JPH0669487A - 赤外線検知装置およびその製造方法 - Google Patents
赤外線検知装置およびその製造方法Info
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- JPH0669487A JPH0669487A JP4220550A JP22055092A JPH0669487A JP H0669487 A JPH0669487 A JP H0669487A JP 4220550 A JP4220550 A JP 4220550A JP 22055092 A JP22055092 A JP 22055092A JP H0669487 A JPH0669487 A JP H0669487A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 赤外線検知装置に関し、暗電流に対する光電
流の比を高めた高感度、高分解能な赤外線検知装置を目
的とする。 【構成】 赤外線検知素子３の受光領域２の光入射側に
対向して凸型の集光レンズ12A,12B を一体的に設け、該
集光レンズ12A,12B の形成材料を、前記赤外線検知素子
の形成材料の化合物半導体結晶13,14 よりエネルギーギ
ャップの大きい化合物半導体結晶16,,21で形成したこと
で構成する。
流の比を高めた高感度、高分解能な赤外線検知装置を目
的とする。 【構成】 赤外線検知素子３の受光領域２の光入射側に
対向して凸型の集光レンズ12A,12B を一体的に設け、該
集光レンズ12A,12B の形成材料を、前記赤外線検知素子
の形成材料の化合物半導体結晶13,14 よりエネルギーギ
ャップの大きい化合物半導体結晶16,,21で形成したこと
で構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線検知装置に係り、
特に光電流に対する暗電流の比の低減を図った赤外線検
知装置に関する。
特に光電流に対する暗電流の比の低減を図った赤外線検
知装置に関する。
【０００２】光起電力型の赤外線検知装置に於いては光
電流に対する暗電流の低減が、高分解能、高感度の赤外
線検知装置を得るために必要である。こ光起電力型の赤
外線検知装置に光が入射した場合、入射した光量に応じ
て発生する光電流に対し、該装置を構成するｐｎ接合領
域で発生する熱雑音による暗電流があり、この暗電流を
出来るだけ低減させ、光電流に対する暗電流の比を減少
させることが高感度、高分解能な赤外線検知装置を得る
ために必要とされている。
電流に対する暗電流の低減が、高分解能、高感度の赤外
線検知装置を得るために必要である。こ光起電力型の赤
外線検知装置に光が入射した場合、入射した光量に応じ
て発生する光電流に対し、該装置を構成するｐｎ接合領
域で発生する熱雑音による暗電流があり、この暗電流を
出来るだけ低減させ、光電流に対する暗電流の比を減少
させることが高感度、高分解能な赤外線検知装置を得る
ために必要とされている。
【０００３】
【従来の技術】従来より、このような赤外線検知装置は
図６に示すように、エネルギーギャップの狭い水銀・カ
ドミウム・テルル（Hg1-x Cdx Te）のような化合物半導
体結晶１に、逆伝導型の不純物原子をイオン注入法を用
いて所定のパターンに導入して該結晶にｐｎ接合を形成
し、受光領域２を形成して赤外線検知素子３と成し、こ
の受光領域２に入射された赤外線を光電変換して該受光
領域２に入射した赤外線の光量を検知している。
図６に示すように、エネルギーギャップの狭い水銀・カ
ドミウム・テルル（Hg1-x Cdx Te）のような化合物半導
体結晶１に、逆伝導型の不純物原子をイオン注入法を用
いて所定のパターンに導入して該結晶にｐｎ接合を形成
し、受光領域２を形成して赤外線検知素子３と成し、こ
の受光領域２に入射された赤外線を光電変換して該受光
領域２に入射した赤外線の光量を検知している。
【０００４】そして赤外線検知素子３で得られた検知信
号の信号処理素子５を形成したSi基板４と、前記赤外線
検知素子３の受光領域２とを、金属バンプ６を用いてバ
ンプ接続して赤外線撮像装置を形成している。
号の信号処理素子５を形成したSi基板４と、前記赤外線
検知素子３の受光領域２とを、金属バンプ６を用いてバ
ンプ接続して赤外線撮像装置を形成している。
【０００５】従来よりこのような赤外線検知装置に於い
て、暗電流を低減し、光電流を増大させる方法として、
赤外線検知素子の受光領域２の面積を増大させ、入射光
量が増加するようにして、該赤外線検知素子の感度を向
上させ、光電流の増加を図って、暗電流に対する光電流
の比を大にして該検知装置の高感度化を図っている。
て、暗電流を低減し、光電流を増大させる方法として、
赤外線検知素子の受光領域２の面積を増大させ、入射光
量が増加するようにして、該赤外線検知素子の感度を向
上させ、光電流の増加を図って、暗電流に対する光電流
の比を大にして該検知装置の高感度化を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】然し、受光領域を拡大
するために、ｐｎ接合領域を増大させると、ｐｎ接合領
域に於いて暗電流が発生するので、当然暗電流の量も増
加し、暗電流に対する光電流の比は大に成らず、形成さ
れる赤外線検知素子の性能向上と成らない問題がある。
するために、ｐｎ接合領域を増大させると、ｐｎ接合領
域に於いて暗電流が発生するので、当然暗電流の量も増
加し、暗電流に対する光電流の比は大に成らず、形成さ
れる赤外線検知素子の性能向上と成らない問題がある。
【０００７】本発明は上記した問題点を解決し、赤外線
