JPH04260368A - 複数波長赤外検出装置 - Google Patents
複数波長赤外検出装置Info
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- JPH04260368A JPH04260368A JP3264505A JP26450591A JPH04260368A JP H04260368 A JPH04260368 A JP H04260368A JP 3264505 A JP3264505 A JP 3264505A JP 26450591 A JP26450591 A JP 26450591A JP H04260368 A JPH04260368 A JP H04260368A
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Classifications
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- G01J5/08—Optical arrangements
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-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上の２つのレベル
内又はそれ以上のレベル内に形成された複数群の検出素
子を具え、各レベルの検出素子が他のレベルの検出素子
と異なる赤外応答を有するようにした複数波長赤外検出
装置に関するものである。これら検出素子は光導電形又
は光起電力形にし得ると共に例えばテルル化カドミウム
水銀で形成することができる。このような複数波長赤外
検出装置によれば物体又は被写体の波長特性について多
量の情報を得ることができるため、このような装置は例
えば放射源の温度を放射源の放射率及び放射源との間の
空間の透過率と無関係に測定することができる。
内又はそれ以上のレベル内に形成された複数群の検出素
子を具え、各レベルの検出素子が他のレベルの検出素子
と異なる赤外応答を有するようにした複数波長赤外検出
装置に関するものである。これら検出素子は光導電形又
は光起電力形にし得ると共に例えばテルル化カドミウム
水銀で形成することができる。このような複数波長赤外
検出装置によれば物体又は被写体の波長特性について多
量の情報を得ることができるため、このような装置は例
えば放射源の温度を放射源の放射率及び放射源との間の
空間の透過率と無関係に測定することができる。
【０００２】赤外感応材料（例えば所定組成のテルル化
カドミウム水銀）が１つの遮断波長（例えば１１マイク
ロメートル）までの放射を検出するように最適化されて
いる赤外検出素子はそれより低い波長（例えば５又は８
マイクロメートル）までの放射を検出するのに用いるこ
とができ、この場合には複数波長検出装置の全ての検出
素子を同一材料の単一の層で形成することができ、この
場合にはこれら検出素子に入射する波長をろ波又は分離
する。しかし、異なる波長応答に最適化された２以上の
異なる材料を検出素子に用いることによりもっと効率の
よい複数波長検出装置が得られる。この装置は異なる材
料を基板上に異なるレベルとして設けることにより最も
容易に実現するとこができる。
カドミウム水銀）が１つの遮断波長（例えば１１マイク
ロメートル）までの放射を検出するように最適化されて
いる赤外検出素子はそれより低い波長（例えば５又は８
マイクロメートル）までの放射を検出するのに用いるこ
とができ、この場合には複数波長検出装置の全ての検出
素子を同一材料の単一の層で形成することができ、この
場合にはこれら検出素子に入射する波長をろ波又は分離
する。しかし、異なる波長応答に最適化された２以上の
異なる材料を検出素子に用いることによりもっと効率の
よい複数波長検出装置が得られる。この装置は異なる材
料を基板上に異なるレベルとして設けることにより最も
容易に実現するとこができる。
【０００３】
【従来の技術】欧州特許出願公告ＥＰ−Ａ−００８７８
４２号（特開昭５８−１６１８３４号）にこのような複
数波長赤外検出装置が開示されており、この既知の装置
は基板上の下位レベルの材料内に形成された一群の赤外
検出素子と、この下位レベル上にマウントされた下位レ
ベルの検出素子と異なる赤外応答を有する一群の上位レ
ベルの検出素子とを具えている。電気接続はこれら検出
素子から基板まで設けられている。これら検出素子は光
導電形又は光起電力形にすることができる。基板は、例
えば導体トラックを支持する絶縁支持体とすることがで
き、また例えば検出素子からの出力信号を処理するシリ
コン集積回路基板とすることもできる。このＥＰ−Ａ−
００８７８４２号の全内容を参照するとよい。ＥＰ−Ａ
−００８７８４２号に記載された発明によれば各上位レ
ベル検出素子の電気接続体を下位レベルの赤外感応材料
の一部分（以後上位レベル接続体部分という）を経て基
板まで延在させることができる。ＥＰ−Ａ−００８７８
４２号に開示された構成例では、下位レベル内の前記上
位レベル接続体部分を下位レベル検出素子から空隙によ
り分離し、この空隙を上位レベル検出素子で橋絡するよ
うにしている。これは、各レベルの検出素子の性能を劣
化することなく上位レベルの電気接続を与える簡単且つ
高信頼度の方法を提供する。
４２号（特開昭５８−１６１８３４号）にこのような複
数波長赤外検出装置が開示されており、この既知の装置
は基板上の下位レベルの材料内に形成された一群の赤外
検出素子と、この下位レベル上にマウントされた下位レ
ベルの検出素子と異なる赤外応答を有する一群の上位レ
ベルの検出素子とを具えている。電気接続はこれら検出
素子から基板まで設けられている。これら検出素子は光
導電形又は光起電力形にすることができる。基板は、例
えば導体トラックを支持する絶縁支持体とすることがで
き、また例えば検出素子からの出力信号を処理するシリ
コン集積回路基板とすることもできる。このＥＰ−Ａ−
００８７８４２号の全内容を参照するとよい。ＥＰ−Ａ
−００８７８４２号に記載された発明によれば各上位レ
ベル検出素子の電気接続体を下位レベルの赤外感応材料
の一部分（以後上位レベル接続体部分という）を経て基
板まで延在させることができる。ＥＰ−Ａ−００８７８
４２号に開示された構成例では、下位レベル内の前記上
位レベル接続体部分を下位レベル検出素子から空隙によ
り分離し、この空隙を上位レベル検出素子で橋絡するよ
うにしている。これは、各レベルの検出素子の性能を劣
化することなく上位レベルの電気接続を与える簡単且つ
高信頼度の方法を提供する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＥＰ−Ａ−００８７８
４２号の図面に示された特定の実施例では、検出素子の
リニアアレーを各レベルに形成し、この実施例では前記
上位レベル接続体部分及び下位レベル検出素子の接続体
を下位レベルの周縁の周囲に位置させている。特に各レ
ベルに２次元アレーの検出素子を形成する場合には、こ
れら検出素子の電気接続体の少くともいくつかを検出素
子の間の領域に位置させるのが望ましい。しかし、２以
上のレベル内の検出素子に対する電気接続体の配設は検
出素子間のかなり大きな空間を占め、各レベルの活性部
分において赤外放射検出用に使用し得る面積を減少させ
てしまう。この問題は各レベル内の２次元アレーに多数
の検出素子を有する複数波長検出装置に対し特に重大に
なる。
４２号の図面に示された特定の実施例では、検出素子の
リニアアレーを各レベルに形成し、この実施例では前記
上位レベル接続体部分及び下位レベル検出素子の接続体
を下位レベルの周縁の周囲に位置させている。特に各レ
ベルに２次元アレーの検出素子を形成する場合には、こ
れら検出素子の電気接続体の少くともいくつかを検出素
子の間の領域に位置させるのが望ましい。しかし、２以
上のレベル内の検出素子に対する電気接続体の配設は検
出素子間のかなり大きな空間を占め、各レベルの活性部
分において赤外放射検出用に使用し得る面積を減少させ
てしまう。この問題は各レベル内の２次元アレーに多数
の検出素子を有する複数波長検出装置に対し特に重大に
なる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の複数波長赤外検
出装置は、基板上の下位レベルの材料内に形成された一
群の赤外検出素子と、この下位レベル上にマウントされ
下位レベルの検出素子と異なる赤外応答を有する一群の
上位レベルの検出素子と、これら検出素子と関連する一
群の赤外集光器とを具え、各集光器が関連する検出素子
