在する。一方、上側及び下側の半導体材料は各検出素
子１０及び２０毎に分離された島状部分に分割すること
ができる。 この場合、接続部１５及び２５は各島状部分の一方の側
壁に形成でき、接続部２４は各島状部分の他方の側壁に
形成できる。このような構成は、小数の検出素子１０及
び２０を各上側及び下側半導体材料に形成する場合或は
単一の検出素子１０及び２０を各上側及び下側半導体材
料中にそれぞれ形成する場合に好適である。しかしなが
ら、各上側及び下側半導体材料中に単一の検出素子を形
成する場合でも局部開口４１及び４２の側壁接続部を用
いることができる。 さらに、接続部１５，　２５及び２４は側壁に形成する
場合だけに限定されず、半導体材料層本体１及び２の主
面上に延在させることもでき、例えば同一導電型領域上
に直接主面に沿って又は主面上に形成した絶縁層上に延
在させることもできる。これら実施例で説明した側壁接
続部２４，　１５及び２５はメタライゼーションによっ
て形成されるが、本発明による装置の電気的接続部の少
なくとも一部は各半導体材料層に全体として又は部分的
に高不純物濃度にドープされた領域を形成することによ
り例えば側壁にｎ型領域を形成することにより形成する
ことができる。

【００２６】上述した実施例では、カドミウム水銀テル
ルの半導体材料層１及び２をエポキシ接着剤により一緒
に結合すると共に基板３に結合したが、これら複数の半
導体層は堆積成長処理により、例えばカドミウム水銀テ
ルルを気相エピタキシーを用いて基板３上に形成するこ
ともできる。従って、例えば回路基板３上にカドミウム
テルル層を成長させた後ガス流を切り換えてカドミウム
−水銀−テルルの下側層２を成長させ、次にカドミウム
−テルルの絶縁層４　を形成し、次に異なるバンドギャ
ップのカドミウム−水銀−テルルの上側層１を形成し、
次にカドミウム−テルルのパッシベーション層を形成す
る。

【００２７】カドミウム−水銀−テルルを用いて３〜５
μｍ及び８〜１４μｍの波長域の高性能検出器を実現す
ることができるが、他の材料を用いて少なくとも１個の
半導体材料層の検出器を構成することができる。従って
、例えば半導体材料層１及び／又は２は鉛−スズ−テル
ルのような３元電子化物カルコゲニドで構成することが
できる。例えば鉛−サルハイド又はインジウム−アンチ
モンのような二元半導体化合物を用いることもできる。 短波長赤外線検出素子用にシリコン又はゲルマニウムの
ような単一素子材料を選択することもできる。上側及び
下側半導体材料層１及び２を構成する材料及び／又は化
合物は、異なるバンドギャップを有することにより検出
素子１０及び２０に所望の互いに異なる波長応答性が与
えられるように選択する。従って、例えば、各検出素子
１０及び２０はそれぞれの入射窓で赤外線波長光に対し
て応答することができ、同一の入射窓において１〜２μ
ｍ、３〜５μｍ、８〜１４μｍ及び１６〜２２μｍ又は
種々の波長域の赤外線に対して応答することができる。

【００２８】ある検出装置においては、検出素子１０及
び２０を基板３に対して対向させ基板３を介して放射光
５０を受光することが好ましい場合がある。大きなバン
ドギャップを有する短波長検出素子は基板３上の下側半
導体材料層中に位置させることができ、上側の半導体材
料層１は小さいバンドギャップを有する長波長検出素子
を有する。この場合、ｐｎ接合１９を構成する別の領域
１８は下側半導体材料層２中に形成され、且つ分離ギャ
ップ４０及び島状部分２８が上側半導体材料１中に形成
されるか又は上側半導体材料１のこの領域全体が除去さ
れる。

【００２９】本発明は複数の半導体材料層レベルの検出
器構造体に特に有用であるが、本発明による接続構造は
複数波長の単一レベル検出器構造体にも適用することが
できる。例えば、互いに異なる波長応答性のフォトダイ
オード１０及び２０を、基板３上に並んで形成した異な
るバンドギャップの赤外線感知材料を有する単一レベル
の半導体材料に並んで形成することができる。この場合
、長波長応答フォトダイオード２０を構成する小さいバ
ンドギャップ材料の領域２２及び隣接する大きなバンド
ギャップ材料の領域１８の両方と接触させる（例えば単
一半導体材料層に設けた開口又はチャネル４２の側壁に
おいて接触させる）接続部２５を用いて小型構造の装置
を実現することができる。図１〜３の実施例で説明した
ように、単一半導体材料レベルの実施例において赤外線
感知材料のバンドギャップの差異によりｐｎ接合２１と
１９との間に適切なインピダンス差が生ずるため、接続
部２５の出力信号はバンドギャップの小さい検出素子２
０で発生する光電流が支配的になる。本発明は上述した
実施例だけに限定されず、種々の変形や変更が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による２波長２次元赤外線検出装
置の一実施例の一部を示す平面図である。

