JPH07193270A - 光検出器並びに赤外線検出器 - Google Patents
光検出器並びに赤外線検出器Info
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- JPH07193270A JPH07193270A JP5331768A JP33176893A JPH07193270A JP H07193270 A JPH07193270 A JP H07193270A JP 5331768 A JP5331768 A JP 5331768A JP 33176893 A JP33176893 A JP 33176893A JP H07193270 A JPH07193270 A JP H07193270A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ヘテロ接合を用いた光検出器並びに赤外線検
出器の感度特性を調整可能にする。 【構成】 ｐ型のＳｉ半導体基板１とヘテロ接合された
ＧｅＳｉ膜２上に、ｐ型不純物濃度の薄いもしくはノン
ドープのＧｅＳｉ膜３を形成し、Ｓｉ半導体基板１とＧ
ｅＳｉ膜２で形成されるヘテロ接合よりも高いバリアが
ＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成される
ように、ＧｅＳｉ膜２と接する低濃度のＧｅＳｉ膜３の
界面近傍にｎ型不純物を導入することにより、Ｓｉ半導
体基板１とＧｅＳｉ膜２で形成されるヘテロ接合よりも
高いバリアがＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間
に形成され、そのバリアの高さが低濃度のＧｅＳｉ膜３
上に形成された電極４に印加する電圧によって変えて、
検出器の分光感度特性を容易に変えることができるよう
にする。
出器の感度特性を調整可能にする。 【構成】 ｐ型のＳｉ半導体基板１とヘテロ接合された
ＧｅＳｉ膜２上に、ｐ型不純物濃度の薄いもしくはノン
ドープのＧｅＳｉ膜３を形成し、Ｓｉ半導体基板１とＧ
ｅＳｉ膜２で形成されるヘテロ接合よりも高いバリアが
ＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成される
ように、ＧｅＳｉ膜２と接する低濃度のＧｅＳｉ膜３の
界面近傍にｎ型不純物を導入することにより、Ｓｉ半導
体基板１とＧｅＳｉ膜２で形成されるヘテロ接合よりも
高いバリアがＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間
に形成され、そのバリアの高さが低濃度のＧｅＳｉ膜３
上に形成された電極４に印加する電圧によって変えて、
検出器の分光感度特性を容易に変えることができるよう
にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ヘテロ接合を用いた
光検出器並びに赤外線検出器に関するものである。
光検出器並びに赤外線検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８はＧｅＳｉとＳｉとのヘテロ接合を
用いた赤外線検出器として使用される従来の光検出器を
示す概略構造図である。図８において、１はｐ型（ここ
では、ｐ型を第１導電型という）のＳｉ半導体基板、２
はボロン等のｐ型の不純物を高濃度に導入したＧｅＳｉ
膜で、このＧｅＳｉ膜２は、ＧｅとＳｉの合金よりな
り、Ｓｉに対するＧｅの混晶比によってバンドギャップ
を連続的に変えることができる。Ｖ1 はＳｉ半導体基板
１とＧｅＳｉ膜２間の印加電圧、ＡはＧｅＳｉ膜２から
Ｓｉ半導体基板１に流れる光電流を検出するための電流
計を示す。
用いた赤外線検出器として使用される従来の光検出器を
示す概略構造図である。図８において、１はｐ型（ここ
では、ｐ型を第１導電型という）のＳｉ半導体基板、２
はボロン等のｐ型の不純物を高濃度に導入したＧｅＳｉ
膜で、このＧｅＳｉ膜２は、ＧｅとＳｉの合金よりな
り、Ｓｉに対するＧｅの混晶比によってバンドギャップ
を連続的に変えることができる。Ｖ1 はＳｉ半導体基板
１とＧｅＳｉ膜２間の印加電圧、ＡはＧｅＳｉ膜２から
Ｓｉ半導体基板１に流れる光電流を検出するための電流
計を示す。
【０００３】また、図９は図８の光検出器の動作を説明
するためのエネルギーバンド図である。図９において、
ＥF はフェルミレベル、ＥＶはバレンスバンド端、ＥC
はコンダクションバンド端を示し、Ｓｉ半導体基板１と
ＧｅＳｉ膜２のフェルミレベルには印加電圧Ｖ1 の差が
ついており、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜２はバリア
高φ1 のヘテロ接合を形成している。ここで、ＧｅＳｉ
膜２は縮退するほど高濃度にｐ型の不純物が導入されて
いるため、ＧｅＳｉ膜２のフェルミレベルＥFはバレン
スバンド端ＥＶより下にきており、バリア高φ1 はＧｅ
Ｓｉ膜２のフェルミレベルＥF とＳｉ半導体基板１のバ
レンスバンド端の差になる。
するためのエネルギーバンド図である。図９において、
ＥF はフェルミレベル、ＥＶはバレンスバンド端、ＥC
はコンダクションバンド端を示し、Ｓｉ半導体基板１と
ＧｅＳｉ膜２のフェルミレベルには印加電圧Ｖ1 の差が
ついており、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜２はバリア
高φ1 のヘテロ接合を形成している。ここで、ＧｅＳｉ
膜２は縮退するほど高濃度にｐ型の不純物が導入されて
いるため、ＧｅＳｉ膜２のフェルミレベルＥFはバレン
スバンド端ＥＶより下にきており、バリア高φ1 はＧｅ
Ｓｉ膜２のフェルミレベルＥF とＳｉ半導体基板１のバ
レンスバンド端の差になる。
【０００４】次に動作について説明する。ＧｅＳｉ膜２
に導入されたｐ型の不純物によりＧｅＳｉ膜２のフェル
ミレベルＥF とバレンスバンドＥＶの間にホールが形成
されている。光が入射するとホールが励起されホットホ
ールａが生成される。ヘテロ接合のバリア高φ1 より大
きなエネルギ（ｈν、ｈはプランクの定数、νは入射す
る振動数）を持った光によって生成されたホットホール
ａはバリアを越える可能性を持つが、ヘテロ接合のバリ
ア高φ1 より小さなエネルギを持った光によって生成さ
れたホットホールａはバリアを越えることができないた
め、遮断波長はバリア高φ1 で決まる。
に導入されたｐ型の不純物によりＧｅＳｉ膜２のフェル
ミレベルＥF とバレンスバンドＥＶの間にホールが形成
されている。光が入射するとホールが励起されホットホ
ールａが生成される。ヘテロ接合のバリア高φ1 より大
きなエネルギ（ｈν、ｈはプランクの定数、νは入射す
る振動数）を持った光によって生成されたホットホール
ａはバリアを越える可能性を持つが、ヘテロ接合のバリ
ア高φ1 より小さなエネルギを持った光によって生成さ
れたホットホールａはバリアを越えることができないた
め、遮断波長はバリア高φ1 で決まる。
【０００５】ヘテロ接合のバリア高φ1 より大きなエネ
ルギを持った光によって生成されたホットホールａのう
ち、ヘテロ接合の接合界面の方向ｘ1 へ動いたホットホ
ールａはバリアを越え光電流になる確率を持つが、ヘテ
ロ界面と反対の方向ｘ2 へ動いたホットホールａはバリ
アを越えることはできない。しかしながら、ＧｅＳｉ膜
２の膜厚がホットホールの平均自由行程に比較して十分
薄い場合は、図９に示すように、ヘテロ界面と反対の方
向ｘ2 へ動いたホットホールａもＧｅＳｉ膜２の端部で
ヘテロ界面の方向ｘ1 へ反射され、バリアを越える確率
が出てくるため感度が向上する。ＧｅＳｉ膜２の膜厚が
減ると、光吸収が減り生成されるホットホールａの数が
減るので、膜厚には最適値がある。
ルギを持った光によって生成されたホットホールａのう
ち、ヘテロ接合の接合界面の方向ｘ1 へ動いたホットホ
ールａはバリアを越え光電流になる確率を持つが、ヘテ
ロ界面と反対の方向ｘ2 へ動いたホットホールａはバリ
アを越えることはできない。しかしながら、ＧｅＳｉ膜
２の膜厚がホットホールの平均自由行程に比較して十分
薄い場合は、図９に示すように、ヘテロ界面と反対の方
向ｘ2 へ動いたホットホールａもＧｅＳｉ膜２の端部で
ヘテロ界面の方向ｘ1 へ反射され、バリアを越える確率
が出てくるため感度が向上する。ＧｅＳｉ膜２の膜厚が
減ると、光吸収が減り生成されるホットホールａの数が
減るので、膜厚には最適値がある。
【０００６】また、ＧｅＳｉ膜２はＧｅの混晶比によっ
てバンドギャップの広さを連続的に変えることができ
る。すなわち、Ｇｅ混晶比が大きいほどバンドギャップ
は狭くなる。また、ＧｅＳｉ膜２のフェルミレベルはＧ
ｅＳｉ膜２に導入されたボロン等のｐ型不純物の濃度に
依存する。したがって、ヘテロ接合のバリア高φ1 は、
ＧｅＳｉ膜２のＧｅ混晶比とｐ型不純物の濃度で決ま
る。また、感度は、ボロン等のｐ型不純物の濃度が高い