の活性部分より大きい区域の赤外放射を集光し集光した
赤外放射を当該検出素子の活性部分上に集中するよう配
置され、各上位レベル検出素子の少くとも１つの電気接
続体が前記関連する集光器により赤外放射が集中される
下位レベル検出素子の活性部分間に位置する下位レベル
の区域を通って基板まで延在していることを特徴とする
。
出装置は、基板上の下位レベルの材料内に形成された一
群の赤外検出素子と、この下位レベル上にマウントされ
下位レベルの検出素子と異なる赤外応答を有する一群の
上位レベルの検出素子と、これら検出素子と関連する一
群の赤外集光器とを具え、各集光器が関連する検出素子
の活性部分より大きい区域の赤外放射を集光し集光した
赤外放射を当該検出素子の活性部分上に集中するよう配
置され、各上位レベル検出素子の少くとも１つの電気接
続体が前記関連する集光器により赤外放射が集中される
下位レベル検出素子の活性部分間に位置する下位レベル
の区域を通って基板まで延在していることを特徴とする
。
【０００６】このように２レベル以上の材料を用いると
共に各検出素子と関連する赤外集光器を用いると、活性
部分又は領域はこれら領域に集中される赤外放射を検出
するのに極く小さな領域を必要とするだけとなり、これ
ら活性領域の間に、これら検出素子に対する複数レベル
の電気接続体（必要に応じ下位レベル内の上位レベル接
続体部分も含む）を収納する適度に大きな空間が得られ
る。種々の形態の赤外集光器（それらの組み合せも含む
）を用いることができる。例えば集光器は反射器及び／
又はレンズ及び／又はライトパイプとすることができる
。このような集光器を単一の赤外検出素子と関連させる
こと又は単一レベルの赤外検出素子と関連させることは
既知である点に注意されたい。この点に関しては例えば
下記の刊行物を参照されたい。
共に各検出素子と関連する赤外集光器を用いると、活性
部分又は領域はこれら領域に集中される赤外放射を検出
するのに極く小さな領域を必要とするだけとなり、これ
ら活性領域の間に、これら検出素子に対する複数レベル
の電気接続体（必要に応じ下位レベル内の上位レベル接
続体部分も含む）を収納する適度に大きな空間が得られ
る。種々の形態の赤外集光器（それらの組み合せも含む
）を用いることができる。例えば集光器は反射器及び／
又はレンズ及び／又はライトパイプとすることができる
。このような集光器を単一の赤外検出素子と関連させる
こと又は単一レベルの赤外検出素子と関連させることは
既知である点に注意されたい。この点に関しては例えば
下記の刊行物を参照されたい。
【０００７】英国特許出願公告ＧＢ−Ａ−２２０６４４
７号、ＧＢ−Ａ−２１３２７５７号及びＧＢ−Ａ−２１
６４４９２号；米国特許ＵＳ−Ａ−４７５４１３９号；
「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃ
ａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，Ｖｏｌ．ＩＩ， ア
カデミックプレス社発行、１９６５年， アール・キン
グスレイク編， 第３２５ 〜３５５頁；「Ｉｎｆｒａ
ｒｅｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ 」， ダブリュ・エル・ウ
ォルフェ及びジィー・ジェイ・ジシス編，オフィス
オブ ナバル リサーチ（アメリカ合衆国、ヴァー
ジニア州、アーリントン）発行、１９７８年の第９節；
７号、ＧＢ−Ａ−２１３２７５７号及びＧＢ−Ａ−２１
６４４９２号；米国特許ＵＳ−Ａ−４７５４１３９号；
「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃ
ａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，Ｖｏｌ．ＩＩ， ア
カデミックプレス社発行、１９６５年， アール・キン
グスレイク編， 第３２５ 〜３５５頁；「Ｉｎｆｒａ
ｒｅｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ 」， ダブリュ・エル・ウ
ォルフェ及びジィー・ジェイ・ジシス編，オフィス
オブ ナバル リサーチ（アメリカ合衆国、ヴァー
ジニア州、アーリントン）発行、１９７８年の第９節；
【０００８】各下位レベル検出素子は各別の上位レベル
検出素子の下に位置させ、各別の集光器が赤外放射を上
位レベル検出素子とその下側の下位レベル検出素子の両
素子の活性部分上に集中し得るようにする。しかし、本
発明によれば基板の表面における平面図で見て下位レベ
ル検出素子が上位レベル検出素子の間に位置するように
配置することもできる。この場合にも上位レベルの電気
接続体を下位レベル検出素子の間に位置する下位レベル
の区域を通して延在させることができる。
検出素子の下に位置させ、各別の集光器が赤外放射を上
位レベル検出素子とその下側の下位レベル検出素子の両
素子の活性部分上に集中し得るようにする。しかし、本
発明によれば基板の表面における平面図で見て下位レベ
ル検出素子が上位レベル検出素子の間に位置するように
配置することもできる。この場合にも上位レベルの電気
接続体を下位レベル検出素子の間に位置する下位レベル
の区域を通して延在させることができる。
【０００９】本発明によれば、上位レベル検出素子の電
気接続体を下位レベル赤外感応材料の一部分を経て基板
まで延在させることもできる。下位レベル内のこの上位
レベル接続体部分は下位レベルの島の絶縁された側壁と
することができ、またこの接続体部分は下位レベル検出
素子からｐｎ接合により分離することができる。しかし
、本発明では、集光器の使用により得られた空間を用い
て、上位レベル接続体部分を下位レベル検出素子の間に
、下位レベル検出素子の活性領域から空隙により分離さ
れた各別の島の形に設けることができる。
気接続体を下位レベル赤外感応材料の一部分を経て基板
まで延在させることもできる。下位レベル内のこの上位
レベル接続体部分は下位レベルの島の絶縁された側壁と
することができ、またこの接続体部分は下位レベル検出
素子からｐｎ接合により分離することができる。しかし
、本発明では、集光器の使用により得られた空間を用い
て、上位レベル接続体部分を下位レベル検出素子の間に
、下位レベル検出素子の活性領域から空隙により分離さ
れた各別の島の形に設けることができる。
【００１０】図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。各図は概略図であって正しいスケールで描いて
ない。図中のいくつかの部分の相対寸法及び寸法比は図
の明瞭化及び便宜上拡大したり縮小して示してある。一
つの実施例に用いた符号を他の実施例の対応する部分又
は類似の部分を示すのにも用いている。更に、同一の導
電型の半導体領域には同一の方向のハッチングを付して
ある。図１の本発明装置は基板３又は５３の表面上に２
つ以上の赤外感応半導体材料のレベル１及び２を具える
。これらレベル１及び２は少くとも部分的に中間絶縁層
４により互に絶縁することができる（図２及び図４参照
）。各レベル１及び２には一群の赤外検出素子１０及び
２０がそれぞれ形成される。各検出素子１０及び２０は
フォトダイオードとすることができ、特定の３つの例が
図２及び３に、図４及び５に、及び図６にそれぞれ示さ
れている。これら検出素子には種々の構成を使用し得る
ので、図１には各レベル１及び２内の構造を示してない
。素子１０及び２０から基板３又は５３まで延在する電
気接続体１４，１５，２４及び２５が存在する。レベル
１及び２の半導体材料は異なるエネルギーバンドを有す
るものとして異なる波長応答を与える。図２及び３の特
定の実施例及び図４及び５の特定の実施例では、基板３
上の下位レベル材料２は上位レベル材料１よりも小さい
バンドギャップを有するものとしてフォトダイオード２
０がフォトダイオード１０よりも長い波長に応答するよ
うにする。図１〜５は実施例の説明を簡単にするために
２つのレベル１及び２のみを示すが、３つ以上のレベル
を存在させることもできること勿論である。従って、本
発明の複数波長赤外検出装置は２又は３以上の異なる波
長応答特性を有する検出素子を具えることができる。
明する。各図は概略図であって正しいスケールで描いて
ない。図中のいくつかの部分の相対寸法及び寸法比は図
の明瞭化及び便宜上拡大したり縮小して示してある。一
つの実施例に用いた符号を他の実施例の対応する部分又
は類似の部分を示すのにも用いている。更に、同一の導
電型の半導体領域には同一の方向のハッチングを付して