【図２】図２は図１の層構造を示す図１のＩＩ−ＩＩ線
断面図である。

【図３】図３は種々の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１，２　　赤外線感知半導体材料層 ３　　基板 ４　　絶縁層 １０，　２０　　検出素子 １１　　ｐｎ接合 １５，　２４，　２５　　接続部 ２８　　島状部分 ４０　　ギャップ ４１，　４２，　４４　　側壁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１及び第２の赤外線感知半導体材料
   をそれぞれ有する第１及び第２の検出素子と、これら検
   出素子を支持する基板とを含み、前記第１半導体材料が
   第２半導体材料のバンドギャップより小さいバンドギャ
   ップを有して長波長赤外線に対して応答性を有する第１
   の検出素子を構成し、各検出素子が前記半導体材料の反
   対導電型領域間に形成されたｐｎ接合及び検出素子領域
   から基板までに到る電気的接続部を有する複数波長応答
   性赤外線検出装置において、前記基板と長波長応答性検
   出素子の一方の領域との間を接続する電気的接続部が、
   前記第１及び第２の半導体材料の両方の側壁上に延在し
   、前記大きなバンドギャップを有する第２の半導体材料
   が、前記側壁に隣接すると共に第１の検出素子のｐｎ接
   合と電気的に並列に接続した別のｐｎ接合を構成する別
   の領域を有し、前記別のｐｎ接合が、前記小さなバンド
   ギャップを有する第１の半導体材料中の第１の検出素子
   のｐｎ接合よりも高いインピダンスを有することを特徴
   とする複数波長応答性赤外線検出装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の複数波長応答性赤外
   線検出装置において、前記第１及び第２の半導体材料が
   基板上に異なる高さレベルで形成され、下側レベルの半
   導体材料層が上側レベルの半導体材料層と基板との間に
   位置し、少なくとも１個の検出素子が各高さレベルの半
   導体材料層中に形成され、上側レベル又は下側レベルの
   一方の半導体材料層が小さいバンドギャップを有し、基
   板と長波長応答性検出器の一方の領域との間の電気的接
   続部が上側及び下側レベルの半導体材料層の側壁上に延
   在し、前記第２の高さレベルの大きいバンドギャップ材
   料が別の領域を有し、前記別のｐｎ接合が、第２の高さ
   レベルの半導体材料中に前記第１の高さレベルの半導体
   材料中に形成した検出素子ｐｎ接合に対して電気的に並
   列に接続されていることを特徴とする複数波長応答性赤
   外線検出装置。
3. 【請求項３】　　請求項２に記載の複数波長応答性赤外
   線検出装置において、前記小さいバンドギャップ半導体
   材料層が下側の高さレベルに存在し、前記下側レベルの
   長波長応答性検出素子の電気的接続部の少なくとも１個
   が、上側レベルに位置する前記別の領域の側壁上の上側
   レベルから下方に向けて延在することを特徴とする複数
   波長応答性赤外線検出装置。
4. 【請求項４】　　請求項２又は３に記載の複数波長応答
   性赤外線検出装置において、前記側壁上の電気的接続部
   が、上側及び下側レベルの半導体材料層を局部的に貫通
   すると共に第１の高さレベルの長波長応答性検出素子の
   一方の領域と、第２の高さレベルの前記別の領域によっ
   て包囲される開口の側壁上に形成した金属化部分とを有
   することを特徴とする複数波長応答性赤外線検出装置。
5. 【請求項５】　　請求項２から４までのいずれか１項に
   記載の複数波長応答性赤外線検出装置において、前記長
   波長応答性検出素子の他方の領域が、上側及び下側レベ
   ルの半導体材料層の別の側壁上に延在すると共に短波長
   応答性検出素子を構成する領域と接触して両方の検出素
   子に対する共通の接続部を構成する電気的接続を有する
   ことを特徴とする複数波長応答性赤外線検出装置。
6. 【請求項６】　　請求項３に従属する請求項５に記載の
   複数波長応答性赤外線検出装置において、前記下側レベ
   ルの小さいバンドギャップ半導体材料層の一部が前記長
   波長応答性検出素子からギャップにより分離され、この
   ギャップが上側レベルの半導体材料層により橋落され、
   上側レベルにある短波長応答性検出素子の別の接続部が
   、前記小さいギャップの半導体材料層の前記分離された
   部分を経て基板まで延在することを特徴とする複数波長
   応答性赤外線検出装置。
7. 【請求項７】　　請求項１から６までのいずれか１項に
   記載の複数波長応答性赤外線検出装置において、第１及
   び第２の検出素子の群を有し、基板面から平面的に見て
   、第１の検出素子が第２の検出素子の間に位置すること
   を特徴とする複数波長応答性赤外線検出装置。