ほど高くなるので、ｐ型不純物はできるだけ高濃度に
（一般に１０20ｃｍ3 以上）導入する。このように、一
般に、バリア高φ1 （遮断波長）はＧｅの混晶比で制御
される。
てバンドギャップの広さを連続的に変えることができ
る。すなわち、Ｇｅ混晶比が大きいほどバンドギャップ
は狭くなる。また、ＧｅＳｉ膜２のフェルミレベルはＧ
ｅＳｉ膜２に導入されたボロン等のｐ型不純物の濃度に
依存する。したがって、ヘテロ接合のバリア高φ1 は、
ＧｅＳｉ膜２のＧｅ混晶比とｐ型不純物の濃度で決ま
る。また、感度は、ボロン等のｐ型不純物の濃度が高い
ほど高くなるので、ｐ型不純物はできるだけ高濃度に
（一般に１０20ｃｍ3 以上）導入する。このように、一
般に、バリア高φ1 （遮断波長）はＧｅの混晶比で制御
される。
【０００７】そして、赤外線の撮像では、３〜５μｍ帯
と１０μｍ帯（８〜１４μｍ）と呼ばれる大気の透過率
がよい波長帯が利用され、ＧｅＳｉとＳｉのヘテロ接合
検出器では、Ｇｅの混晶比によって遮断波長を制御でき
るため、３〜５μｍ帯の検出器としても１０μｍ帯の検
出器としても使用可能である。しかし、検出器の特性
は、撮像対象に合わせて選択する必要がある。３〜５μ
ｍ帯と１０μｍ帯では撮像状況が異なり、例えば高温の
物体を撮像する場合は、コントラストの高い３〜５μｍ
帯の赤外光を利用した方がよいが、低温の物体を撮像す
る場合は、低温物体の放射光に対する感度がよい１０μ
ｍ帯を利用した方がよい。また、撮像対象の放射光の強
度によって検出器の感度を調整する必要がある。
と１０μｍ帯（８〜１４μｍ）と呼ばれる大気の透過率
がよい波長帯が利用され、ＧｅＳｉとＳｉのヘテロ接合
検出器では、Ｇｅの混晶比によって遮断波長を制御でき
るため、３〜５μｍ帯の検出器としても１０μｍ帯の検
出器としても使用可能である。しかし、検出器の特性
は、撮像対象に合わせて選択する必要がある。３〜５μ
ｍ帯と１０μｍ帯では撮像状況が異なり、例えば高温の
物体を撮像する場合は、コントラストの高い３〜５μｍ
帯の赤外光を利用した方がよいが、低温の物体を撮像す
る場合は、低温物体の放射光に対する感度がよい１０μ
ｍ帯を利用した方がよい。また、撮像対象の放射光の強
度によって検出器の感度を調整する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のヘテロ接合型の光検出器では、検出器の分光感度特性
は、Ｇｅ混晶比とボロン濃度で決まっているため、撮像
対象に合わせて検出器の分光感度特性を変えることはで
きなかった。例えば遮断波長が十分長く、３〜５μｍ帯
だけでなく１０μｍ帯にも感度がある場合で、撮像対象
が変化し３〜５μｍ帯の光信号成分を減じたい場合は、
光学フィルタ等を取り付けて、３〜５μｍ帯の光を減光
する必要があった。また、例えば撮像対象の赤外線放射
光の強度が変化し放射量が大きくなった場合は、撮像素
子の出力が飽和しないように入射光量を減らす必要があ
った。
のヘテロ接合型の光検出器では、検出器の分光感度特性
は、Ｇｅ混晶比とボロン濃度で決まっているため、撮像
対象に合わせて検出器の分光感度特性を変えることはで
きなかった。例えば遮断波長が十分長く、３〜５μｍ帯
だけでなく１０μｍ帯にも感度がある場合で、撮像対象
が変化し３〜５μｍ帯の光信号成分を減じたい場合は、
光学フィルタ等を取り付けて、３〜５μｍ帯の光を減光
する必要があった。また、例えば撮像対象の赤外線放射
光の強度が変化し放射量が大きくなった場合は、撮像素
子の出力が飽和しないように入射光量を減らす必要があ
った。
【０００９】可視光の撮像装置の場合は、レンズの開口
絞りを絞ってやれば調整が可能であるが、赤外線の撮像
装置ではレンズの開口絞りを絞っても絞り自身からの赤
外線放射量が増えるため、雑音光が増えＳ／Ｎ（Ｓは信
号、Ｎはノイズ）が劣化してしまう問題点がある。した
がって、分光感度特性の調整機能を持たない従来の赤外
線検出器では撮像対象の変化に合わせて光学フイルタを
取り付けたり、Ｓ／Ｎの劣化を伴うレンズの開口絞りを
絞るしかなかった。
絞りを絞ってやれば調整が可能であるが、赤外線の撮像
装置ではレンズの開口絞りを絞っても絞り自身からの赤
外線放射量が増えるため、雑音光が増えＳ／Ｎ（Ｓは信
号、Ｎはノイズ）が劣化してしまう問題点がある。した
がって、分光感度特性の調整機能を持たない従来の赤外
線検出器では撮像対象の変化に合わせて光学フイルタを
取り付けたり、Ｓ／Ｎの劣化を伴うレンズの開口絞りを
絞るしかなかった。
【００１０】この発明は上述した従来例に係る問題点を
解消するためになされたもので、ヘテロ接合の分光感度
特性を外部より印加する電圧によって容易に変えられる
光検出器並びに赤外線検出器を得ることを目的とする。
解消するためになされたもので、ヘテロ接合の分光感度
特性を外部より印加する電圧によって容易に変えられる
光検出器並びに赤外線検出器を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る光検出器は、第１導電型の第１の半導体基板と、この
第１の半導体基板上に形成されて、縮退する程度に高濃
度の第１導電型の不純物が導入され、かつ上記第１の半
導体基板とはヘテロ接合された第２の半導体膜と、上記
第１と第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から第１の半導体基板間に流れる光電流
を検出する検出手段とを備えた光検出器において、上記
第２の半導体膜上に形成されて、縮退しない程度の低濃
度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノンドープ
で、かつ上記第２の半導体膜と接する界面近傍に第２導
電型の不純物が導入された第３の半導体膜と、この第３
の半導体膜上に形成された電極と、上記第２の半導体膜
と上記電極間に電圧を印加する他の電源とを備えたこと
を特徴とするものである。
る光検出器は、第１導電型の第１の半導体基板と、この
第１の半導体基板上に形成されて、縮退する程度に高濃
度の第１導電型の不純物が導入され、かつ上記第１の半
導体基板とはヘテロ接合された第２の半導体膜と、上記
第１と第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から第１の半導体基板間に流れる光電流
を検出する検出手段とを備えた光検出器において、上記
第２の半導体膜上に形成されて、縮退しない程度の低濃
度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノンドープ
で、かつ上記第２の半導体膜と接する界面近傍に第２導
電型の不純物が導入された第３の半導体膜と、この第３
の半導体膜上に形成された電極と、上記第２の半導体膜
と上記電極間に電圧を印加する他の電源とを備えたこと
を特徴とするものである。
【００１２】また、請求項２に係る赤外線検出器は、第
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から上記第１の半導体基板間に流れる光
電流を検出する検出手段とを備えた赤外線検出器におい
て、上記混晶半導体上に形成されて、縮退しない程度の
低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノンド
ープで、かつ上記混晶半導体と接する界面に第２導電型
の不純物が導入されて上記ヘテロ結合のバリア高よりも
高いバリア高を有する第３の半導体膜と、この第３の半
導体膜上に形成された電極と、上記第２の半導体膜と上
記電極間に電圧を印加する他の電源とを備えたことを特
徴とするものである。
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から上記第１の半導体基板間に流れる光
電流を検出する検出手段とを備えた赤外線検出器におい
て、上記混晶半導体上に形成されて、縮退しない程度の
低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノンド
ープで、かつ上記混晶半導体と接する界面に第２導電型
の不純物が導入されて上記ヘテロ結合のバリア高よりも
高いバリア高を有する第３の半導体膜と、この第３の半
導体膜上に形成された電極と、上記第２の半導体膜と上
記電極間に電圧を印加する他の電源とを備えたことを特
徴とするものである。
【００１３】また、請求項３に係る赤外線検出器は、第
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から上記第１の半導体基板間に流れる光
電流を検出する検出手段とを備えた赤外線検出器におい
て、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しない程
度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノ
ンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面に第
２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ結合のバリア
高よりも高いバリア高を有する上記第１の半導体基板と
同じ素材でなる第３の半導体膜と、この第３の半導体膜
上に形成された電極と、上記第２の半導体膜と上記電極
間に電圧を印加する他の電源とを備えたことを特徴とす
るものである。
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から上記第１の半導体基板間に流れる光
電流を検出する検出手段とを備えた赤外線検出器におい
て、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しない程
度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノ
ンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面に第
２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ結合のバリア
高よりも高いバリア高を有する上記第１の半導体基板と
同じ素材でなる第３の半導体膜と、この第３の半導体膜
上に形成された電極と、上記第２の半導体膜と上記電極
間に電圧を印加する他の電源とを備えたことを特徴とす
るものである。
【００１４】また、請求項４に係る赤外線検出器は、第
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源とを備え
た赤外線検出器において、上記第２の半導体膜上に形成
されて、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純物
がもしくはノンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接
する界面に第２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ
結合のバリア高よりも低いバリア高を有する第３の半導
体膜と、この第３の半導体膜上に形成された電極と、上
記第２の半導体膜と上記電極間に電圧を印加する他の電
源と、上記第２の半導体膜から上記第１の半導体基板と
第３の半導体膜に流れる光電流を検出する検出手段とを
備えたことを特徴とするものである。
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源とを備え
た赤外線検出器において、上記第２の半導体膜上に形成
されて、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純物
がもしくはノンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接
する界面に第２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ
結合のバリア高よりも低いバリア高を有する第３の半導
体膜と、この第３の半導体膜上に形成された電極と、上
記第２の半導体膜と上記電極間に電圧を印加する他の電
源と、上記第２の半導体膜から上記第１の半導体基板と
第３の半導体膜に流れる光電流を検出する検出手段とを
備えたことを特徴とするものである。
【００１５】また、請求項５に係る光検出器は、第１導
電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板上に
形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の不純
物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテロ接
合された第２の半導体膜と、上記第１と第２の半導体膜
間に電圧を印加する電源と、上記第２の半導体膜から第
１の半導体基板間に流れる光電流を検出する検出手段と
を備えた光検出器において、上記第２の半導体膜上に形
成されて、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純
物が導入されもしくはノンドープで、かつ上記第２の半
導体膜と接する界面に第２導電型の不純物が導入されて
上記ヘテロ接合のバリア高よりも高いバリア高を有する
第３の半導体膜と、この第３の半導体膜上に形成されて
上記バリア高を越えて蓄積されるホールに対応する信号
電荷を減じるための絶縁膜と、この絶縁膜上に形成され
た電極と、上記第１の半導体基板と上記電極間に電圧を
印加する他の電源と、上記第２の半導体膜に接続されて
該第２の半導体膜に蓄積された光信号電荷を読み出すト
ランジスタスイッチとを備えたことを特徴とするもので
ある。
電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板上に
形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の不純
物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテロ接
合された第２の半導体膜と、上記第１と第２の半導体膜
間に電圧を印加する電源と、上記第２の半導体膜から第
１の半導体基板間に流れる光電流を検出する検出手段と
を備えた光検出器において、上記第２の半導体膜上に形
成されて、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純
物が導入されもしくはノンドープで、かつ上記第２の半
導体膜と接する界面に第２導電型の不純物が導入されて
上記ヘテロ接合のバリア高よりも高いバリア高を有する
第３の半導体膜と、この第３の半導体膜上に形成されて
上記バリア高を越えて蓄積されるホールに対応する信号
電荷を減じるための絶縁膜と、この絶縁膜上に形成され
た電極と、上記第１の半導体基板と上記電極間に電圧を
印加する他の電源と、上記第２の半導体膜に接続されて
該第２の半導体膜に蓄積された光信号電荷を読み出すト
ランジスタスイッチとを備えたことを特徴とするもので
ある。
【００１６】また、請求項６に係る光検出器は、第１導
電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板上に
形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の不純
物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテロ接
合された第２の半導体膜と、上記第１と第２の半導体膜
間に電圧を印加する電源と、上記第２の半導体膜から第
１の半導体基板間に流れる光電流を検出する検出手段と
を備えた光検出器において、上記第２の半導体膜上に形
成されて、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純
物が導入されもしくはノンドープで、かつ上記第２の半
導体膜と接する界面近傍に第２導電型の不純物が導入さ
れた第３の半導体膜と、この第３の半導体膜上に形成さ
れた電極と、上記第１の半導体基板と上記電極間に電圧
を印加する他の電源と、上記第２の半導体膜にソースが
接続された第１のトランジスタと、この第１のトランジ
スタのドレインに接続されてこの第１のトランジスタを
介して上記第２の半導体膜で発生した光信号電荷を一時
蓄積する蓄積手段と、上記第１のトランジスタのドレイ
ンにソースが接続されて上記蓄積手段に蓄積された光信
号電荷を読み出す第２のトランジスタとを備えたことを
特徴とするものである。
電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板上に
形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の不純
物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテロ接
合された第２の半導体膜と、上記第１と第２の半導体膜
間に電圧を印加する電源と、上記第２の半導体膜から第
１の半導体基板間に流れる光電流を検出する検出手段と
を備えた光検出器において、上記第２の半導体膜上に形
成されて、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純
物が導入されもしくはノンドープで、かつ上記第２の半
導体膜と接する界面近傍に第２導電型の不純物が導入さ
れた第３の半導体膜と、この第３の半導体膜上に形成さ
れた電極と、上記第１の半導体基板と上記電極間に電圧
を印加する他の電源と、上記第２の半導体膜にソースが
接続された第１のトランジスタと、この第１のトランジ
スタのドレインに接続されてこの第１のトランジスタを