検知素子の感度を向上させるために、仮に受光領域の面
積を拡大した場合に於いても、該検知素子に入射する赤
外線の集光効率を高めることで、暗電流に対する光電流
の比を大にし、高分解能で、かつ高感度な赤外線検知装
置、並びに該検知装置の製造方法の提供を目的とするも
のである。
検知素子の感度を向上させるために、仮に受光領域の面
積を拡大した場合に於いても、該検知素子に入射する赤
外線の集光効率を高めることで、暗電流に対する光電流
の比を大にし、高分解能で、かつ高感度な赤外線検知装
置、並びに該検知装置の製造方法の提供を目的とするも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検知装置
は、請求項１に示すように、赤外線検知素子の受光領域
の光入射側に対向して凸型の集光レンズを一体的に設
け、該集光レンズの形成材料を、該赤外線検知素子の形
成材料の化合物半導体結晶よりエネルギーギャップの大
きい化合物半導体結晶としたことを特徴とする。
は、請求項１に示すように、赤外線検知素子の受光領域
の光入射側に対向して凸型の集光レンズを一体的に設
け、該集光レンズの形成材料を、該赤外線検知素子の形
成材料の化合物半導体結晶よりエネルギーギャップの大
きい化合物半導体結晶としたことを特徴とする。
【０００９】そして請求項２に示すように、前記赤外線
検知装置を構成する赤外線検知素子はメサ型、或いはプ
レナー型の何れかとする。また請求項３に示すように、
前記赤外線素子形成材料の化合物半導体結晶が水銀・カ
ドミウム・テルルの合金でHg1-x Cdx Teで表示し、該結
晶のエネルギーギャップをEgx とし、集光レンズの形成
材料が水銀・カドミウム・テルルの合金でHg1-y Cdy Te
で表示し、該結晶のエネルギーギャップをEgy とし、該
赤外線検知素子に入射する赤外線の波長をλとし、ｈを
プランクの定数とした時、Egy ＞ｈλ＞Egx で、かつｙ
＞ｘなる関係を有することを特徴とする。
検知装置を構成する赤外線検知素子はメサ型、或いはプ
レナー型の何れかとする。また請求項３に示すように、
前記赤外線素子形成材料の化合物半導体結晶が水銀・カ
ドミウム・テルルの合金でHg1-x Cdx Teで表示し、該結
晶のエネルギーギャップをEgx とし、集光レンズの形成
材料が水銀・カドミウム・テルルの合金でHg1-y Cdy Te
で表示し、該結晶のエネルギーギャップをEgy とし、該
赤外線検知素子に入射する赤外線の波長をλとし、ｈを
プランクの定数とした時、Egy ＞ｈλ＞Egx で、かつｙ
＞ｘなる関係を有することを特徴とする。
【００１０】また請求項４に示すように、赤外線検知素
子形成用の化合物半導体結晶上に、該結晶と組成が異な
り、かつ該結晶より広エネルギーギャップの絶縁膜を開
口部を形成して設け、該開口部上に前記素子形成用の化
合物半導体結晶より広エネルギーギャップで、かつ素子
形成用の化合物半導体結晶に対して逆伝導型の化合物半
導体結晶を設け、該化合物半導体結晶を光入射側に向か
って凸型の集光レンズに加工したことを特徴とする。
子形成用の化合物半導体結晶上に、該結晶と組成が異な
り、かつ該結晶より広エネルギーギャップの絶縁膜を開
口部を形成して設け、該開口部上に前記素子形成用の化
合物半導体結晶より広エネルギーギャップで、かつ素子
形成用の化合物半導体結晶に対して逆伝導型の化合物半
導体結晶を設け、該化合物半導体結晶を光入射側に向か
って凸型の集光レンズに加工したことを特徴とする。
【００１１】また請求項５に示すように、前記赤外線検
知素子形成材料の化合物半導体結晶が水銀・カドミウム
・テルルの合金でHg1-x Cdx Teで表示し、該結晶のエネ
ルギーギャップをEgx とし、開口部を設けた絶縁膜が水
銀・カドミウム・テルルの合金でHg1-z Cdz Teで表示
し、該結晶のエネルギーギャップをEgz とし、集光レン
ズ形成用の化合物半導体結晶が水銀・カドミウム・テル
ルの合金でHg1-y Cdy Teで表示し、該結晶のエネルギー
ギャップをEgy とし、該赤外線検知素子に入射する赤外
線の波長をλとし、ｈをプランクの定数とした時、Egz
＞Egy ＞ｈλ＞Eg x で、かつｚ＞ｙ＞ｘなる関係を有す
ることを特徴とする。
知素子形成材料の化合物半導体結晶が水銀・カドミウム
・テルルの合金でHg1-x Cdx Teで表示し、該結晶のエネ
ルギーギャップをEgx とし、開口部を設けた絶縁膜が水
銀・カドミウム・テルルの合金でHg1-z Cdz Teで表示
し、該結晶のエネルギーギャップをEgz とし、集光レン
ズ形成用の化合物半導体結晶が水銀・カドミウム・テル
ルの合金でHg1-y Cdy Teで表示し、該結晶のエネルギー
ギャップをEgy とし、該赤外線検知素子に入射する赤外
線の波長をλとし、ｈをプランクの定数とした時、Egz
＞Egy ＞ｈλ＞Eg x で、かつｚ＞ｙ＞ｘなる関係を有す
ることを特徴とする。
【００１２】また請求項６に示すように、前記した請求
項１、２、或いは３に記載した赤外線検知装置の製造方
法は、半導体基板に赤外線検知素子形成用の化合物半導
体結晶の構成元素を拡散し、素子形成用化合物半導体結
晶よりエネルギーギャップが大きく、前記赤外線検知素
子の受光領域の光入射側に向かって凸型の拡散領域を有
する集光レンズの形成用結晶を形成後、該半導体基板の
表面に、互いに伝導型の異なる素子形成用化合物半導体
結晶を成膜し、該素子形成用化合物半導体結晶を、前記
集光レンズの形成用結晶に対向した位置でメサ型に加工
して、或いは素子形成用化合物半導体結晶の内のいずれ
かを形成して所定パターンに逆伝導型不純物を選択的に
導入してプレナー状の赤外線検知素子を形成し、前記半