ある。図１の本発明装置は基板３又は５３の表面上に２
つ以上の赤外感応半導体材料のレベル１及び２を具える
。これらレベル１及び２は少くとも部分的に中間絶縁層
４により互に絶縁することができる（図２及び図４参照
）。各レベル１及び２には一群の赤外検出素子１０及び
２０がそれぞれ形成される。各検出素子１０及び２０は
フォトダイオードとすることができ、特定の３つの例が
図２及び３に、図４及び５に、及び図６にそれぞれ示さ
れている。これら検出素子には種々の構成を使用し得る
ので、図１には各レベル１及び２内の構造を示してない
。素子１０及び２０から基板３又は５３まで延在する電
気接続体１４，１５，２４及び２５が存在する。レベル
１及び２の半導体材料は異なるエネルギーバンドを有す
るものとして異なる波長応答を与える。図２及び３の特
定の実施例及び図４及び５の特定の実施例では、基板３
上の下位レベル材料２は上位レベル材料１よりも小さい
バンドギャップを有するものとしてフォトダイオード２
０がフォトダイオード１０よりも長い波長に応答するよ
うにする。図１〜５は実施例の説明を簡単にするために
２つのレベル１及び２のみを示すが、３つ以上のレベル
を存在させることもできること勿論である。従って、本
発明の複数波長赤外検出装置は２又は３以上の異なる波
長応答特性を有する検出素子を具えることができる。
【００１１】本発明では、赤外集光器５５の一群５３を
検出素子１０及び２０と関連させ、これら集光器５５を
各々が関連する検出素子（１０又は２０の何れか一方又
は両方）の活性部分又は領域Ａ２より大きい区域Ａ１の
入射赤外放射５０を集光し該検出素子の活性部分Ａ２に
集中するように配置する。更に、図２及び３及び図４及
び５の異なる特定の実施例に示すように、各上位レベル
検出素子（基板３を有する図２〜５の場合には１０）の
少くとも１つの電気接続体１５を関連する集光器５５に
より赤外放射５０が集中される下位レベル活性部分Ａ２
の間に位置する下位レベル（図２〜５の場合には２）の
区域を経て基板まで延在させる。
検出素子１０及び２０と関連させ、これら集光器５５を
各々が関連する検出素子（１０又は２０の何れか一方又
は両方）の活性部分又は領域Ａ２より大きい区域Ａ１の
入射赤外放射５０を集光し該検出素子の活性部分Ａ２に
集中するように配置する。更に、図２及び３及び図４及
び５の異なる特定の実施例に示すように、各上位レベル
検出素子（基板３を有する図２〜５の場合には１０）の
少くとも１つの電気接続体１５を関連する集光器５５に
より赤外放射５０が集中される下位レベル活性部分Ａ２
の間に位置する下位レベル（図２〜５の場合には２）の
区域を経て基板まで延在させる。
【００１２】集光器５５は検出素子１０及び２０の前方
の、赤外透過性のセグメント化した板として形成するこ
とができる。図１に示すタイプの装置構造では各集光器
５５は赤外透過性材料のセグメント化した板５３に形成
したレンズである。このような板５３の背面に検出素子
１０及び２０をマウントすることができ、この場合には
電気接続体を延在させる基板を集光器板５３とし、レベ
ル１を下位検出素子レベルにすると共にレベル２を大バ
ンドギャップ及び短波長応答を有する上位検出素子レベ
ルにすることができ、この場合には追加の基板部材３を
設けず、これを図１において部材３の輪郭を破線で示す
ことにより表わしている。しかし、多くの装置構成では
部材３を基板として設け、この上に検出素子１０及び２
０をマウントし、それらの電気接続体をこの基板まで延
在させる方が好適である。
の、赤外透過性のセグメント化した板として形成するこ
とができる。図１に示すタイプの装置構造では各集光器
５５は赤外透過性材料のセグメント化した板５３に形成
したレンズである。このような板５３の背面に検出素子
１０及び２０をマウントすることができ、この場合には
電気接続体を延在させる基板を集光器板５３とし、レベ
ル１を下位検出素子レベルにすると共にレベル２を大バ
ンドギャップ及び短波長応答を有する上位検出素子レベ
ルにすることができ、この場合には追加の基板部材３を
設けず、これを図１において部材３の輪郭を破線で示す
ことにより表わしている。しかし、多くの装置構成では
部材３を基板として設け、この上に検出素子１０及び２
０をマウントし、それらの電気接続体をこの基板まで延
在させる方が好適である。
【００１３】基板３又は５３は検出素子の電気接続体と
接触される非絶縁区域を有する導体トラック３５のパタ
ーンを支持する絶縁支持体とすることができる。しかし
、多数の検出素子１０及び２０のアレーを具える場合に
は、基板は信号多重化及び又は信号処理回路を含むもの
とするのが好ましく、例えばシリコン集積回路として形
成するのが好ましい。この回路は最上側の絶縁層３４の
窓に接点領域３５を有するものとし、集光器５５と別個
の部材として基板３内に容易に製造することができる。 この構成については基板３と集光器５５との間に検出素
子１０及び２０を有する図２及び３と図３及び４の特定
の実施例について説明する。
接触される非絶縁区域を有する導体トラック３５のパタ
ーンを支持する絶縁支持体とすることができる。しかし
、多数の検出素子１０及び２０のアレーを具える場合に
は、基板は信号多重化及び又は信号処理回路を含むもの
とするのが好ましく、例えばシリコン集積回路として形
成するのが好ましい。この回路は最上側の絶縁層３４の
窓に接点領域３５を有するものとし、集光器５５と別個
の部材として基板３内に容易に製造することができる。 この構成については基板３と集光器５５との間に検出素
子１０及び２０を有する図２及び３と図３及び４の特定
の実施例について説明する。
【００１４】図２及び３の特定の実施例では、各検出素
子１０及び２０は赤外感応材料、例えばｐ型テルル化カ
ドミウム水銀の個別の島を具える。下位レベルの島２０
は基板３にエポキシ系接着剤の膜で接着することができ
る。上位レベルの島１０をこれら下位レベルの島２０上
に支持し、両者を例えばエポキシ系接着剤の膜で互に接
着することができる。これらのエポキシ膜で、絶縁層４
及び３４の少くとも一部を形成することができる。テル
ル化カドミウム水銀材料１及び２の表面を、検出素子領
域をそれらの電気接続体と電気的に接触させる区域を除
いて、例えばテルル化カドミウム又は硫化亜鉛の表面層
で不活性化するのが好ましい。上位レベル検出素子の上
表面をエポキシ系接着剤の極めて薄い膜５４で集光器板
５３に接着するとこができる。基板３上の隣接する島間
の空間をエポキシで満たすこともでき、或はこの空間を
空のまま残すこともできる。各集光器５５は関連する検
出素子１０の前面に十分密接に結合させて検出素子にい
わゆる液浸的な光学結合を与える。図２及び３の装置で
は、各レンズ５５は赤外放射５０を上位レベル検出素子
１０及びその下側の下位レベル検出素子２０の両素子の
活性部分上に集中させる。図４及び５は各レンズ５５が
異なる波長の放射５０ｂ又は５０ａをそれぞれ上位レベ
ル検出素子１０又は下位レベル検出素子２０に集中させ
る異なる状態を示している。
子１０及び２０は赤外感応材料、例えばｐ型テルル化カ
ドミウム水銀の個別の島を具える。下位レベルの島２０
は基板３にエポキシ系接着剤の膜で接着することができ
る。上位レベルの島１０をこれら下位レベルの島２０上
に支持し、両者を例えばエポキシ系接着剤の膜で互に接
着することができる。これらのエポキシ膜で、絶縁層４
及び３４の少くとも一部を形成することができる。テル
ル化カドミウム水銀材料１及び２の表面を、検出素子領
域をそれらの電気接続体と電気的に接触させる区域を除
いて、例えばテルル化カドミウム又は硫化亜鉛の表面層
で不活性化するのが好ましい。上位レベル検出素子の上
表面をエポキシ系接着剤の極めて薄い膜５４で集光器板
５３に接着するとこができる。基板３上の隣接する島間
の空間をエポキシで満たすこともでき、或はこの空間を
空のまま残すこともできる。各集光器５５は関連する検
出素子１０の前面に十分密接に結合させて検出素子にい
わゆる液浸的な光学結合を与える。図２及び３の装置で
は、各レンズ５５は赤外放射５０を上位レベル検出素子
１０及びその下側の下位レベル検出素子２０の両素子の
活性部分上に集中させる。図４及び５は各レンズ５５が
異なる波長の放射５０ｂ又は５０ａをそれぞれ上位レベ
ル検出素子１０又は下位レベル検出素子２０に集中させ
る異なる状態を示している。
【００１５】レンズ板５３はその表面に反射防止膜を有
する例えばテルル化カドミウム、ゲルマニウム又はシリ
コンから成るものとし得る。赤外検出素子１０及び／又
は２０に対する各液浸レンズ５５の構成を種々の基準に