介して上記第２の半導体膜で発生した光信号電荷を一時
蓄積する蓄積手段と、上記第１のトランジスタのドレイ
ンにソースが接続されて上記蓄積手段に蓄積された光信
号電荷を読み出す第２のトランジスタとを備えたことを
特徴とするものである。
【００１７】
【作用】この発明の請求項１に係る光検出器において
は、第２の半導体膜の接する第３の半導体膜の界面に導
入した第２導電型の不純物により第１の半導体基板と第
２の半導体膜で形成されるヘテロ接合よりも高いバリア
が第２と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリアの
高さを第３の半導体膜上に形成された電極に印加する電
圧によって変えることができ、このバリアの高さより大
きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接合よりは
大きいが上記バリア高よりは小さなエネルギを持った長
波長の光では、光により発生したホットホールの第２の
半導体膜と他の半導体の界面での反射状態が変わり反射
による感度向上効果が異なるが、電極に印加する電圧に
よりバリアの高さが変化し、検出器の分光感度特性を変
えることを可能にする。
は、第２の半導体膜の接する第３の半導体膜の界面に導
入した第２導電型の不純物により第１の半導体基板と第
２の半導体膜で形成されるヘテロ接合よりも高いバリア
が第２と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリアの
高さを第３の半導体膜上に形成された電極に印加する電
圧によって変えることができ、このバリアの高さより大
きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接合よりは
大きいが上記バリア高よりは小さなエネルギを持った長
波長の光では、光により発生したホットホールの第２の
半導体膜と他の半導体の界面での反射状態が変わり反射
による感度向上効果が異なるが、電極に印加する電圧に
よりバリアの高さが変化し、検出器の分光感度特性を変
えることを可能にする。
【００１８】また、請求項２に係る赤外線検出器におい
ては、他の混晶半導体の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と混晶半導体で形成され
るヘテロ接合のバリア高よりも高いバリアが混晶半導体
と他の混晶半導体の間に形成され、そのバリアの高さが
他の混晶半導体の上に形成された電極に印加する電圧に
よって変えることができ、このバリアの高さより大きな
エネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接合よりは大き
いがバリアよりは小さなエネルギを持った長波長の光で
は、光により発生したホットホールの混晶半導体と他の
半導体の界面での反射状態が変わり、反射による感度向
上効果が異なるが、電極に印加する電圧によりバリアの
高さが変化し、検出器の分光感度特性を変えることを可
能にする。
ては、他の混晶半導体の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と混晶半導体で形成され
るヘテロ接合のバリア高よりも高いバリアが混晶半導体
と他の混晶半導体の間に形成され、そのバリアの高さが
他の混晶半導体の上に形成された電極に印加する電圧に
よって変えることができ、このバリアの高さより大きな
エネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接合よりは大き
いがバリアよりは小さなエネルギを持った長波長の光で
は、光により発生したホットホールの混晶半導体と他の
半導体の界面での反射状態が変わり、反射による感度向
上効果が異なるが、電極に印加する電圧によりバリアの
高さが変化し、検出器の分光感度特性を変えることを可
能にする。
【００１９】また、請求項３に係る赤外線検出器におい
ては、第３の半導体膜の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と混晶半導体で形成され
るヘテロ接合のバリア高よりも高いバリアが混晶半導体
と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリアの高さが
第３の半導体膜の上に形成された電極に印加する電圧に
よって変えることができ、このバリアの高さより大きな
エネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接合よりは大き
いが上記バリアよりは小さなエネルギを持った長波長の
光では、光により発生したホットホールの混晶半導体と
他の半導体の界面での反射状態が変わり、反射による感
度向上効果が異なるが、電極に印加する電圧によりバリ
アの高さが変化し、検出器の分光感度特性を変えること
を可能にする。
ては、第３の半導体膜の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と混晶半導体で形成され
るヘテロ接合のバリア高よりも高いバリアが混晶半導体
と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリアの高さが
第３の半導体膜の上に形成された電極に印加する電圧に
よって変えることができ、このバリアの高さより大きな
エネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接合よりは大き
いが上記バリアよりは小さなエネルギを持った長波長の
光では、光により発生したホットホールの混晶半導体と
他の半導体の界面での反射状態が変わり、反射による感
度向上効果が異なるが、電極に印加する電圧によりバリ
アの高さが変化し、検出器の分光感度特性を変えること
を可能にする。
【００２０】また、請求項４に係る赤外線検出器におい
ては、他の混晶半導体の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と混晶半導体で形成され
るヘテロ接合のバリア高よりも低いバリア高が混晶半導
体と他の混晶半導体の間に形成され、そのバリアの高さ
が他の混晶半導体の上に形成された電極に印加する電圧
によって変えることができ、混晶半導体から他の半導体
に流れる光電流が信号となる。そして、ヘテロ接合より
小さなエネルギを持った光でもこのバリアの高さより大
きなエネルギを持っていれば光信号となるため、バリア
の高さを低くするほど長波長の感度が向上する。したが
って、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化
し、検出器の分光感度特性を変えることを可能にする。
ては、他の混晶半導体の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と混晶半導体で形成され
るヘテロ接合のバリア高よりも低いバリア高が混晶半導
体と他の混晶半導体の間に形成され、そのバリアの高さ
が他の混晶半導体の上に形成された電極に印加する電圧
によって変えることができ、混晶半導体から他の半導体
に流れる光電流が信号となる。そして、ヘテロ接合より
小さなエネルギを持った光でもこのバリアの高さより大
きなエネルギを持っていれば光信号となるため、バリア
の高さを低くするほど長波長の感度が向上する。したが
って、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化
し、検出器の分光感度特性を変えることを可能にする。
【００２１】また、請求項５に係る光検出器において
は、第２の半導体膜にＭＯＳトランジスタのソースが接
続されており、このトランジスタにより第２の半導体膜
に蓄積された信号電荷を読み出すようにし、第３の半導
体膜と電極の間に形成された絶縁膜は、ヘテロ接合と反
対側に形成されたバリアを越えたホールをため込む働き
をし、上記トランジスタがＯＦＦ状態の時は該トランジ
スタがＯＮ状態になるまで信号電荷とバリアを越えたホ
ールが蓄積され、トランジスタがＯＮ状態になったとき
に信号電荷は読み出される。
は、第２の半導体膜にＭＯＳトランジスタのソースが接
続されており、このトランジスタにより第２の半導体膜
に蓄積された信号電荷を読み出すようにし、第３の半導
体膜と電極の間に形成された絶縁膜は、ヘテロ接合と反
対側に形成されたバリアを越えたホールをため込む働き
をし、上記トランジスタがＯＦＦ状態の時は該トランジ
スタがＯＮ状態になるまで信号電荷とバリアを越えたホ
ールが蓄積され、トランジスタがＯＮ状態になったとき
に信号電荷は読み出される。
【００２２】さらに、請求項６に係る光検出器において
は、第２の半導体膜に接続された第１のトランジスタ
は、第２の半導体膜の電位を固定し、第２の半導体膜で
発生した光信号電荷をこの第１のトランジスタを介して
蓄積手段一時蓄積する働きがあり、蓄積動作中、第２の