導体基板に形成した凸型の集光レンズの形成用結晶以外
の領域を、選択的にエッチングして集光レンズに加工す
ることを特徴とするものである。
項１、２、或いは３に記載した赤外線検知装置の製造方
法は、半導体基板に赤外線検知素子形成用の化合物半導
体結晶の構成元素を拡散し、素子形成用化合物半導体結
晶よりエネルギーギャップが大きく、前記赤外線検知素
子の受光領域の光入射側に向かって凸型の拡散領域を有
する集光レンズの形成用結晶を形成後、該半導体基板の
表面に、互いに伝導型の異なる素子形成用化合物半導体
結晶を成膜し、該素子形成用化合物半導体結晶を、前記
集光レンズの形成用結晶に対向した位置でメサ型に加工
して、或いは素子形成用化合物半導体結晶の内のいずれ
かを形成して所定パターンに逆伝導型不純物を選択的に
導入してプレナー状の赤外線検知素子を形成し、前記半
導体基板に形成した凸型の集光レンズの形成用結晶以外
の領域を、選択的にエッチングして集光レンズに加工す
ることを特徴とするものである。
【００１３】また請求項７に示すように、前記した請求
項１、２、或いは３に記載の赤外線検知装置の製造方法
は、半導体基板の所定領域を凹部を形成し、該凹部内に
赤外線検知素子の素子形成用化合物半導体結晶よりエネ
ルギーギャップが大きく、前記赤外線検知素子の受光領
域の光入射側に対して凸型となる凸型の集光レンズの形
成用結晶を埋設後、該半導体基板の表面に、互いに伝導
型の異なる素子形成用化合物半導体結晶を成膜し、該素
子形成用化合物半導体結晶を、前記集光レンズの形成用
結晶に対向した位置でメサ型の赤外線検知素子、或いは
素子形成用化合物半導体結晶の何れかを形成して、該結
晶に逆伝導型不純物を選択的に導入してプレナー型の赤
外線検知素子を形成し、前記半導体基板に形成した凸型
の集光レンズの形成用結晶以外の領域を、選択的にエッ
チングして集光レンズに加工することを特徴とする。
項１、２、或いは３に記載の赤外線検知装置の製造方法
は、半導体基板の所定領域を凹部を形成し、該凹部内に
赤外線検知素子の素子形成用化合物半導体結晶よりエネ
ルギーギャップが大きく、前記赤外線検知素子の受光領
域の光入射側に対して凸型となる凸型の集光レンズの形
成用結晶を埋設後、該半導体基板の表面に、互いに伝導
型の異なる素子形成用化合物半導体結晶を成膜し、該素
子形成用化合物半導体結晶を、前記集光レンズの形成用
結晶に対向した位置でメサ型の赤外線検知素子、或いは
素子形成用化合物半導体結晶の何れかを形成して、該結
晶に逆伝導型不純物を選択的に導入してプレナー型の赤
外線検知素子を形成し、前記半導体基板に形成した凸型
の集光レンズの形成用結晶以外の領域を、選択的にエッ
チングして集光レンズに加工することを特徴とする。
【００１４】また請求項８に示すように、前記した請求
項５、或いは６に記載の赤外線検知装置の製造方法は、
赤外線検知素子形成用の化合物半導体結晶上に、該結晶
と組成が異なり、かつ該結晶より広エネルギーギャップ
の絶縁膜を形成後、該絶縁膜に所定パターンの開口部を
形成し、該開口部上に前記素子形成用の化合物半導体結
晶より広エネルギーギャップで、かつ素子形成用化合物
半導体結晶に対して逆伝導型の素子形成用化合物半導体
結晶を形成し、該逆伝導型の素子形成用化合物半導体結
晶を、光入射側に対向して凸型の集光レンズにエッチン
グにより加工することを特徴とするものである。
項５、或いは６に記載の赤外線検知装置の製造方法は、
赤外線検知素子形成用の化合物半導体結晶上に、該結晶
と組成が異なり、かつ該結晶より広エネルギーギャップ
の絶縁膜を形成後、該絶縁膜に所定パターンの開口部を
形成し、該開口部上に前記素子形成用の化合物半導体結
晶より広エネルギーギャップで、かつ素子形成用化合物
半導体結晶に対して逆伝導型の素子形成用化合物半導体
結晶を形成し、該逆伝導型の素子形成用化合物半導体結
晶を、光入射側に対向して凸型の集光レンズにエッチン
グにより加工することを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】本発明の赤外線検知装置は、水銀・カドミウム
・テルル（Hg1-x Cdx Te）で形成した赤外線検知素子の
受光領域の光入射側に対向して、前記Hg1-x Cdx Te結晶
よりエネルギーギャップの大きいHg1-y Cdy Teにて形成
した凸型の集光レンズを一体的に設ける。
・テルル（Hg1-x Cdx Te）で形成した赤外線検知素子の
受光領域の光入射側に対向して、前記Hg1-x Cdx Te結晶
よりエネルギーギャップの大きいHg1-y Cdy Teにて形成
した凸型の集光レンズを一体的に設ける。
【００１６】このような赤外線検知装置に波長がλの赤
外線を入射すると、その入射赤外線のホトンのエネルギ
ーは、プランクの定数をｈとするとｈλで表示され、上
記したHg1-x Cdx Te結晶のエネルギーギャップをEgx 、
Hg1-y Cdy Te結晶のエネルギーギャップをEgy とし、Eg
x ＜h λ＜Egy の関係を有するようにすると、集光レン
ズに入射した光は、該集光レンズのエネルギーギャップ
は入射ホトンのエネルギーより大であるので、該集光レ
ンズ内で光電変換されずに透過して、受光領域に到達
し、その受光領域で光電変換されて、該受光領域でキャ
リアとなって光電流が発生する。
外線を入射すると、その入射赤外線のホトンのエネルギ
ーは、プランクの定数をｈとするとｈλで表示され、上
記したHg1-x Cdx Te結晶のエネルギーギャップをEgx 、
Hg1-y Cdy Te結晶のエネルギーギャップをEgy とし、Eg
x ＜h λ＜Egy の関係を有するようにすると、集光レン