従って最適化し、検出素子の極めて小さな活性部分で良
好な光学的性能が得られると共に接続のための十分な空
間が得られるようにすることができる。前記「Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎ
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」の第３５２ 〜３５５ 頁に個別
赤外検出素子に対する液浸レンズの３つの例が示されて
いる。これらレンズは検出素子１０がレンズの曲率中心
に位置する同心構成のもの、検出素子が曲率中心から後
方にｒ／ｎの距離（ｒは曲率半径、ｎは屈折率）を位置
するアプラナート構成（超半球体構成とも称されている
）のもの、及び主アパーチャを検出素子上に結像するよ
うに主焦平面の直前に置かれる液浸（視野）レンズ構成
のものである。これら３つの構成のレンズを図１のセグ
メントレンズ板５３のレンズ素子５５の設計に用いて本
発明装置の検出素子の小さな活性部分に対する液浸的光
学結合を得ることができる。
する例えばテルル化カドミウム、ゲルマニウム又はシリ
コンから成るものとし得る。赤外検出素子１０及び／又
は２０に対する各液浸レンズ５５の構成を種々の基準に
従って最適化し、検出素子の極めて小さな活性部分で良
好な光学的性能が得られると共に接続のための十分な空
間が得られるようにすることができる。前記「Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎ
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」の第３５２ 〜３５５ 頁に個別
赤外検出素子に対する液浸レンズの３つの例が示されて
いる。これらレンズは検出素子１０がレンズの曲率中心
に位置する同心構成のもの、検出素子が曲率中心から後
方にｒ／ｎの距離（ｒは曲率半径、ｎは屈折率）を位置
するアプラナート構成（超半球体構成とも称されている
）のもの、及び主アパーチャを検出素子上に結像するよ
うに主焦平面の直前に置かれる液浸（視野）レンズ構成
のものである。これら３つの構成のレンズを図１のセグ
メントレンズ板５３のレンズ素子５５の設計に用いて本
発明装置の検出素子の小さな活性部分に対する液浸的光
学結合を得ることができる。
【００１６】同心構成では、像寸法がレンズの屈折率に
より線形に減少し、像面積が屈折率の２乗で減少する。 アプラナート構成では、像寸法を屈折率の２乗で線形に
減少させることができ、像面積を屈折率の４乗で減少さ
せることができるが、この場合には一次光学系の受光角
（Ｆ数）に制約が課される。液浸視野レンズ構成を用い
ると光学設計に大きな自由度を達成することができる。 こうして、例えば、検出素子１０に対しゲルマニウムレ
ンズ板５３を用いることにより、基板３に平行に測った
各ゲルマニウムレンズ５５（屈折率＝４）の面積Ａ１を
光学領域の大きな損失なしにアレー内のそれぞれの検出
素子１０及び／又は２０の前面の面積Ａ２の１６倍以上
にすることができる。これによりテルル化カドミウム水
銀検出素子１０及び２０の活性部分に対し極めて小さい
寸法の使用が可能になるため、これら活性部分の間に複
数レベルの電気接続体を収納するのに十分な空間が得ら
れる。テルル化カドミウム（屈折率＝２．５）から成る
レンズの場合には、このレンズの面積Ａ１を検出素子の
面積Ａ２の６．２５倍以上にすることができる。
より線形に減少し、像面積が屈折率の２乗で減少する。 アプラナート構成では、像寸法を屈折率の２乗で線形に
減少させることができ、像面積を屈折率の４乗で減少さ
せることができるが、この場合には一次光学系の受光角
（Ｆ数）に制約が課される。液浸視野レンズ構成を用い
ると光学設計に大きな自由度を達成することができる。 こうして、例えば、検出素子１０に対しゲルマニウムレ
ンズ板５３を用いることにより、基板３に平行に測った
各ゲルマニウムレンズ５５（屈折率＝４）の面積Ａ１を
光学領域の大きな損失なしにアレー内のそれぞれの検出
素子１０及び／又は２０の前面の面積Ａ２の１６倍以上
にすることができる。これによりテルル化カドミウム水
銀検出素子１０及び２０の活性部分に対し極めて小さい
寸法の使用が可能になるため、これら活性部分の間に複
数レベルの電気接続体を収納するのに十分な空間が得ら
れる。テルル化カドミウム（屈折率＝２．５）から成る
レンズの場合には、このレンズの面積Ａ１を検出素子の
面積Ａ２の６．２５倍以上にすることができる。
【００１７】図２及び３の特定の構成では、検出素子１
０及び２０はｐ型の島１３及び２３内に形成されたｎ型
領域１２及び２２をそれぞれ有するフォトダイオードで
あり、各フォトダイオード１０及び２０は個々の電気接
続体１４及び１５と２４及び２５を有する。これら島１
３及び２３の側壁（並びにそれらの上部表面の一部分）
はテルル化カドミウム又は硫化亜鉛の不活性層１９及び
２９で絶縁する。接続体２４は下位レベルの島２３のｐ
型基体に、島２３の上部表面及び／又は側壁上の不活性
層２９の窓を経て接触させる。接続体２５はｎ型領域２
２に、上部表面の窓を経て接触させ、この接続体はｐｎ
接合の上を不活性層２９で絶縁されたトラックとして延
在させ、次いで島２３の絶縁された側壁上を基板３まで
延在させる。接続体１４は上位レベルの島２３のｐ型基
体に、島１３の上部表面及び／又は側壁上の不活性層１
９の窓を経て接触させる。接続体１５は上部表面の窓を
経てｎ型領域１２に接触させ、この接続体はｐｎ接合の
上を不活性層１９により絶縁されたトラックとして延在
させると共に上位レベルの島１３の絶縁された側壁上を
延在させる。両上位レベル接続体１４及び１５は下位レ
ベルの島２３の絶縁された側壁上を基板導体３５まで延
在させる。集光器５５を設けることにより検出素子１０
及び２０の活性部分Ａ２の間に、基板導体３５まで延在
するこれらの全接続体１４，１５，２４及び２５を収納
するに十分な空間が存在する。
０及び２０はｐ型の島１３及び２３内に形成されたｎ型
領域１２及び２２をそれぞれ有するフォトダイオードで
あり、各フォトダイオード１０及び２０は個々の電気接
続体１４及び１５と２４及び２５を有する。これら島１
３及び２３の側壁（並びにそれらの上部表面の一部分）
はテルル化カドミウム又は硫化亜鉛の不活性層１９及び
２９で絶縁する。接続体２４は下位レベルの島２３のｐ
型基体に、島２３の上部表面及び／又は側壁上の不活性
層２９の窓を経て接触させる。接続体２５はｎ型領域２
２に、上部表面の窓を経て接触させ、この接続体はｐｎ
接合の上を不活性層２９で絶縁されたトラックとして延
在させ、次いで島２３の絶縁された側壁上を基板３まで
延在させる。接続体１４は上位レベルの島２３のｐ型基
体に、島１３の上部表面及び／又は側壁上の不活性層１
９の窓を経て接触させる。接続体１５は上部表面の窓を
経てｎ型領域１２に接触させ、この接続体はｐｎ接合の
上を不活性層１９により絶縁されたトラックとして延在
させると共に上位レベルの島１３の絶縁された側壁上を
延在させる。両上位レベル接続体１４及び１５は下位レ
ベルの島２３の絶縁された側壁上を基板導体３５まで延
在させる。集光器５５を設けることにより検出素子１０
及び２０の活性部分Ａ２の間に、基板導体３５まで延在
するこれらの全接続体１４，１５，２４及び２５を収納
するに十分な空間が存在する。
【００１８】この接続構成の多くの変更が可能である。
例えば、接続体１４を省略し、接続体２４を両方の島１
３及び２３のｐ型側壁上の共通接続体として延在させる
ことができる。更に、接続体１５を島１３の（絶縁側壁
の代りに）ｎ型側壁上を延在させると共に接続体２５を
島２３の（絶縁側壁の代りに）ｎ型側壁上を延在させる
ことができ、これらｎ型側壁をそれぞれのｎ型表面領域
１２及び２２と併合させることができる。更に、下位レ
ベル検出素子２０の絶縁側壁上を延在する上位レベル接
続体１５の代りに、下位レベルの空間内に検出素子２０
から空隙で分離された別個の島部分を設け、ＥＰ−Ａ−
００８７８４２号の発明に従って、上位レベル素子１０
がこの空隙を橋絡するようにし、その接続体１５を下位
レベル２内のこの別個の島部分上に支持して基板まで延
在させることができる。
３及び２３のｐ型側壁上の共通接続体として延在させる
ことができる。更に、接続体１５を島１３の（絶縁側壁
の代りに）ｎ型側壁上を延在させると共に接続体２５を
島２３の（絶縁側壁の代りに）ｎ型側壁上を延在させる
ことができ、これらｎ型側壁をそれぞれのｎ型表面領域
１２及び２２と併合させることができる。更に、下位レ
ベル検出素子２０の絶縁側壁上を延在する上位レベル接