半導体膜の電位が変化しないため、第２の半導体膜と第
３の半導体膜の間に形成されるバリアの高さを蓄積動作
の間一定にする働きを持つ。
は、第２の半導体膜に接続された第１のトランジスタ
は、第２の半導体膜の電位を固定し、第２の半導体膜で
発生した光信号電荷をこの第１のトランジスタを介して
蓄積手段一時蓄積する働きがあり、蓄積動作中、第２の
半導体膜の電位が変化しないため、第２の半導体膜と第
３の半導体膜の間に形成されるバリアの高さを蓄積動作
の間一定にする働きを持つ。
【００２３】
実施例１．以下、この発明の実施例１に係る光検出器と
しての赤外線検出器を図を参照して詳細に説明する。図
１は実施例１に係る赤外線検出器を示す概略構造図であ
る。図１において、図８に示す従来例と同一符号は同一
または相当部分を示し、１はｐ型のＳｉ半導体基板、２
はボロン等のｐ型の不純物を縮退する程度に高濃度（ｐ
型ドーパントが１０19個／ｃｍ3 以上）に導入したＧｅ
Ｓｉ膜で、このＧｅＳｉ膜２は、ＧｅとＳｉの合金でな
る混晶半導体をなし、Ｓｉに対するＧｅの混晶比によっ
てエネルギーバンドのバンドギャップを連続的に変える
ことができ、上記ｐ型のＳｉ半導体基板１とはバンドギ
ャップが異なる半導体を形成する。Ｖ1 はＳｉ半導体基
板１とＧｅＳｉ膜２間に電圧を印加する電源による印加
電圧、ＡはＧｅＳｉ膜２からＳｉ半導体基板１に流れる
光電流を検出するための電流計を示す。
しての赤外線検出器を図を参照して詳細に説明する。図
１は実施例１に係る赤外線検出器を示す概略構造図であ
る。図１において、図８に示す従来例と同一符号は同一
または相当部分を示し、１はｐ型のＳｉ半導体基板、２
はボロン等のｐ型の不純物を縮退する程度に高濃度（ｐ
型ドーパントが１０19個／ｃｍ3 以上）に導入したＧｅ
Ｓｉ膜で、このＧｅＳｉ膜２は、ＧｅとＳｉの合金でな
る混晶半導体をなし、Ｓｉに対するＧｅの混晶比によっ
てエネルギーバンドのバンドギャップを連続的に変える
ことができ、上記ｐ型のＳｉ半導体基板１とはバンドギ
ャップが異なる半導体を形成する。Ｖ1 はＳｉ半導体基
板１とＧｅＳｉ膜２間に電圧を印加する電源による印加
電圧、ＡはＧｅＳｉ膜２からＳｉ半導体基板１に流れる
光電流を検出するための電流計を示す。
【００２４】３はＧｅとＳｉの合金でなる混晶半導体
で、ＧｅＳｉ膜２上に形成されて、縮退しない程度の低
濃度（ｐ型ドーパントが１０17個／ｃｍ3 以下）のｐ型
不純物が導入されもしくはノンドープのＧｅＳｉ膜で、
このｐ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の上記ＧｅＳｉ
膜２と接する界面には、上記Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳ
ｉ膜２で形成されるヘテロ接合のバリア高φ1 よりも高
いバリア高φ2 が上記ＧｅＳｉ膜２と低濃度の上記Ｇｅ
Ｓｉ膜３の間に形成されるように、ｎ型（ここでは、ｎ
型を第２導電型という）の不純物が導入されている。ま
た、４はｐ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の上に電気
的に接続されて形成された電極である。ここで、上記バ
リア高φ2 の高さは、周知のように、低濃度のＧｅＳｉ
膜３の上記ＧｅＳｉ膜２と接する界面に導入するｎ型不
純物の濃度を低くすれば低くなり（または、Ｓｉに対す
るＧｅの混晶比を大きくするか、または不純物導入層の
幅を狭くすれば低くなり）、バンドギャップ以下の任意
の値にすることが可能である。なお、Ｖ2 はＧｅＳｉ膜
２と電極４の間に電圧を印加する電源による印加電圧で
ある。
で、ＧｅＳｉ膜２上に形成されて、縮退しない程度の低
濃度（ｐ型ドーパントが１０17個／ｃｍ3 以下）のｐ型
不純物が導入されもしくはノンドープのＧｅＳｉ膜で、
このｐ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の上記ＧｅＳｉ
膜２と接する界面には、上記Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳ
ｉ膜２で形成されるヘテロ接合のバリア高φ1 よりも高
いバリア高φ2 が上記ＧｅＳｉ膜２と低濃度の上記Ｇｅ
Ｓｉ膜３の間に形成されるように、ｎ型（ここでは、ｎ
型を第２導電型という）の不純物が導入されている。ま
た、４はｐ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の上に電気
的に接続されて形成された電極である。ここで、上記バ
リア高φ2 の高さは、周知のように、低濃度のＧｅＳｉ
膜３の上記ＧｅＳｉ膜２と接する界面に導入するｎ型不
純物の濃度を低くすれば低くなり（または、Ｓｉに対す
るＧｅの混晶比を大きくするか、または不純物導入層の
幅を狭くすれば低くなり）、バンドギャップ以下の任意
の値にすることが可能である。なお、Ｖ2 はＧｅＳｉ膜
２と電極４の間に電圧を印加する電源による印加電圧で
ある。
【００２５】また、図２は図１の赤外線検出器の動作を
説明するためのエネルギーバンド図である。図２におい
て、ＥF2、ＥF4はＧｅＳｉ膜２と電極４のフェルミレベ
ル、ＥV3、ＥV3はＰ+ 型ＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧｅＳ
ｉ膜３のバレンスバンド端、Ｖ1 はＳｉ半導体基板１と
ＧｅＳｉ膜２間の印加電圧、Ｖ2 はＧｅＳｉ膜２と電極
４の間の印加電圧、Ｖ2′は変動時の印加電圧、φ1 は
Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜２のヘテロ接合のバリア
高、φ2 はＧｅＳｉ膜２とｐ型不純物が低濃度のＧｅＳ
ｉ膜３のバリア高で、また、ＥV3′、ＥF4′、φ2 ′は
変動時の印加電圧Ｖ2′に対応する各符号を示す。
説明するためのエネルギーバンド図である。図２におい
て、ＥF2、ＥF4はＧｅＳｉ膜２と電極４のフェルミレベ
ル、ＥV3、ＥV3はＰ+ 型ＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧｅＳ
ｉ膜３のバレンスバンド端、Ｖ1 はＳｉ半導体基板１と
ＧｅＳｉ膜２間の印加電圧、Ｖ2 はＧｅＳｉ膜２と電極
４の間の印加電圧、Ｖ2′は変動時の印加電圧、φ1 は
Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜２のヘテロ接合のバリア
高、φ2 はＧｅＳｉ膜２とｐ型不純物が低濃度のＧｅＳ
ｉ膜３のバリア高で、また、ＥV3′、ＥF4′、φ2 ′は
変動時の印加電圧Ｖ2′に対応する各符号を示す。
【００２６】次に動作について図２を参照して説明す
る。ＧｅＳｉ膜２に導入されたｐ型の不純物によりＧｅ
Ｓｉ膜２のフェルミレベルＥF2とバレンスバンド端ＥV2
の間にホールが形成されている。このＧｅＳｉ膜２に光
が入射すると、ホールが励起されホットホールａが生成
される。ヘテロ接合のバリア高φ1 より大きなエネルギ
を持った光によって生成されたホットホールａはバリア
高φ1 を越える可能性を持つが、ヘテロ接合のバリア高
φ1 より小さなエネルギを持った光によって生成された
ホットホールはバリアを越えることができないため、遮
断波長はバリア高φ1 で決まる。
る。ＧｅＳｉ膜２に導入されたｐ型の不純物によりＧｅ
Ｓｉ膜２のフェルミレベルＥF2とバレンスバンド端ＥV2
の間にホールが形成されている。このＧｅＳｉ膜２に光
が入射すると、ホールが励起されホットホールａが生成
される。ヘテロ接合のバリア高φ1 より大きなエネルギ
を持った光によって生成されたホットホールａはバリア
高φ1 を越える可能性を持つが、ヘテロ接合のバリア高
φ1 より小さなエネルギを持った光によって生成された
ホットホールはバリアを越えることができないため、遮
断波長はバリア高φ1 で決まる。
【００２７】ヘテロ接合のバリア高φ1 より大きなエネ
ルギを持った光によって生成されたホットホールａのう
ち、ヘテロ接合の接合界面の方向ｘ1 へ動いたホットホ
ールａはバリアを越え光電流になる確率を持つが、ヘテ
ロ界面と反対の方向ｘ2 へ動いたホットホールａはバリ
アを越えることはできない。しかしながら、ＧｅＳｉ膜
２の膜厚がホットホールａの平均自由行程に比較して十
分薄い場合は、図２に示すように、ヘテロ界面と反対の
方向ｘ2 へ動いたホットホールａもＧｅＳｉ膜２端でヘ
テロ界面の方向ｘ1 へ反射され、バリアを越える確率が
出てくるため感度が向上する。
ルギを持った光によって生成されたホットホールａのう
ち、ヘテロ接合の接合界面の方向ｘ1 へ動いたホットホ
ールａはバリアを越え光電流になる確率を持つが、ヘテ
ロ界面と反対の方向ｘ2 へ動いたホットホールａはバリ
アを越えることはできない。しかしながら、ＧｅＳｉ膜
２の膜厚がホットホールａの平均自由行程に比較して十
分薄い場合は、図２に示すように、ヘテロ界面と反対の