ズに入射した光は、該集光レンズのエネルギーギャップ
は入射ホトンのエネルギーより大であるので、該集光レ
ンズ内で光電変換されずに透過して、受光領域に到達
し、その受光領域で光電変換されて、該受光領域でキャ
リアとなって光電流が発生する。
【００１７】そしてこの集光レンズで効率良く赤外線が
受光領域に入射するので、受光領域の面積を増大させな
くとも効率良く赤外線を受光領域に捕らえることができ
る。また赤外線検知装置の感度を向上させるために、赤
外線検知素子の受光領域の面積を拡大した場合でも、従
来の装置より光電流の暗電流に対する比が大と成るの
で、高感度で高分解能の赤外線検知装置が得られる。
受光領域に入射するので、受光領域の面積を増大させな
くとも効率良く赤外線を受光領域に捕らえることができ
る。また赤外線検知装置の感度を向上させるために、赤
外線検知素子の受光領域の面積を拡大した場合でも、従
来の装置より光電流の暗電流に対する比が大と成るの
で、高感度で高分解能の赤外線検知装置が得られる。
【００１８】またn 型でエネルギーギャップがEgx のHg
1-x Cdx Te結晶にエネルギーギャップがEgz のHg1-z Cd
z Teの絶縁膜で開口部を形成し、その上にp 型でエネル
ギーギャップがEgy のHg1-y Cdy Te結晶を成膜し、この
p 型でエネルギーギャップがEgy のHg1-y Cdy Te結晶
を、凸レンズ状に加工して集光レンズを形成し、この集
光レンズより入射する赤外線の波長をλとしてEgz ＞Eg
y ＞h λ＞Egx の関係を有するように赤外線検知装置を
形成すると、該赤外線検知装置に入射した赤外線が集光
レンズの部分では光電変換されずに透過し、受光領域に
集光されて、その部分で光電変換されるようになる。
1-x Cdx Te結晶にエネルギーギャップがEgz のHg1-z Cd
z Teの絶縁膜で開口部を形成し、その上にp 型でエネル
ギーギャップがEgy のHg1-y Cdy Te結晶を成膜し、この
p 型でエネルギーギャップがEgy のHg1-y Cdy Te結晶
を、凸レンズ状に加工して集光レンズを形成し、この集
光レンズより入射する赤外線の波長をλとしてEgz ＞Eg
y ＞h λ＞Egx の関係を有するように赤外線検知装置を
形成すると、該赤外線検知装置に入射した赤外線が集光
レンズの部分では光電変換されずに透過し、受光領域に
集光されて、その部分で光電変換されるようになる。
【００１９】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例に付き詳
細に説明する。本発明の赤外線検知装置の第１実施例は
図1(a)に示すように、CdTe基板11の所定領域に水銀を拡
散し、該水銀の拡散領域を凸レンズ状にエッチングして
形成されたｙ値が0.5 のHg1-y Cdy Te結晶21よりなる集
光レンズ12A 上には、ｘ値が0.2 のｎ型Hg1-x Cdx Te結
晶13が成膜され、該ｎ型Hg1-x Cdx Te結晶13上に、ｐ型
Hg1-x Cdx Te結晶14がメサ型のパターンに形成されて赤
外線検知素子３が形成され、その上には硫化亜鉛(ZnS)
より成る絶縁膜15A が形成されている。
細に説明する。本発明の赤外線検知装置の第１実施例は
図1(a)に示すように、CdTe基板11の所定領域に水銀を拡
散し、該水銀の拡散領域を凸レンズ状にエッチングして
形成されたｙ値が0.5 のHg1-y Cdy Te結晶21よりなる集
光レンズ12A 上には、ｘ値が0.2 のｎ型Hg1-x Cdx Te結
晶13が成膜され、該ｎ型Hg1-x Cdx Te結晶13上に、ｐ型
Hg1-x Cdx Te結晶14がメサ型のパターンに形成されて赤
外線検知素子３が形成され、その上には硫化亜鉛(ZnS)
より成る絶縁膜15A が形成されている。
【００２０】そしてこのメサ型のｐ型Hg1-x Cdx Te結晶
14上の絶縁膜15A が開口されて、Si基板４に形成した電
荷転送素子の信号処理素子５と金属バンプ６を用いて接
続されている。
14上の絶縁膜15A が開口されて、Si基板４に形成した電
荷転送素子の信号処理素子５と金属バンプ６を用いて接
続されている。
【００２１】そしてこの集光レンズ12A に矢印Ａのよう
に入射する赤外線の波長λを10μmとし、プランクの定
数をh とし、上記したｎ型Hg1-x Cdx Te結晶13のエネル
ギーギャップEgx を0.1eV 、Hg1-y Cdy Te結晶21のエネ
ルギーギャップEgy を0.25eVとし、Egx ＜h λ＜Egy の
関係を有するようにすると、集光レンズ12A に入射した
光は、該集光レンズ12A のエネルギーギャップが入射光
のフォトンのエネルギーより大であるので、該集光レン
ズ12A 内で光電変換されずに透過して、受光領域２に到
達し、その受光領域２で光電変換されて、該受光領域２
でキャリアとなって光電流が発生する。
に入射する赤外線の波長λを10μmとし、プランクの定
数をh とし、上記したｎ型Hg1-x Cdx Te結晶13のエネル
ギーギャップEgx を0.1eV 、Hg1-y Cdy Te結晶21のエネ
ルギーギャップEgy を0.25eVとし、Egx ＜h λ＜Egy の
関係を有するようにすると、集光レンズ12A に入射した
光は、該集光レンズ12A のエネルギーギャップが入射光
のフォトンのエネルギーより大であるので、該集光レン
ズ12A 内で光電変換されずに透過して、受光領域２に到
達し、その受光領域２で光電変換されて、該受光領域２
でキャリアとなって光電流が発生する。
【００２２】そして上記集光レンズは効率良く赤外線を
集光して赤外線検知素子３のｐｎ接合部の受光領域２に