続体１５の代りに、下位レベルの空間内に検出素子２０
から空隙で分離された別個の島部分を設け、ＥＰ−Ａ−
００８７８４２号の発明に従って、上位レベル素子１０
がこの空隙を橋絡するようにし、その接続体１５を下位
レベル２内のこの別個の島部分上に支持して基板まで延
在させることができる。
【００１９】図４及び５は図１のタイプの本発明の複数
波長検出装置の他の特定の実施例を示す。本例装置は、
本発明構成による利点に加えて、欧州特許出願公告ＥＰ
−Ａ−００６１８０３号（特に図５）及びＥＰ−Ａ−０
０８７８４２号（特に図４）及び同時出願の英国特許出
願ＧＢ９０．１９８９７．９（特願平）に記載された発
明を用いることにより得られる利点も有する。ＥＰ−Ａ
−００６１８０３号、ＥＰ−Ａ−００８７８４２号及び
ＧＢ９０．１９８９７．９の内容を参照されるとよい。 これらの発明は図２及び３の装置の変更にも用いること
ができる。
波長検出装置の他の特定の実施例を示す。本例装置は、
本発明構成による利点に加えて、欧州特許出願公告ＥＰ
−Ａ−００６１８０３号（特に図５）及びＥＰ−Ａ−０
０８７８４２号（特に図４）及び同時出願の英国特許出
願ＧＢ９０．１９８９７．９（特願平）に記載された発
明を用いることにより得られる利点も有する。ＥＰ−Ａ
−００６１８０３号、ＥＰ−Ａ−００８７８４２号及び
ＧＢ９０．１９８９７．９の内容を参照されるとよい。 これらの発明は図２及び３の装置の変更にも用いること
ができる。
【００２０】図４及び５に示す本発明及びＥＰ−Ａ−０
０６１８０３号によるこの特定の実施例では、上位レベ
ルフォトダイオード１０の活性領域１２に対する接続体
１５は下位レベルフォトダイオード２０の領域２３から
空隙４０により分離された下位レベル材料２の島２８を
具える。空隙４０は本例では環状にして領域２３が島２
８を取り囲むようにすると共にこの空隙４０が上位レベ
ルフォトダイオード１０により橋絡されるようにする。 図４及び５に示す特定の例では、接続体１５を島２８を
貫通する孔４１の側壁上に支持した金属化層で構成し、
島２８はこの孔を取り囲むｐｎ接合を含み、このｐｎ接
合はフォトダイオード１０及び２０のｐｎ接合１１及び
／又は２１と同一の製造工程で形成され得る。しかし、
このようなｐｎ接合は島２８内に存在させる必要はなく
、これがため島２８は全体を一つの導電型にすることが
でき、例えばｎ型領域１２及び／又は２２と同時に形成
されるｎ型とすることができ、空隙４０をｐｎ接合が島
２８に存在しないように位置させることができる。この
変形例を図６に示してある。島２８は入射赤外放射５０
にさらされるが、１つの接続体１５しか有しないため、
シリコン回路３により測定される短波長フォトダイオー
ド１０の出力信号に何の影響も与えない。
０６１８０３号によるこの特定の実施例では、上位レベ
ルフォトダイオード１０の活性領域１２に対する接続体
１５は下位レベルフォトダイオード２０の領域２３から
空隙４０により分離された下位レベル材料２の島２８を
具える。空隙４０は本例では環状にして領域２３が島２
８を取り囲むようにすると共にこの空隙４０が上位レベ
ルフォトダイオード１０により橋絡されるようにする。 図４及び５に示す特定の例では、接続体１５を島２８を
貫通する孔４１の側壁上に支持した金属化層で構成し、
島２８はこの孔を取り囲むｐｎ接合を含み、このｐｎ接
合はフォトダイオード１０及び２０のｐｎ接合１１及び
／又は２１と同一の製造工程で形成され得る。しかし、
このようなｐｎ接合は島２８内に存在させる必要はなく
、これがため島２８は全体を一つの導電型にすることが
でき、例えばｎ型領域１２及び／又は２２と同時に形成
されるｎ型とすることができ、空隙４０をｐｎ接合が島
２８に存在しないように位置させることができる。この
変形例を図６に示してある。島２８は入射赤外放射５０
にさらされるが、１つの接続体１５しか有しないため、
シリコン回路３により測定される短波長フォトダイオー
ド１０の出力信号に何の影響も与えない。
【００２１】図４及び５のこの特定の装置では、基板３
と長波長応答フォトダイオード２０の１つの領域２２と
の間の電気接続体を上位及び下位レベル１及び２の半導
体材料の絶縁してない側壁４２上を延在させる。レベル
１の大バンドギャップ材料は、側壁４２に隣接する追加
の領域１８を具え、この領域はレベル２内のフォトダイ
オードｐｎ接合２１と電気的に並列の追加のｐｎ接合１
９をレベル１内に形成する。大バンドギャップ材料内の
この追加のｐｎ接合１９は小バンドギャップ材料２内の
フォトダイオード接合２１よりも高いインピーダンスを
有するため、接続体２５の出力信号はＧＢ９０．１９８
９７．９号に記載された発明に従ってフォトダイオード
接合２１で発生された光電流が主となる。このインピー
ダンスの差は、主としてレベル１及び２のバンドギャッ
プ値の差による。即ち、インピーダンスはバンドギャッ
プの指数関数で変化する。これにより、下位レベルフォ
トダイオード２０の接続体２５を上位レベルフォトダイ
オード１０の接続体１５と同時に同一の製造工程で形成
することが可能になる。しかし、変形例では、接続体２
５を上位レベル材料１を設ける前に形成することもでき
、この変形例では接続体２５を下位レベル２に制限し、
この接続体がフォトダイオード１０を構成する上位レベ
ル材料１で橋絡されるようにする。この場合には追加の
領域１８及び追加のｐｎ接合１９が不要になる。
と長波長応答フォトダイオード２０の１つの領域２２と
の間の電気接続体を上位及び下位レベル１及び２の半導
体材料の絶縁してない側壁４２上を延在させる。レベル
１の大バンドギャップ材料は、側壁４２に隣接する追加
の領域１８を具え、この領域はレベル２内のフォトダイ
オードｐｎ接合２１と電気的に並列の追加のｐｎ接合１
９をレベル１内に形成する。大バンドギャップ材料内の
この追加のｐｎ接合１９は小バンドギャップ材料２内の
フォトダイオード接合２１よりも高いインピーダンスを
有するため、接続体２５の出力信号はＧＢ９０．１９８
９７．９号に記載された発明に従ってフォトダイオード
接合２１で発生された光電流が主となる。このインピー
ダンスの差は、主としてレベル１及び２のバンドギャッ
プ値の差による。即ち、インピーダンスはバンドギャッ
プの指数関数で変化する。これにより、下位レベルフォ
トダイオード２０の接続体２５を上位レベルフォトダイ
オード１０の接続体１５と同時に同一の製造工程で形成
することが可能になる。しかし、変形例では、接続体２
５を上位レベル材料１を設ける前に形成することもでき
、この変形例では接続体２５を下位レベル２に制限し、
この接続体がフォトダイオード１０を構成する上位レベ
ル材料１で橋絡されるようにする。この場合には追加の
領域１８及び追加のｐｎ接合１９が不要になる。
【００２２】長波長応答フォトダイオード２０の他方の
領域２３の電気接続体２４はレベル１及び２の半導体材
料の絶縁されてない別の側壁４４上を延在させ、この接
続体２４は短波長応答フォトダイオード１０の他方の領
域１３にも接触させて両フォトダイオード１０及び２０
に対する共通の接続体を構成する。
領域２３の電気接続体２４はレベル１及び２の半導体材
料の絶縁されてない別の側壁４４上を延在させ、この接
続体２４は短波長応答フォトダイオード１０の他方の領
域１３にも接触させて両フォトダイオード１０及び２０
に対する共通の接続体を構成する。
【００２３】図４及び５に示す本発明及びＥＰ−Ａ−０
０６１８０３号に記載された発明を用いる本例装置では
、側壁接続体１５及び２５を両レベル１及び２の厚さを
貫通する局部的孔の絶縁してない側壁４１及び４２上の
金属化層として形成する。孔壁４２はレベル２内で長波
長フォトダイオード２０の領域２２により囲まれ、レベ
ル１内で追加の領域１８により囲まれる。孔壁４１はレ
ベル１内で短波長フォトダイオード１０の領域１２によ
り囲まれ、レベル２内で島２８により囲まれる。共通接
続体２４は複数レベル構造１及び２の周縁の側壁４４上
の金属化層により（図４）、又は図６に示すように１個
以上の局部的孔の側壁４４上の金属化層により形成する
ことができる。
０６１８０３号に記載された発明を用いる本例装置では
、側壁接続体１５及び２５を両レベル１及び２の厚さを
貫通する局部的孔の絶縁してない側壁４１及び４２上の
金属化層として形成する。孔壁４２はレベル２内で長波
長フォトダイオード２０の領域２２により囲まれ、レベ
ル１内で追加の領域１８により囲まれる。孔壁４１はレ
ベル１内で短波長フォトダイオード１０の領域１２によ
り囲まれ、レベル２内で島２８により囲まれる。共通接
続体２４は複数レベル構造１及び２の周縁の側壁４４上