方向ｘ2 へ動いたホットホールａもＧｅＳｉ膜２端でヘ
テロ界面の方向ｘ1 へ反射され、バリアを越える確率が
出てくるため感度が向上する。
【００２８】ところが、ヘテロ接合のバリア高φ1 より
も大きなエネルギを持った光のなかでも、バリア高φ2
より大きなエネルギを持った短波長の光に対しては、生
成されたホットホールｂはバリア高φ2 を越えてしまう
ため、反射による感度向上効果がなく、感度は減少す
る。このバリア高φ2 の高さは、電極４に印加する電圧
Ｖ2 により変えることができ、図２に点線で示すよう
に、印加電圧Ｖ2 をＶ2′に増加させると、バリア高φ2
はφ2′となって低くなり、いままで反射による感度向
上効果のあったホットホールａもバリア高φ2′を越え
るようになり、感度が減少する。
も大きなエネルギを持った光のなかでも、バリア高φ2
より大きなエネルギを持った短波長の光に対しては、生
成されたホットホールｂはバリア高φ2 を越えてしまう
ため、反射による感度向上効果がなく、感度は減少す
る。このバリア高φ2 の高さは、電極４に印加する電圧
Ｖ2 により変えることができ、図２に点線で示すよう
に、印加電圧Ｖ2 をＶ2′に増加させると、バリア高φ2
はφ2′となって低くなり、いままで反射による感度向
上効果のあったホットホールａもバリア高φ2′を越え
るようになり、感度が減少する。
【００２９】すなわち、図２に示すように、ＧｅＳｉ膜
２と電極４のフェルミレベルをそれぞれＥF2、ＥF4とし
たとき、印加電圧Ｖ2 はＶ2 ＝ＥF4−ＥF2で表され、印
加電圧Ｖ2 を増加させてＶ2′にすると、Ｖ2′＝ＥF4′
−ＥF2となり、電極４のフェルミレベルＥF4がＥF4′
となり、これに伴い、低濃度のｐ+ 型ＧｅＳｉ膜３のバ
レンスバンド端ＥV3もＥV3′となり、従って、バリア高
φ2 の高さはφ2′に低くなる。
２と電極４のフェルミレベルをそれぞれＥF2、ＥF4とし
たとき、印加電圧Ｖ2 はＶ2 ＝ＥF4−ＥF2で表され、印
加電圧Ｖ2 を増加させてＶ2′にすると、Ｖ2′＝ＥF4′
−ＥF2となり、電極４のフェルミレベルＥF4がＥF4′
となり、これに伴い、低濃度のｐ+ 型ＧｅＳｉ膜３のバ
レンスバンド端ＥV3もＥV3′となり、従って、バリア高
φ2 の高さはφ2′に低くなる。
【００３０】したがって、例えばヘテロ接合のバリア高
φ1 の高さを０．０８ｅＶ（遮断波長で１５．５μｍに
対応）に設定した１０μｍ帯用の検出器において、バリ
ア高φ2 の初期の高さを０．１６ｅＶ（遮断波長で７．
７５μｍに対応）に設定し、印加電圧Ｖ2 をＶ2′に増
加して、バリア高φ2 の高さを、ヘテロ接合のバリア高
φ1 の高さ程度のバリア高φ2′まで低くした場合、印
加電圧を増すことにより１０μｍ帯の感度を減ずること
ができる。
φ1 の高さを０．０８ｅＶ（遮断波長で１５．５μｍに
対応）に設定した１０μｍ帯用の検出器において、バリ
ア高φ2 の初期の高さを０．１６ｅＶ（遮断波長で７．
７５μｍに対応）に設定し、印加電圧Ｖ2 をＶ2′に増
加して、バリア高φ2 の高さを、ヘテロ接合のバリア高
φ1 の高さ程度のバリア高φ2′まで低くした場合、印
加電圧を増すことにより１０μｍ帯の感度を減ずること
ができる。
【００３１】なお、上記実施例１では、ＧｅＳｉ膜３と
低濃度のＧｅＳｉ膜２のＧｅ混晶比が同じ場合について
説明したものであるが、これは異なっていてもよい。ま
た、低濃度のＧｅＳｉ膜３のＧｅ混晶比が膜内で一定で
ある場合について説明したものであるが、膜内で異なっ
ていてもよい。
低濃度のＧｅＳｉ膜２のＧｅ混晶比が同じ場合について
説明したものであるが、これは異なっていてもよい。ま
た、低濃度のＧｅＳｉ膜３のＧｅ混晶比が膜内で一定で
ある場合について説明したものであるが、膜内で異なっ
ていてもよい。
【００３２】以上のように、上記実施例１によれば、ｐ
型のＳｉ半導体基板１とヘテロ接合されたＧｅＳｉ膜２
上に、ｐ型不純物濃度の薄いもしくはノンドープのＧｅ
Ｓｉ膜３を形成し、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜２で
形成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅＳｉ膜２
と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成されるように、Ｇｅ
Ｓｉ膜２と接する低濃度のＧｅＳｉ膜３の界面にｎ型不
純物を導入することにより、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳ
ｉ膜２で形成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅ
Ｓｉ膜２と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成され、その
バリアの高さが低濃度のＧｅＳｉ膜３上に形成された電
極に印加する電圧によって変えることができ、検出器の
分光感度特性を容易に変えることができる。
型のＳｉ半導体基板１とヘテロ接合されたＧｅＳｉ膜２
上に、ｐ型不純物濃度の薄いもしくはノンドープのＧｅ
Ｓｉ膜３を形成し、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜２で
形成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅＳｉ膜２
と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成されるように、Ｇｅ
Ｓｉ膜２と接する低濃度のＧｅＳｉ膜３の界面にｎ型不
純物を導入することにより、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳ
ｉ膜２で形成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅ
Ｓｉ膜２と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成され、その
バリアの高さが低濃度のＧｅＳｉ膜３上に形成された電
極に印加する電圧によって変えることができ、検出器の
分光感度特性を容易に変えることができる。
【００３３】すなわち、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜
２で形成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅＳｉ
膜２と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成され、そのバリ
アの高さが低濃度のＧｅＳｉ膜３上に形成された電極に
印加する電圧によって変えることができ、そのバリアの
高さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ
接合よりは大きいがバリアよりは小さなエネルギを持っ
た長波長の光では光により発生したホットホールのＧｅ
Ｓｉ膜２と他の膜の界面での反射状態が変わり、反射に
よる感度向上効果が異なることになるので、したがっ
て、電極に印加する電圧により、バリアの高さが変化し
検出器の分光感度特性を変えることができる。
２で形成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅＳｉ
膜２と低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成され、そのバリ
アの高さが低濃度のＧｅＳｉ膜３上に形成された電極に
印加する電圧によって変えることができ、そのバリアの
高さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ
接合よりは大きいがバリアよりは小さなエネルギを持っ
た長波長の光では光により発生したホットホールのＧｅ
Ｓｉ膜２と他の膜の界面での反射状態が変わり、反射に
よる感度向上効果が異なることになるので、したがっ
て、電極に印加する電圧により、バリアの高さが変化し
検出器の分光感度特性を変えることができる。
【００３４】実施例２．次に、図３は実施例２に係る赤
外線検出器を説明するためのエネルギーバンド図であ
る。図３において、図２に示す実施例１と同一符号は同
一または相当部分を示し、その説明は省略する。新たな
符号として、３′は縮退しない程度の低濃度のｐ型不純
物が導入されたＳｉ膜で、この実施例２における赤外線
検出器の構造としては、上記ｐ型不純物が低濃度のＳｉ
膜３′が、図１に示す実施例１のｐ型不純物が低濃度の
ＧｅＳｉ膜３に代えて設けられる点を除けば、実施例１
と同様である。
外線検出器を説明するためのエネルギーバンド図であ
る。図３において、図２に示す実施例１と同一符号は同
一または相当部分を示し、その説明は省略する。新たな