導くので、暗電流に対し光電流の大きい高感度、高分解
能な赤外線検知素子が得られる。
集光して赤外線検知素子３のｐｎ接合部の受光領域２に
導くので、暗電流に対し光電流の大きい高感度、高分解
能な赤外線検知素子が得られる。
【００２３】本発明の赤外線検知装置の第２実施例が、
第１実施例と異なる点は、図1(b)に示すように、前記第
１実施例で示したｎ型Hg1-x Cdx Te結晶13に、所定のパ
ターンで砒素等のｐ型不純物を導入してｐ型層31を形成
し、プレナー型の赤外線検知素子３とした点である。
第１実施例と異なる点は、図1(b)に示すように、前記第
１実施例で示したｎ型Hg1-x Cdx Te結晶13に、所定のパ
ターンで砒素等のｐ型不純物を導入してｐ型層31を形成
し、プレナー型の赤外線検知素子３とした点である。
【００２４】本発明の赤外線検知装置の第３実施例は、
図1(c)に示すように、エネルギーギャップEgx が0.1eV
で、x 値が0.2 のn 型Hg1-x Cdx Te結晶13上に、エネル
ギーギャップがEgz が0.55eVで、z 値が0.5 のHg1-z Cd
z Teの絶縁膜15B で開口部を形成し、その上にエネルギ
ーギャップEgy が0.25eVで、y 値が0.3 の p型Hg1-yCd
y Te結晶16を成膜し、このp 型Hg1-y Cdy Te結晶16を凸
レンズ状に加工して集光レンズ12B を形成し、この集光
レンズ12B より矢印Ｂに示すように入射する赤外線の波
長λを10μm として、Egz ＞Egy ＞h λ＞Egx の関係を
有するように赤外線検知素子３を形成すると、該赤外線
検知素子３に入射した赤外線が集光レンズ12B の部分で
は光電変換されずに透過し、受光領域２に集光されて、
その部分で光電変換されるようになる。
図1(c)に示すように、エネルギーギャップEgx が0.1eV
で、x 値が0.2 のn 型Hg1-x Cdx Te結晶13上に、エネル
ギーギャップがEgz が0.55eVで、z 値が0.5 のHg1-z Cd
z Teの絶縁膜15B で開口部を形成し、その上にエネルギ
ーギャップEgy が0.25eVで、y 値が0.3 の p型Hg1-yCd
y Te結晶16を成膜し、このp 型Hg1-y Cdy Te結晶16を凸
レンズ状に加工して集光レンズ12B を形成し、この集光
レンズ12B より矢印Ｂに示すように入射する赤外線の波
長λを10μm として、Egz ＞Egy ＞h λ＞Egx の関係を
有するように赤外線検知素子３を形成すると、該赤外線
検知素子３に入射した赤外線が集光レンズ12B の部分で
は光電変換されずに透過し、受光領域２に集光されて、
その部分で光電変換されるようになる。
【００２５】そして上記集光レンズは効率良く赤外線を
集光して赤外線検知素子３のｐｎ接合部の受光領域２に
導くので、暗電流に対し光電流の大きい高感度、高分解
能な赤外線検知素子が得られる。
集光して赤外線検知素子３のｐｎ接合部の受光領域２に
導くので、暗電流に対し光電流の大きい高感度、高分解
能な赤外線検知素子が得られる。
【００２６】なお、本実施例の他にn 型Hg1-x Cdx Te結
晶13はサファイアのような絶縁性基板、或いはガリウム
砒素、或いはSiのような半導体基板上にＭＯＣＶＤ法を
用いて形成しても良い。
晶13はサファイアのような絶縁性基板、或いはガリウム
砒素、或いはSiのような半導体基板上にＭＯＣＶＤ法を
用いて形成しても良い。
【００２７】また絶縁膜15B はHg1-z Cdz Teを用いた
が、SiO2膜、窒化シリコン膜等を用いても良い。このよ
うな赤外線検知装置の第１実施例の製造方法について述
べる。
が、SiO2膜、窒化シリコン膜等を用いても良い。このよ
うな赤外線検知装置の第１実施例の製造方法について述
べる。
【００２８】図2(a)に示すように、CdTe基板11上に窒化
シリコンのような絶縁膜15C をＣＶＤ法等を用いて被着
し、該絶縁膜15C を所定のパターンにエッチングして開
口部19を形成する。
シリコンのような絶縁膜15C をＣＶＤ法等を用いて被着
し、該絶縁膜15C を所定のパターンにエッチングして開
口部19を形成する。
【００２９】次いで該開口部19より水銀を拡散してCdTe
結晶に水銀の拡散領域を形成し、後に集光レンズとなる
ｙ値が0.5 のHg1-y Cdy Te結晶21を形成する。この拡散
領域は開口部19より放射状に拡散される。
結晶に水銀の拡散領域を形成し、後に集光レンズとなる
ｙ値が0.5 のHg1-y Cdy Te結晶21を形成する。この拡散
領域は開口部19より放射状に拡散される。
【００３０】前記した窒化シリコンの絶縁膜15C を除去
した後、図2(b)に示すようにCdTe基板11上にｘ値が0.2
のn 型Hg1-x Cdx Te結晶13と、ｘ値が0.3 のp 型Hg1-x
CdxTe結晶14をＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vap
or Deposition; 有機金属気相成長方法) を用いて連続
成膜し、p 型Hg1-x Cdx Te結晶14をメサ状にエッチング
する。
した後、図2(b)に示すようにCdTe基板11上にｘ値が0.2
のn 型Hg1-x Cdx Te結晶13と、ｘ値が0.3 のp 型Hg1-x
CdxTe結晶14をＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vap
or Deposition; 有機金属気相成長方法) を用いて連続
成膜し、p 型Hg1-x Cdx Te結晶14をメサ状にエッチング
する。
【００３１】次いで図2(c)に示すように、前記n 型Hg