の金属化層により（図４）、又は図６に示すように１個
以上の局部的孔の側壁４４上の金属化層により形成する
ことができる。
【００２４】図４及び５の装置では、フォトダイオード
接合１１及び２１は孔４１及び４２の周囲のみに存在す
る。これがため、検出素子１０の活性部分Ａ２は孔４１
の周囲に位置し、検出素子２０の活性部分Ａ２は孔４２
の周囲に位置する。従って、基板３の表面における平面
図に示されるように、下位レベル検出素子２０は上位レ
ベル検出素子１０の間に位置する。図２及び３では、各
レンズ５５が全放射５０を上位レベル検出素子１０及び
その下側の下位レベル検出素子２０上に集中させる。し
かし、前述のレンズ５５を具える図４及び５の実施例は
、検出すべき異なる波長をレンズ５５に異なる角度で入
射させる複数波長システムに用いて各レンズが長波長５
０ａを関連する下位レベル長波長フォトダイオード２０
上に集中すると共に短波長５０ｂをこれらフォトダイオ
ード２０の間の上位レベル短波長フォトダイオード１０
上に集中するようにする。このような複数波長結像シス
テムはレンズ５５を、米国特許ＵＳ−Ａ−４２２５０１
９号に開示されているように、例えば回折格子と近接し
て使用して回折色フィルタを構成することができる。 この米国特許はレンズアレーの焦平面に単一の光感応表
面を使用することを教示しているが、図４及び図５の本
発明の構成では、異なる波長５０ｂ及び５０ａをレンズ
により、所望の異なる波長応答を示すように最適化され
た異なる材料の異なるレベル１及び２内に形成され且つ
異なるレベル１及び２から基板まで延在する接続体１５
，２４及び２５を有する赤外検出素子１０及び２０上に
集中させるようにしている。
接合１１及び２１は孔４１及び４２の周囲のみに存在す
る。これがため、検出素子１０の活性部分Ａ２は孔４１
の周囲に位置し、検出素子２０の活性部分Ａ２は孔４２
の周囲に位置する。従って、基板３の表面における平面
図に示されるように、下位レベル検出素子２０は上位レ
ベル検出素子１０の間に位置する。図２及び３では、各
レンズ５５が全放射５０を上位レベル検出素子１０及び
その下側の下位レベル検出素子２０上に集中させる。し
かし、前述のレンズ５５を具える図４及び５の実施例は
、検出すべき異なる波長をレンズ５５に異なる角度で入
射させる複数波長システムに用いて各レンズが長波長５
０ａを関連する下位レベル長波長フォトダイオード２０
上に集中すると共に短波長５０ｂをこれらフォトダイオ
ード２０の間の上位レベル短波長フォトダイオード１０
上に集中するようにする。このような複数波長結像シス
テムはレンズ５５を、米国特許ＵＳ−Ａ−４２２５０１
９号に開示されているように、例えば回折格子と近接し
て使用して回折色フィルタを構成することができる。 この米国特許はレンズアレーの焦平面に単一の光感応表
面を使用することを教示しているが、図４及び図５の本
発明の構成では、異なる波長５０ｂ及び５０ａをレンズ
により、所望の異なる波長応答を示すように最適化され
た異なる材料の異なるレベル１及び２内に形成され且つ
異なるレベル１及び２から基板まで延在する接続体１５
，２４及び２５を有する赤外検出素子１０及び２０上に
集中させるようにしている。
【００２５】図４及び５に示す検出素子１０及び２０の
接続体１５，２４及び２５のこの構成配置によれば集積
回路基板３上の２レベル検出素子の製造が容易になると
共に、各レベル１及び２内の大きな２次元アレー内に高
信頼度で高性能のフォトダイオード１０及び２０を達成
することが可能になる。この接続構造は図２及び３の接
続構造より大きなスペースを占めるが、本発明ではレン
ズ５５を赤外集光器として使用するために検出素子１０
及び２０の活性部分Ａ２の間にこれら接続体のための十
分なスペースがある。
接続体１５，２４及び２５のこの構成配置によれば集積
回路基板３上の２レベル検出素子の製造が容易になると
共に、各レベル１及び２内の大きな２次元アレー内に高
信頼度で高性能のフォトダイオード１０及び２０を達成
することが可能になる。この接続構造は図２及び３の接
続構造より大きなスペースを占めるが、本発明ではレン
ズ５５を赤外集光器として使用するために検出素子１０
及び２０の活性部分Ａ２の間にこれら接続体のための十
分なスペースがある。
【００２６】図４及び５の検出素子１０及び２０の複数
レベル構造は素子１０及び２０が図４に示すようにレン
ズ５５を共用しない構成にすることもできる。この場合
には、各素子１０又は２０がこの素子とのみ関連する自
分専用のレンズ又は集光器５５を有するようにすること
ができる。適当なフィルタを組み込むこともでき、また
赤外感応材料１及び２自体のフィルタリング作用を利用
することもできる。この場合には、各レンズ５５は放射
５０を上位レベル検出素子１０又は下位レベル検出素子
２０の何れか一方に集中させ、両素子１０及び２０上に
集中させない。これがため、この変形例によれば、被写
体の隣接画素が検出素子１０及び２０の異なる応答に対
応する異なる波長で検出される。
レベル構造は素子１０及び２０が図４に示すようにレン
ズ５５を共用しない構成にすることもできる。この場合
には、各素子１０又は２０がこの素子とのみ関連する自
分専用のレンズ又は集光器５５を有するようにすること
ができる。適当なフィルタを組み込むこともでき、また
赤外感応材料１及び２自体のフィルタリング作用を利用
することもできる。この場合には、各レンズ５５は放射
５０を上位レベル検出素子１０又は下位レベル検出素子
２０の何れか一方に集中させ、両素子１０及び２０上に
集中させない。これがため、この変形例によれば、被写
体の隣接画素が検出素子１０及び２０の異なる応答に対
応する異なる波長で検出される。
【００２７】図４及び５の装置は光起電力接合の主部分
が主表面に平行に延在するよう変更することもできる。 図６はこのような変更の一例を示し、本例ではｐｎ接合
２７及び１７がｐｎ接合２１及び１１からの横方向延長
部として設けられている。これらの接合２７はｐ型基体
１をマウントする前にｐ型基体２の表面に設けたｎ型表
面領域により形成することができ、接合１７は孔４１及
び４２をイオンエッチングする前に基体１に設けたｎ型
表面領域により形成することができる。ｎ型表面領域の
横方向延長部は、接合１７及び２７があまりオーバラッ
プしないでそれらの境界が回路基板３の表面における平
面図で見てほぼ一致するようにし得る。この場合にも、
この平面図で見るとレベル１内の検出素子１０はレベル
２内の検出素子２０の間に位置している。この装置を用
いるシステムにより課される要件に応じて、図６の構成
は接合１７及び２７を孔４１及び４２の一側から延長さ
せて、基板３の表面での平面図で見て互にオーバラップ
するように変更することもできる。このようにすると、
フォトダイオード２０の活性部分Ａ２の主部分がフォト
ダイオード１０の活性部分Ａ２の主部分の下になる。こ
の場合には、関連するレンズ５５により放射５０を２つ
の孔４１及び４２の間のこれら活性ｎ型領域のオーバラ
ップ部分上に集中させることができる。
が主表面に平行に延在するよう変更することもできる。 図６はこのような変更の一例を示し、本例ではｐｎ接合
２７及び１７がｐｎ接合２１及び１１からの横方向延長
部として設けられている。これらの接合２７はｐ型基体
１をマウントする前にｐ型基体２の表面に設けたｎ型表
面領域により形成することができ、接合１７は孔４１及
び４２をイオンエッチングする前に基体１に設けたｎ型
表面領域により形成することができる。ｎ型表面領域の
横方向延長部は、接合１７及び２７があまりオーバラッ
プしないでそれらの境界が回路基板３の表面における平
面図で見てほぼ一致するようにし得る。この場合にも、
この平面図で見るとレベル１内の検出素子１０はレベル
２内の検出素子２０の間に位置している。この装置を用
いるシステムにより課される要件に応じて、図６の構成
は接合１７及び２７を孔４１及び４２の一側から延長さ
せて、基板３の表面での平面図で見て互にオーバラップ
するように変更することもできる。このようにすると、
フォトダイオード２０の活性部分Ａ２の主部分がフォト
ダイオード１０の活性部分Ａ２の主部分の下になる。こ
の場合には、関連するレンズ５５により放射５０を２つ
の孔４１及び４２の間のこれら活性ｎ型領域のオーバラ
ップ部分上に集中させることができる。
【００２８】図１〜６に示す実施例では、赤外集光器５
５は液浸レンズ形態である。しかし、本発明では他の赤
外集光器を複数レベル検出素子１０及び２０のアレーの
前方に用いることができる。例えばＧＢ−Ａ−２１６４