符号として、３′は縮退しない程度の低濃度のｐ型不純
物が導入されたＳｉ膜で、この実施例２における赤外線
検出器の構造としては、上記ｐ型不純物が低濃度のＳｉ
膜３′が、図１に示す実施例１のｐ型不純物が低濃度の
ＧｅＳｉ膜３に代えて設けられる点を除けば、実施例１
と同様である。
【００３５】この実施例２の基本的な動作も実施例１と
同じであるが、ｐ型不純物が低濃度のＳｉ膜３′とｐ+
型ＧｅＳｉ膜２の間には、図３に示すように、エネルギ
ーバンドの不連続性があるため、バリア高φ2 の高さは
ヘテロ接合のバリア高φ1 に比べ十分高く設定できる。
このため、短波長の光によって生成されたホットホール
ｂは、界面での反射による検出器感度の向上効果はない
が、長波長の光によって生成されたホットホールａおよ
びｃは、感度向上の効果がある。
同じであるが、ｐ型不純物が低濃度のＳｉ膜３′とｐ+
型ＧｅＳｉ膜２の間には、図３に示すように、エネルギ
ーバンドの不連続性があるため、バリア高φ2 の高さは
ヘテロ接合のバリア高φ1 に比べ十分高く設定できる。
このため、短波長の光によって生成されたホットホール
ｂは、界面での反射による検出器感度の向上効果はない
が、長波長の光によって生成されたホットホールａおよ
びｃは、感度向上の効果がある。
【００３６】しかしながら、電極４の印加電圧Ｖ2 を増
加させると、図３に点線で示したように、ホットホール
ａの感度向上効果がなくなる。一方、ホットホールｃの
状況は変化しない。したがって、例えばヘテロ接合のバ
リア高φ1 の高さを０．０８ｅＶ（遮断波長で１５．５
μｍに対応）に設定し、バリア高φ2 の初期高さを０．
５ｅＶ（２．５μｍに対応）に設定し、印加電圧Ｖ2 を
増してバリア高φ2 の高さを０．２ｅＶ（６．２μｍに
対応）程度まで低くした場合、印加電圧を増すことによ
り、１０μｍ帯の感度を減じることなく３〜５μｍ帯の
感度を減じることができる。
加させると、図３に点線で示したように、ホットホール
ａの感度向上効果がなくなる。一方、ホットホールｃの
状況は変化しない。したがって、例えばヘテロ接合のバ
リア高φ1 の高さを０．０８ｅＶ（遮断波長で１５．５
μｍに対応）に設定し、バリア高φ2 の初期高さを０．
５ｅＶ（２．５μｍに対応）に設定し、印加電圧Ｖ2 を
増してバリア高φ2 の高さを０．２ｅＶ（６．２μｍに
対応）程度まで低くした場合、印加電圧を増すことによ
り、１０μｍ帯の感度を減じることなく３〜５μｍ帯の
感度を減じることができる。
【００３７】従って，上記実施例２によれば、ｐ型のＳ
ｉ半導体基板１とヘテロ接合されたＧｅＳｉ膜２上に、
ｐ型不純物濃度の薄いもしくはノンドープのＳｉ膜３′
を形成し、Ｓｉ半導体基板１とｐ+ 型ＧｅＳｉ膜２で形
成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅＳｉ膜２と
低濃度のＳｉ膜３′の間に形成されるように、ＧｅＳｉ
膜２と接する低濃度のＳｉ膜３′の界面近傍にｎ型の不
純物を導入することにより、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳ
ｉ膜２で形成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅ
Ｓｉ膜２と低濃度のＳｉ膜３′の間に形成され、そのバ
リアの高さが低濃度のＳｉ膜３′上に形成された電極に
印加する電圧によって変えることができ、そのバリアの
高さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ
接合よりは大きいがバリアよりは小さなエネルギを持っ
た長波長の光では光により発生したホットホールのＧｅ
Ｓｉ膜２と他の膜の界面での反射状態が変わり、反射に
よる感度向上効果が異なることになるので、したがっ
て、電極に印加する電圧により、バリアの高さが変化し
検出器の分光感度特性を変えることができる。
ｉ半導体基板１とヘテロ接合されたＧｅＳｉ膜２上に、
ｐ型不純物濃度の薄いもしくはノンドープのＳｉ膜３′
を形成し、Ｓｉ半導体基板１とｐ+ 型ＧｅＳｉ膜２で形
成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅＳｉ膜２と
低濃度のＳｉ膜３′の間に形成されるように、ＧｅＳｉ
膜２と接する低濃度のＳｉ膜３′の界面近傍にｎ型の不
純物を導入することにより、Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳ
ｉ膜２で形成されるヘテロ接合よりも高いバリアがＧｅ
Ｓｉ膜２と低濃度のＳｉ膜３′の間に形成され、そのバ
リアの高さが低濃度のＳｉ膜３′上に形成された電極に
印加する電圧によって変えることができ、そのバリアの
高さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ
接合よりは大きいがバリアよりは小さなエネルギを持っ
た長波長の光では光により発生したホットホールのＧｅ
Ｓｉ膜２と他の膜の界面での反射状態が変わり、反射に
よる感度向上効果が異なることになるので、したがっ
て、電極に印加する電圧により、バリアの高さが変化し
検出器の分光感度特性を変えることができる。
【００３８】実施例３．次に、図４は実施例３に係る赤
外線検出器を示す概略構造図である。図４において、図
１に示す実施例１と同一部分は同一符号を示し、その説
明は省略する。この図４において、異なる点は、ｐ型不
純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３とＧｅＳｉ膜２の界面に形
成されるバリア高φ2 がヘテロ接合のバリア高φ1 より
低くなるようにｐ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の界
面に導入するｎ型不純物の濃度が設定されており、電流
計Ａによって、ＧｅＳｉ膜２からＳｉ半導体基板１とＰ
型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３に流れる光電流を検出
して信号となるようになっている。
外線検出器を示す概略構造図である。図４において、図
１に示す実施例１と同一部分は同一符号を示し、その説
明は省略する。この図４において、異なる点は、ｐ型不
純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３とＧｅＳｉ膜２の界面に形
成されるバリア高φ2 がヘテロ接合のバリア高φ1 より
低くなるようにｐ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の界
面に導入するｎ型不純物の濃度が設定されており、電流
計Ａによって、ＧｅＳｉ膜２からＳｉ半導体基板１とＰ
型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３に流れる光電流を検出
して信号となるようになっている。
【００３９】また、図５は図４に示す赤外線検出器の動
作を説明するためのエネルギーバンド図である。図５に
示すように、電圧Ｖ2 が印加されていない状態でのバリ
ア高φ2 の初期の高さがヘテロ接合のバリア高φ1 と同
程度で、初期の電圧Ｖ2 では、長波長の光により生成さ
れたホットホールａはヘテロ接合のバリア高φ1 もバリ
ア高φ2 も越えることができないので、信号電荷は発生
しない。一方、ホットホールｂはＳｉ半導体基板１とＰ
型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の両方のバリアを越え
る確率を持つため光信号となる。
作を説明するためのエネルギーバンド図である。図５に
示すように、電圧Ｖ2 が印加されていない状態でのバリ
ア高φ2 の初期の高さがヘテロ接合のバリア高φ1 と同
程度で、初期の電圧Ｖ2 では、長波長の光により生成さ
れたホットホールａはヘテロ接合のバリア高φ1 もバリ
ア高φ2 も越えることができないので、信号電荷は発生
しない。一方、ホットホールｂはＳｉ半導体基板１とＰ
型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の両方のバリアを越え
る確率を持つため光信号となる。
【００４０】ここで、電極４に印加する電圧Ｖ2 を増す
ことにより、バリア高φ2 の高さをヘテロ接合のバリア
高φ1 より低くすることができる。すなわち、図５に示
すように、ＧｅＳｉ膜２と電極４のフェルミレベルをそ
れぞれＥF2、ＥF4としたとき、電圧Ｖ2 はＶ2 ＝ＥF4−
ＥF2で表され、電圧Ｖ2 を増加させてＶ2′にすると、
Ｖ2′＝ＥF4′ −ＥF2となり、電極４のフェルミレベル
ＥF4がＥF4′ となり、これに伴い、低濃度のＧｅＳｉ
膜３のバレンスバンド端ＥV3もＥV3′となり、従って、
バリア高φ2 の高さはφ2′に低くなる。
ことにより、バリア高φ2 の高さをヘテロ接合のバリア