1-x Cdx Te結晶13とメサ状のp 型Hg1- x Cdx Te結晶14上
に硫化亜鉛より成る絶縁膜15A を形成し、該メサ状のp
型Hg1- x Cdx Te結晶14上の絶縁膜15A を開口する。
1-x Cdx Te結晶13とメサ状のp 型Hg1- x Cdx Te結晶14上
に硫化亜鉛より成る絶縁膜15A を形成し、該メサ状のp
型Hg1- x Cdx Te結晶14上の絶縁膜15A を開口する。
【００３２】そしてSi基板４に形成した信号処理素子５
と前記メサ状のp 型Hg1-x Cdx Te結晶14とを金属バンプ
６にて接続する。次いでCdTe基板11を硝酸と弗化水素酸
と酢酸の混合液の選択エッチング液を用いてエッチング
してHg1-y Cdy Te結晶21よりなる集光レンズ12を形成す
る。
と前記メサ状のp 型Hg1-x Cdx Te結晶14とを金属バンプ
６にて接続する。次いでCdTe基板11を硝酸と弗化水素酸
と酢酸の混合液の選択エッチング液を用いてエッチング
してHg1-y Cdy Te結晶21よりなる集光レンズ12を形成す
る。
【００３３】上記した第１実施例のメサ型の赤外線検知
素子の代わりに、n 型Hg1-x Cdx Te結晶13に所定のパタ
ーンでｐ型の不純物の砒素を拡散してＰ型層を形成し、
プレナー構造の赤外線検知素子としても良い。
素子の代わりに、n 型Hg1-x Cdx Te結晶13に所定のパタ
ーンでｐ型の不純物の砒素を拡散してＰ型層を形成し、
プレナー構造の赤外線検知素子としても良い。
【００３４】上記した第１実施例の製造方法の変形例と
して、図3(a)に示すようにCdTe基板11に半円形の窪みを
有する凹部22を形成する。この凹部22の形成方法は図3
(c)に示すように、CdTe基板11上に寸法a の開口部19を
有するレジスト膜23を形成し、該レジスト膜23を用いて
CdTeのエッチング液を用いてエッチングした後、更に図
3(d)に示すように、前記した寸法a より狭い寸法b の開
口部を有するレジスト膜23を用いてCdTe基板をエッチン
グし、順次開口部の狭いレジスト膜を用いてエッチング
を繰り返すことで形成できる。
して、図3(a)に示すようにCdTe基板11に半円形の窪みを
有する凹部22を形成する。この凹部22の形成方法は図3
(c)に示すように、CdTe基板11上に寸法a の開口部19を
有するレジスト膜23を形成し、該レジスト膜23を用いて
CdTeのエッチング液を用いてエッチングした後、更に図
3(d)に示すように、前記した寸法a より狭い寸法b の開
口部を有するレジスト膜23を用いてCdTe基板をエッチン
グし、順次開口部の狭いレジスト膜を用いてエッチング
を繰り返すことで形成できる。
【００３５】次いで図3(b)に示すように、前記した凹部
22内にｙ値が0.5 のHg1-y Cdy Te結晶21をＭＯＣＶＤ法
で埋設形成して、このCdTe基板11を用いて前記した図2
(b)以降の工程を実施しても良い。
22内にｙ値が0.5 のHg1-y Cdy Te結晶21をＭＯＣＶＤ法
で埋設形成して、このCdTe基板11を用いて前記した図2
(b)以降の工程を実施しても良い。
【００３６】本発明の第２実施例の製造方法に付いて述
べる。図4(a)に示すように、n 型でエネルギーギャップ
Egx が0.1eV で、x 値が0.2のn 型Hg1-x Cdx Te結晶13
上に、エネルギーギャップEgz が0.55eVでz 値が0.5のH
g1-z Cdz Teの絶縁膜15B をＭＯＣＶＤ法で形成する。
べる。図4(a)に示すように、n 型でエネルギーギャップ
Egx が0.1eV で、x 値が0.2のn 型Hg1-x Cdx Te結晶13
上に、エネルギーギャップEgz が0.55eVでz 値が0.5のH
g1-z Cdz Teの絶縁膜15B をＭＯＣＶＤ法で形成する。
【００３７】次いで図4(b)に示すように、該絶縁膜15B
を臭素とメタノールの混合液のエッチング液でエッチン
グし開口部19を形成する。次いで図4(c)に示すように、
該開口部19を有する絶縁膜15B 上にEgy が0.25eVで、y
値が0.3 のp 型Hg1-y Cdy Te結晶16をＭＯＣＶＤで成膜
する。
を臭素とメタノールの混合液のエッチング液でエッチン
グし開口部19を形成する。次いで図4(c)に示すように、
該開口部19を有する絶縁膜15B 上にEgy が0.25eVで、y
値が0.3 のp 型Hg1-y Cdy Te結晶16をＭＯＣＶＤで成膜
する。
【００３８】次いで図4(d)に示すように、このp 型Hg
1-x Cdx Te結晶16を凸レンズ状に加工して集光レンズ12
B を形成する。このような集光レンズ12B の形成方法
は、図5(a)に示すようにn 型Hg1-x CdxTe結晶13上に開
口部19を有する絶縁膜15B を設け、その上に形成したp
型Hg1-yCdy Te結晶16上にa の寸法a を有するレジスト
膜23を形成し、該レジスト膜23をマスクとしてp 型Hg
1-y Cdy Te結晶16をエッチングする。
1-x Cdx Te結晶16を凸レンズ状に加工して集光レンズ12
B を形成する。このような集光レンズ12B の形成方法
は、図5(a)に示すようにn 型Hg1-x CdxTe結晶13上に開
口部19を有する絶縁膜15B を設け、その上に形成したp
型Hg1-yCdy Te結晶16上にa の寸法a を有するレジスト
膜23を形成し、該レジスト膜23をマスクとしてp 型Hg
1-y Cdy Te結晶16をエッチングする。
【００３９】このエッチング時に横方向にもエッチング
が進み、レジスト膜23が横方向に張り出したオーバーハ