４９２に記載されているようにレンズの代りに台形素子
を集光器とすることができる。更に、前記文献「Ｉｎｆ
ｒａｒｅｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ 」の第９節に記載され
ているように、光パイプ及び円錐チャネルコンデンサを
レンズの代りに検出素子の前方に設けることができる。 このような光パイプは例えば円錐又はピラミッド形に構
成し、中空反射器又は固体ロッドとして形成することが
できる。
５は液浸レンズ形態である。しかし、本発明では他の赤
外集光器を複数レベル検出素子１０及び２０のアレーの
前方に用いることができる。例えばＧＢ−Ａ−２１６４
４９２に記載されているようにレンズの代りに台形素子
を集光器とすることができる。更に、前記文献「Ｉｎｆ
ｒａｒｅｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ 」の第９節に記載され
ているように、光パイプ及び円錐チャネルコンデンサを
レンズの代りに検出素子の前方に設けることができる。 このような光パイプは例えば円錐又はピラミッド形に構
成し、中空反射器又は固体ロッドとして形成することが
できる。
【００２９】図７は本発明によるアレーに対しこのよう
な形態の集光器を用いた例を示す。本例では、集光器５
５は板５３にあけたテーパ孔の内面に反射性金属被膜５
６を設けて成る中空反射器である。板５３は図２〜６に
示す複数レベル検出素子構造上にマウントすることがで
きる。図２及び３の島構造の検出素子の場合には板５３
は検出素子の島１３，２３の間の個別の不活性の島上に
支持することができる。
な形態の集光器を用いた例を示す。本例では、集光器５
５は板５３にあけたテーパ孔の内面に反射性金属被膜５
６を設けて成る中空反射器である。板５３は図２〜６に
示す複数レベル検出素子構造上にマウントすることがで
きる。図２及び３の島構造の検出素子の場合には板５３
は検出素子の島１３，２３の間の個別の不活性の島上に
支持することができる。
【００３０】しかし、中空反射器５５の代りに、板５３
は固体の光パイプ５５のアレーを具えるものとすること
ができ、各光パイプは例えば台形の光ファイバとするこ
とができ、これら光ファイバを適当な材料内に埋置して
板５３を形成することができる。この場合には、これら
光ファイバの前端をドーム状にして入射光３０に対しレ
ンズ状の前端を形成するのが特に有利である。複数レベ
ル検出素子構造１０及び２０はこれらファイバの後端に
光学的に液浸結合させることができる。各ファイバ５５
の前端は関連する検出素子１０及び／又は２０の活性部
分の面積Ａ２より大きい面積Ａ１（基板３の主表面に平
行に測った面積）を有するものとする。以上述べた装置
では、集光器５５（例えば光パイプ又はレンズ）のアレ
ーが検出素子１０及び２０の前方に存在する。図８は各
集光器が検出素子１０及び２０の背後の反射器空胴から
成る他の構成例を示す。各検出素子１０及び／又は２０
は関連する反射器空胴５８の前部内に又は隣接してマウ
ントする。反射器空胴５８は、窓のアレーを有するマス
ク層を用いて基板５３内に空胴をエッチングし、次いで
エッチングした空胴内に金属反射層５９を被覆すること
により形成することができる。図８に破線で示すように
、反射器空胴板５３の前面にマウントした基板３に赤外
集光器を含ませることもできる。検出素子１０及び２０
は基板３により支持し、この基板をセグメント化して検
出素子１０及び２０のアレーに対応するレンズ又は光パ
イプを形成してもよい。しかし、もっと簡単な構造も可
能であり（但し光学的に不利）、この場合には基板３に
赤外集光器を組み込まないようにする。基板３が入射放
射５０に対面する図８の状態では、大バンドギャップを
有する短波長検出素子を基板３上の下位レベル２内に存
在させ、小バンドギャップを有する長波長検出素子を上
位レベル１内に存在させることができる。この場合、図
４及び５の電気接続構造を用いる場合には、ｐｎ接合１
９を有する追加の領域１８を下位レベル２内に形成し、
分離空隙４０及び島２８を上位レベル１内に形成するか
、上位レベル１のこの部分を全部除去してしまうように
する。
は固体の光パイプ５５のアレーを具えるものとすること
ができ、各光パイプは例えば台形の光ファイバとするこ
とができ、これら光ファイバを適当な材料内に埋置して
板５３を形成することができる。この場合には、これら
光ファイバの前端をドーム状にして入射光３０に対しレ
ンズ状の前端を形成するのが特に有利である。複数レベ
ル検出素子構造１０及び２０はこれらファイバの後端に
光学的に液浸結合させることができる。各ファイバ５５
の前端は関連する検出素子１０及び／又は２０の活性部
分の面積Ａ２より大きい面積Ａ１（基板３の主表面に平
行に測った面積）を有するものとする。以上述べた装置
では、集光器５５（例えば光パイプ又はレンズ）のアレ
ーが検出素子１０及び２０の前方に存在する。図８は各
集光器が検出素子１０及び２０の背後の反射器空胴から
成る他の構成例を示す。各検出素子１０及び／又は２０
は関連する反射器空胴５８の前部内に又は隣接してマウ
ントする。反射器空胴５８は、窓のアレーを有するマス
ク層を用いて基板５３内に空胴をエッチングし、次いで
エッチングした空胴内に金属反射層５９を被覆すること
により形成することができる。図８に破線で示すように
、反射器空胴板５３の前面にマウントした基板３に赤外
集光器を含ませることもできる。検出素子１０及び２０
は基板３により支持し、この基板をセグメント化して検
出素子１０及び２０のアレーに対応するレンズ又は光パ
イプを形成してもよい。しかし、もっと簡単な構造も可
能であり（但し光学的に不利）、この場合には基板３に
赤外集光器を組み込まないようにする。基板３が入射放
射５０に対面する図８の状態では、大バンドギャップを
有する短波長検出素子を基板３上の下位レベル２内に存
在させ、小バンドギャップを有する長波長検出素子を上
位レベル１内に存在させることができる。この場合、図
４及び５の電気接続構造を用いる場合には、ｐｎ接合１
９を有する追加の領域１８を下位レベル２内に形成し、
分離空隙４０及び島２８を上位レベル１内に形成するか
、上位レベル１のこの部分を全部除去してしまうように
する。
【００３１】このように、本発明の複数波長赤外検出装
置には種々のタイプ及び構成の赤外集光器を用いること
ができる。概略要約すると、 − 一群の赤外集光器を検出素子の前方に存在させて
入射放射を検出素子の活性領域に集中させることができ
る； − 各赤外集光器を関連する検出素子の前面に十分に
密接に結合させて検出素子に対し液浸的な光学結合を与
えることができる； − 赤外集光器は検出素子の前方のセグメント板の赤
外透過セグメントを具えるものとすることができる；−
各赤外集光器はレンズ又は光パイプ又は他の形態の
光学素子とすることができる； − 各赤外集光器は反射器空胴とすることができ、関
連する検出素子をその空胴の前部内又は近くにマウント
することができ、この反射器空胴は検出素子の前方の赤
外集光器の代りに又はこれに加えて設けることができる
。
置には種々のタイプ及び構成の赤外集光器を用いること
ができる。概略要約すると、 − 一群の赤外集光器を検出素子の前方に存在させて
入射放射を検出素子の活性領域に集中させることができ
る； − 各赤外集光器を関連する検出素子の前面に十分に
密接に結合させて検出素子に対し液浸的な光学結合を与
えることができる； − 赤外集光器は検出素子の前方のセグメント板の赤
外透過セグメントを具えるものとすることができる；−
各赤外集光器はレンズ又は光パイプ又は他の形態の
光学素子とすることができる； − 各赤外集光器は反射器空胴とすることができ、関
連する検出素子をその空胴の前部内又は近くにマウント
することができ、この反射器空胴は検出素子の前方の赤
外集光器の代りに又はこれに加えて設けることができる
。
【００３２】本発明の範囲内において多くの他の変更が
可能であること明らかである。上述した実施例では側壁
電気接続体１４，１５，２４及び２５は金属化により形
成しているが、本発明のいくつかの装置ではこれらの電
気接続体の少くともいくつかはそれらの全部又は一部を
各レベルの半導体材料の高ドープ領域により形成するこ
とができ、例えば接続体１５及び２５は側壁に隣接する
ｎ型領域により形成することができる。
可能であること明らかである。上述した実施例では側壁
電気接続体１４，１５，２４及び２５は金属化により形
成しているが、本発明のいくつかの装置ではこれらの電
気接続体の少くともいくつかはそれらの全部又は一部を