ング構造が実現できる。次いで図5(b)に示すように、上
記エッチングされたp 型Hg1-y Cdy Te結晶16上に前記寸
法a より更に幅狭の寸法b のレジスト膜23を用いてエッ
チングする。
が進み、レジスト膜23が横方向に張り出したオーバーハ
ング構造が実現できる。次いで図5(b)に示すように、上
記エッチングされたp 型Hg1-y Cdy Te結晶16上に前記寸
法a より更に幅狭の寸法b のレジスト膜23を用いてエッ
チングする。
【００４０】次いで図5(c)に示すように、上記エッチン
グされたp 型Hg1-y Cdy Te結晶16上に前記寸法b より更
に幅狭の寸法c のレジスト膜23を用いてエッチングす
る。このようにしてエッチングを繰り返すことで、凸レ
ンズ状の集光レンズが形成できる。
グされたp 型Hg1-y Cdy Te結晶16上に前記寸法b より更
に幅狭の寸法c のレジスト膜23を用いてエッチングす
る。このようにしてエッチングを繰り返すことで、凸レ
ンズ状の集光レンズが形成できる。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように本発明の赤外線検知装
置によると、受光領域への集光効率が向上するので、暗
電流に対する光電流の割合が上昇し、高感度で高分解能
な赤外線検知素子が得られる効果がある。
置によると、受光領域への集光効率が向上するので、暗
電流に対する光電流の割合が上昇し、高感度で高分解能
な赤外線検知素子が得られる効果がある。
【図１】 本発明の赤外線検知装置の実施例を示す断面
図である。
図である。
【図２】 本発明の赤外線検知装置の製造方法の第１実
施例を工程順に示す断面図である。
施例を工程順に示す断面図である。
【図３】 本発明の赤外線検知装置の製造方法の第１実
施例の変形例を工程順に示す断面図である。
施例の変形例を工程順に示す断面図である。
【図４】 本発明の赤外線検知装置の製造方法の第２実
施例を工程順に示す断面図である。
施例を工程順に示す断面図である。
【図５】 集光レンズの形成方法を示す断面図である。
【図６】 従来の赤外線検知装置の断面図である。
2 受光領域 3 赤外線検知素子 4 Si基板 5 信号処理素子 6 金属バンプ 11 CdTe基板 12A,12B 集光レンズ 13 ｎ型Hg1-x Cdx Te結晶 14 p 型Hg1-x Cdx Te結晶 15A,15B,15C 絶縁膜 16 p 型Hg1-y Cdy Te結晶 19 開口部 21 Hg1-y Cdy Te結晶 22 凹部 23 レジスト膜 31 p 型層
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 8422−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｚ (72)発明者 上田 敏之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山本 功作 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 宮本 義博 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 赤外線検知素子(3) の受光領域(2) の光
入射側に対向して凸型の集光レンズ(12A,12B) を一体的
に設け、該集光レンズ(12A,12B) の形成材料を、前記赤
外線検知素子の形成材料の化合物半導体結晶(13,14) よ
りエネルギーギャップの大きい化合物半導体結晶(16,,3
1)で形成したことを特徴とする赤外線検知装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の赤外線検知素子(3) がメ
サ型、或いはプレナー型に形成されていることを特徴と
する赤外線検知装置。 - 【請求項３】 請求項１、或いは２に記載の赤外線検知
素子(3) の素子形成用化合物半導体結晶(13,14) が、水
銀・カドミウム・テルル結晶でHg1-x Cdx Teで表示さ
れ、該結晶(13,14) のエネルギーギャップをEgx とし、
集光レンズ(12A) の形成材料が水銀・カドミウム・テル
ル結晶でHg1-y Cdy Teで表示され、該結晶のエネルギー
ギャップをEgy とし、該赤外線検知素子(3) に入射する
赤外線の波長をλとし、h をプランクの定数とした時、
Egy ＞h λ＞Egx で、かつy ＞xなる関係を有すること
を特徴とする赤外線検知装置。 - 【請求項４】 赤外線検知素子(3) の素子形成用化合物
半導体結晶(13)上に、該結晶より広エネルギーギャップ
の絶縁膜(15B) を開口部を形成して設け、該開口部上に
前記素子形成用化合物半導体結晶(13)より広エネルギー
ギャップで、かつ素子形成用化合物半導体結晶(13)に対
して逆伝導型の逆伝導型素子形成用化合物半導体結晶(1
6)を設け、該逆伝導型素子形成用化合物半導体結晶(16)
を光入射側に向かって凸型の集光レンズ(12B) に加工し
たことを特徴とする赤外線検知装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の赤外線検知素子形成材料
の化合物半導体結晶(13)を水銀・カドミウム・テルルの
合金でHg1-x Cdx Teで表示し、該結晶のエネルギーギャ
ップをEgx とし、開口部を設けた絶縁膜(15B) が水銀・
カドミウム・テルルの合金でHg1-z Cdz Teで表示し、該
結晶のエネルギーギャップをEgz とし、集光レンズ形成
用の逆伝導型素子形成用化合物半導体結晶(16)が水銀・
カドミウム・テルルの合金でHg1-y Cdy Teで表示し、該
結晶のエネルギーギャップをEg y とし、該赤外線検知素
子に入射する赤外線の波長をλとし、h をプランクの定
数とした時、Egz ＞Egy ＞ hλ＞Egx で、かつz ＞ｙ＞
ｘなる関係を有することを特徴とする赤外線検知装置。 - 【請求項６】 請求項１、２、或いは３に記載の赤外線
検知装置の製造方法であって、 半導体基板(11)に赤外線検知素子形成用の化合物半導体
結晶の構成元素を拡散し、素子形成用化合物半導体結晶
(13,14) よりエネルギーギャップが大きく、前記赤外線
検知素子(3) の受光領域(2) の光入射側に向かって凸型
の拡散領域を有する集光レンズ(12A) の形成用結晶を形
成後、該半導体基板(11)の表面に、互いに伝導型の異な
る素子形成用化合物半導体結晶(13,14) を成膜し、 該素子形成用化合物半導体結晶(14)を、前記集光レンズ
(12A) の形成用結晶に対向した位置でメサ型に加工し
て、或いは素子形成用化合物半導体結晶(13,14)の内の
いずれかを形成して所定パターンに逆伝導型不純物を選
択的に導入してプレナー状の赤外線検知素子(3) を形成
し、前記半導体基板(11)に形成した凸型の集光レンズ(1
2A) の形成用結晶以外の領域を、選択的にエッチングし
て集光レンズ(12A) に加工することを特徴とする赤外線
検知装置の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１、２、或いは３に記載の赤外線
検知装置の製造方法であって、 半導体基板(11)の所定領域を凹部(22)を形成し、該凹部
(22)内に赤外線検知素子の素子形成用化合物半導体結晶
(13,14) よりエネルギーギャップが大きく、前記赤外線
検知素子(3) の受光領域(2) の光入射側に対して凸型と
なる凸型の集光レンズ(12A) の形成用結晶を埋設後、該
半導体基板(11)の表面に、互いに伝導型の異なる素子形
成用化合物半導体結晶(13,14) を成膜し、 該素子形成用化合物半導体結晶(14)を、前記集光レンズ
(12A) の形成用結晶に対向した位置でメサ型の赤外線検
知素子、或いは素子形成用化合物半導体結晶(13,14) の
何れかを形成して、該結晶に逆伝導型不純物を選択的に
導入してプレナー型の赤外線検知素子(3) を形成し、前
記半導体基板(11)に形成した凸型の集光レンズ(12A) の
形成用結晶以外の領域を、選択的にエッチングして集光
レンズ(12A) に加工することを特徴とする赤外線検知装
置の製造方法。 - 【請求項８】 請求項４、或いは５に記載の赤外線検知
装置の製造方法であって、 赤外線検知素子形成用の化合物半導体結晶(13)上に、該
結晶(13)と組成が異なり、かつ該結晶(13)より広エネル
ギーギャップの絶縁膜(15B) を形成後、該絶縁膜(15B)
に所定パターンの開口部を形成し、 該開口部上に前記素子形成用の化合物半導体結晶(13)よ
り広エネルギーギャップで、かつ素子形成用化合物半導
体結晶(13)に対して逆伝導型の素子形成用化合物半導体
結晶(16)を形成し、 該逆伝導型の素子形成用化合物半導体結晶(16)を、光入
射側に対向して凸型の集光レンズ(12B) にエッチングに
より加工することを特徴とする赤外線検知装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4220550A JPH0669487A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 赤外線検知装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4220550A JPH0669487A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 赤外線検知装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0669487A true JPH0669487A (ja) | 1994-03-11 |
Family
ID=16752751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4220550A Withdrawn JPH0669487A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 赤外線検知装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0669487A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020107648A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 富士通株式会社 | 赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システム |
-
1992
- 1992-08-20 JP JP4220550A patent/JPH0669487A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020107648A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 富士通株式会社 | 赤外線検出器及びその製造方法、撮像素子、撮像システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991102 |