各レベルの半導体材料の高ドープ領域により形成するこ
とができ、例えば接続体１５及び２５は側壁に隣接する
ｎ型領域により形成することができる。
【００３３】上述した実施例ではテルル化カドミウム水
銀のレベル１及び２を互に及び基板３にエポキシ系接着
剤により接着させているが、複数レベル構造を堆積、例
えばテルル化カドミウム水銀の気相成長により基板３上
に成長させることができる。この場合には、例えばテル
ル化カドミウムを回路基板上に成長させた後に、ガスフ
ローを切り換えてテルル化カドミウム水銀の下位レベル
２を成長させ、次にテルル化カドミウムの絶縁層４を成
長させ、次に異なるバンドギャップを有するテルル化カ
ドミウム水銀の上位レベル１を成長させ、次いでパッシ
ベーション用又は集光器５５の板５３の形成（後続の工
程で形成される）のための上部テルル化カドミウム層を
成長させる。テルル化カドミウム水銀を用いて３〜５μ
ｍ 及び８〜１４μｍ に対し高性能の検出器を得るこ
とができるが、少くとも一方のレベル１又は２内の検出
素子に対し他の材料を用いることもできる。例えば、レ
ベル１及び／又はレベル２をテルル化鉛錫のような３元
金属間コルコゲニドとすることができる。例えば硫化鉛
又はアンチモン化インジウムのような２元半導体化合物
を用いることもできる。単波長赤外検出素子に対しては
シリコンやゲルマニウムのような単元素材料を用いるこ
とさえできる。両レベル１及び２の材料及び／又は組成
をこれらの材料から適当に選択してそれらの異なるバン
ドギャップが異なる検出素子１０及び２０に対し所望の
異なる波長応答を与えるようにする。この場合、例えば
異なる検出素子１０及び２０が異なる大気窓内の赤外波
長１〜２μｍ 、３〜５μｍ 、８〜１４μｍ 及び１
６〜２２μｍ に応答させることができ、また同一の大
気窓内の異なる波長レンジに応答させることもできる。 本明細書を読めば更に他の変更や変形が当業者に明らか
である。これらの変更は赤外検出装置、システム及びそ
の構成部品の設計、製造及び使用において既知であって
上述した本発明の特徴の代りに又は加えて使用し得る特
徴も含むものである。
銀のレベル１及び２を互に及び基板３にエポキシ系接着
剤により接着させているが、複数レベル構造を堆積、例
えばテルル化カドミウム水銀の気相成長により基板３上
に成長させることができる。この場合には、例えばテル
ル化カドミウムを回路基板上に成長させた後に、ガスフ
ローを切り換えてテルル化カドミウム水銀の下位レベル
２を成長させ、次にテルル化カドミウムの絶縁層４を成
長させ、次に異なるバンドギャップを有するテルル化カ
ドミウム水銀の上位レベル１を成長させ、次いでパッシ
ベーション用又は集光器５５の板５３の形成（後続の工
程で形成される）のための上部テルル化カドミウム層を
成長させる。テルル化カドミウム水銀を用いて３〜５μ
ｍ 及び８〜１４μｍ に対し高性能の検出器を得るこ
とができるが、少くとも一方のレベル１又は２内の検出
素子に対し他の材料を用いることもできる。例えば、レ
ベル１及び／又はレベル２をテルル化鉛錫のような３元
金属間コルコゲニドとすることができる。例えば硫化鉛
又はアンチモン化インジウムのような２元半導体化合物
を用いることもできる。単波長赤外検出素子に対しては
シリコンやゲルマニウムのような単元素材料を用いるこ
とさえできる。両レベル１及び２の材料及び／又は組成
をこれらの材料から適当に選択してそれらの異なるバン
ドギャップが異なる検出素子１０及び２０に対し所望の
異なる波長応答を与えるようにする。この場合、例えば
異なる検出素子１０及び２０が異なる大気窓内の赤外波
長１〜２μｍ 、３〜５μｍ 、８〜１４μｍ 及び１
６〜２２μｍ に応答させることができ、また同一の大
気窓内の異なる波長レンジに応答させることもできる。 本明細書を読めば更に他の変更や変形が当業者に明らか
である。これらの変更は赤外検出装置、システム及びそ
の構成部品の設計、製造及び使用において既知であって
上述した本発明の特徴の代りに又は加えて使用し得る特
徴も含むものである。
【図１】本発明の第１のタイプの複数波長赤外検出装置
の概略断面図
の概略断面図
【図２】図１の装置の一実施例の図３のＩＩ−ＩＩ線上
の断面図である。
の断面図である。
【図３】図２の実施例の基板上の赤外検出素子の平面図
である。
である。
【図４】図１の装置の他の実施例の（図５のＩＶ−ＩＶ
線上）の断面図である。
線上）の断面図である。
【図５】図４の装置の基板上の赤外検出素子の平面図で
ある。
ある。
【図６】本発明の変形例の図４に類似の断面図である。
【図７】本発明の他のタイプの複数波長赤外検出装置の
概略断面図である。
概略断面図である。
【図８】本発明の更に他のタイプの複数波長赤外検出装
置の概略断面図である。
置の概略断面図である。
１ 上位レベルの赤外感応材料層
２ 下位レベルの赤外感応材料層
３ 基板
４ 絶縁層
１０ 上位レベル検出素子
２０ 下位レベル検出素子
１２， ２２ ｎ 型領域
１３， ２３ ｐ 型島領域
１４， １５， ２４， ２５ 電気接続体５０
入射赤外放射 ５３ 赤外集光器板 ５５ 集光器（レンズ） Ａ１ 集光面積 Ａ２ 活性部分 ２８ 上位レベル接続体部分用島領域４０ 空隙 ４１， ４２ 孔 ５６ 反射性金属被膜 ５８ 反射器空胴 ５９ 金属反射層
入射赤外放射 ５３ 赤外集光器板 ５５ 集光器（レンズ） Ａ１ 集光面積 Ａ２ 活性部分 ２８ 上位レベル接続体部分用島領域４０ 空隙 ４１， ４２ 孔 ５６ 反射性金属被膜 ５８ 反射器空胴 ５９ 金属反射層
Claims (10)
- 【請求項１】 基板上の下位レベルの材料内に形成さ
れた一群の赤外検出素子と、この下位レベル上にマウン
トされ下位レベルの検出素子と異なる赤外応答を有する
一群の上位レベルの検出素子と、これら検出素子と関連
する一群の赤外集光器とを具え、各集光器が関連する検
出素子の活性部分より大きい区域の赤外放射を集光し集
光した赤外放射を当該検出素子の活性部分上に集中する
よう配置され、各上位レベル検出素子の少くとも１つの
電気接続体が前記関連する集光器により赤外放射が集中
される下位レベル検出素子の活性部分間に位置する下位
レベルの区域を通って基板まで延在していることを特徴
とする赤外検出装置。 - 【請求項２】 各下位レベル検出素子がそれぞれの上
位レベル検出素子の下に位置し、それぞれの赤外集光器
が赤外放射を上位レベル検出素子及び下位レベル検出素
子の活性部分上に集中するようにしてあることを特徴と
する請求項１記載の赤外検出装置。 - 【請求項３】 各検出素子が赤外感応材料の個別の島
を具え、上位レベル検出素子の島が下位レベル検出素子
の島の上に支持されていることを特徴とする請求項２記
載の赤外検出装置。 - 【請求項４】 下位レベル検出素子が基板表面におけ
る平面図で見て上位レベル検出素子の間に位置している
ことを特徴とする請求項１記載の赤外検出装置。 - 【請求項５】 各レベルの検出素子が各別の赤外感応
材料の層内に形成され、上位レベル層が下位レベル層上
に支持されていることを特徴とする請求項１，２又は４
記載の赤外検出装置。 - 【請求項６】 上位レベル及び下位レベルの各検出素
子が赤外感応半導体材料内に形成されたｐｎ接合を有し
、一方のレベルの材料が他方のレベルの材料より小さい
バンドギャップを有していることを特徴とする請求項１
〜５の何れかに記載の赤外検出装置。 - 【請求項７】 各上位レベル検出素子の電気接続体の
１つが、下位レベル半導体材料の領域であって下位レベ
ル内の検出素子のｐｎ接合からｐｎ接合により分離され
た領域上を基板まで延在していることを特徴とする請求
項６記載の赤外検出装置。 - 【請求項８】 各上位レベル検出素子の少くとも１つ
の電気接続体が下位レベル材料の一部分の絶縁された側
壁上を基板まで延在していることを特徴とする請求項１
〜７の何れかに記載の赤外検出装置。 - 【請求項９】 各上位レベル検出素子に対し下位レベ
ル検出素子の間に位置する下位レベル赤外感応材料の各
別の島を設け、各上位レベル検出素子の少くとも一つの
電気接続体がこの島を経て基板まで延在していることを
特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の赤外検出装置
。 - 【請求項１０】 一群の赤外集光器が検出素子の前方
に位置して入射放射を検出素子の活性部分上に集中する
ようにしてあることを特徴とする請求項１〜９の何れか
に記載の赤外検出装置。
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