高φ1 より低くすることができる。すなわち、図５に示
すように、ＧｅＳｉ膜２と電極４のフェルミレベルをそ
れぞれＥF2、ＥF4としたとき、電圧Ｖ2 はＶ2 ＝ＥF4−
ＥF2で表され、電圧Ｖ2 を増加させてＶ2′にすると、
Ｖ2′＝ＥF4′ −ＥF2となり、電極４のフェルミレベル
ＥF4がＥF4′ となり、これに伴い、低濃度のＧｅＳｉ
膜３のバレンスバンド端ＥV3もＥV3′となり、従って、
バリア高φ2 の高さはφ2′に低くなる。
【００４１】この為、実施例３では、実施例１及び２と
異なり、低濃度のＧｅＳｉ膜３側に抜けたホールも信号
電荷になる。上述したように、電圧Ｖ2 を増加すると、
図５に点線で示すように、バリア高φ2 の高さはφ2′
に低くなり、ヘテロ接合のバリア高φ1 より小さなエネ
ルギの持った長波長の光で生成されたホットホールａも
バリア高φ2′を越えることができるようになり、光信
号になる。したがって、電極４に印加する電圧Ｖ2 を増
加させるほどバリア高φ2 が低くなり、長波長の感度が
向上する。
異なり、低濃度のＧｅＳｉ膜３側に抜けたホールも信号
電荷になる。上述したように、電圧Ｖ2 を増加すると、
図５に点線で示すように、バリア高φ2 の高さはφ2′
に低くなり、ヘテロ接合のバリア高φ1 より小さなエネ
ルギの持った長波長の光で生成されたホットホールａも
バリア高φ2′を越えることができるようになり、光信
号になる。したがって、電極４に印加する電圧Ｖ2 を増
加させるほどバリア高φ2 が低くなり、長波長の感度が
向上する。
【００４２】従って、上記実施例３によれば、Ｐ型不純
物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の界面に導入したｎ型の不純
物により、Ｓｉ半導体１とＧｅＳｉ膜２で形成されるヘ
テロ接合のバリア高よりも低いバリア高がＧｅＳｉ膜２
とＰ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成され、
そのバリアの高さがＰ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３
上に形成された電極４に印加する電圧によって変えるこ
とができ、ＧｅＳｉ膜２から他の膜に流れる光電流が信
号となり、ヘテロ接合のバリアより小さなエネルギを持
った光でもこのバリアの高さより大きなエネルギを持っ
ていれば光信号となるため、バリアの高さを低くするほ
ど長波長の感度が向上し、したがって、電極４に印加す
る電圧によりバリアの高さが変化し、検出器の分光感度
特性を変えることができる。
物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の界面に導入したｎ型の不純
物により、Ｓｉ半導体１とＧｅＳｉ膜２で形成されるヘ
テロ接合のバリア高よりも低いバリア高がＧｅＳｉ膜２
とＰ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３の間に形成され、
そのバリアの高さがＰ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜３
上に形成された電極４に印加する電圧によって変えるこ
とができ、ＧｅＳｉ膜２から他の膜に流れる光電流が信
号となり、ヘテロ接合のバリアより小さなエネルギを持
った光でもこのバリアの高さより大きなエネルギを持っ
ていれば光信号となるため、バリアの高さを低くするほ
ど長波長の感度が向上し、したがって、電極４に印加す
る電圧によりバリアの高さが変化し、検出器の分光感度
特性を変えることができる。
【００４３】実施例４．次に、図６は実施例４に係るも
ので、赤外線固体撮像素子に適用される赤外線検出器の
概略構造図である。図６に示す赤外線検出器において
は、図１に示す実施例１と同様に、Ｓｉ半導体基板１の
上に形成されたＧｅＳｉ膜２上にｐ型不純物濃度が低濃
度のＧｅＳｉ膜３を形成し、ＧｅＳｉ膜２が接するｐ型
不純物濃度が低濃度のＧｅＳｉ膜３の界面近傍にｎ型不
純物が導入されており、そして、上記ｐ型不純物濃度が
低濃度のＧｅＳｉ膜３の上に絶縁膜５を挟んで電極４が
形成され、かつＧｅＳｉ膜２にＭＯＳトランジスタ６の
ソースが接続されており、該トランジスタ６によりＧｅ
Ｓｉ膜２に蓄積された信号電荷を読み出すようにしてい
る。なお、ＶG はＭＯＳトランジスタ６のゲートへの印
加電圧、Ｖ3 はＳｉ半導体基板１と電極４間の印加電圧
を示し、電流計ＡはＭＯＳトランジスタ６のドレインに
流れる光電流を検出するように設けられている。
ので、赤外線固体撮像素子に適用される赤外線検出器の
概略構造図である。図６に示す赤外線検出器において
は、図１に示す実施例１と同様に、Ｓｉ半導体基板１の
上に形成されたＧｅＳｉ膜２上にｐ型不純物濃度が低濃
度のＧｅＳｉ膜３を形成し、ＧｅＳｉ膜２が接するｐ型
不純物濃度が低濃度のＧｅＳｉ膜３の界面近傍にｎ型不
純物が導入されており、そして、上記ｐ型不純物濃度が
低濃度のＧｅＳｉ膜３の上に絶縁膜５を挟んで電極４が
形成され、かつＧｅＳｉ膜２にＭＯＳトランジスタ６の
ソースが接続されており、該トランジスタ６によりＧｅ
Ｓｉ膜２に蓄積された信号電荷を読み出すようにしてい
る。なお、ＶG はＭＯＳトランジスタ６のゲートへの印
加電圧、Ｖ3 はＳｉ半導体基板１と電極４間の印加電圧
を示し、電流計ＡはＭＯＳトランジスタ６のドレインに
流れる光電流を検出するように設けられている。
【００４４】ここで、低濃度のＧｅＳｉ膜３と電極４の
間に形成された絶縁膜５は、ヘテロ結合のバリア高φ1
と反対側に形成されるバリア高φ2 を越えたホールをた
め込む働きをし、ＭＯＳトランジスタ６がＯＦＦ状態の
時はこのＭＯＳトランジスタ６がＯＮ状態になるまで信
号電荷とバリアを越えたホールが蓄積され、ＭＯＳトラ
ンジスタ６がＯＮ状態になったときにＧｅＳｉ膜２に蓄
積された信号電荷は読み出されるようになっており、こ
のような構成の赤外線検出器を複数用い、光検出器から
の信号を順次読み出す読出機構を備えて、蓄積動作によ
り蓄積された信号電荷の読み出し動作中に新たな蓄積動
作を行うようにすることにより、赤外線固体撮像素子に
適用することができる。
間に形成された絶縁膜５は、ヘテロ結合のバリア高φ1
と反対側に形成されるバリア高φ2 を越えたホールをた
め込む働きをし、ＭＯＳトランジスタ６がＯＦＦ状態の
時はこのＭＯＳトランジスタ６がＯＮ状態になるまで信
号電荷とバリアを越えたホールが蓄積され、ＭＯＳトラ
ンジスタ６がＯＮ状態になったときにＧｅＳｉ膜２に蓄
積された信号電荷は読み出されるようになっており、こ
のような構成の赤外線検出器を複数用い、光検出器から
の信号を順次読み出す読出機構を備えて、蓄積動作によ
り蓄積された信号電荷の読み出し動作中に新たな蓄積動
作を行うようにすることにより、赤外線固体撮像素子に
適用することができる。
【００４５】なお、図６に示す構成で、実施例１，２に
示した動作を行うためには、バリア高φ2 を越えて蓄積
されたホールの分だけ信号電荷を減じる必要がある。例
えばトランジスタをＯＮする前に電極４に印加する電圧
をＧｅＳｉ膜２の電位よりも高くして、蓄積されていた
ホールとＧｅＳｉ膜２に蓄積されていた電子を結合させ
ることにより、信号電荷を減ずるようにしてもよいし、
ｐ型不純物濃度が低濃度のＧｅＳｉ膜３とＧｅＳｉ膜２
の間に第２のトランジスタスイッチを形成し、蓄積動作
終了後にホールと信号電子を結合させてもよい。
示した動作を行うためには、バリア高φ2 を越えて蓄積
されたホールの分だけ信号電荷を減じる必要がある。例
えばトランジスタをＯＮする前に電極４に印加する電圧
をＧｅＳｉ膜２の電位よりも高くして、蓄積されていた
ホールとＧｅＳｉ膜２に蓄積されていた電子を結合させ
ることにより、信号電荷を減ずるようにしてもよいし、
ｐ型不純物濃度が低濃度のＧｅＳｉ膜３とＧｅＳｉ膜２
の間に第２のトランジスタスイッチを形成し、蓄積動作
終了後にホールと信号電子を結合させてもよい。
【００４６】従って、上記実施例４によれば、ＧｅＳｉ
膜２にＭＯＳトランジスタ６のソースが接続されてお
り、トランジスタ６によりＰ+ 型ＧｅＳｉ膜２に蓄積さ
れた信号電荷を読み出され、このとき、絶縁膜５は、ヘ
テロ接合と反対側に形成されたバリアを越えたホールを
ため込む働きをし、トランジスタ６がＯＦＦ状態の時は
トランジスタがＯＮ状態になるまで信号電荷とバリアを
越えたホールを蓄積して、トランジスタがＯＮ状態にな
ったときに信号電荷が読み出されるので、赤外線固体撮
像素子に適用して好適な光検出器を得ることができる。
膜２にＭＯＳトランジスタ６のソースが接続されてお
り、トランジスタ６によりＰ+ 型ＧｅＳｉ膜２に蓄積さ
れた信号電荷を読み出され、このとき、絶縁膜５は、ヘ
テロ接合と反対側に形成されたバリアを越えたホールを
ため込む働きをし、トランジスタ６がＯＦＦ状態の時は
トランジスタがＯＮ状態になるまで信号電荷とバリアを
越えたホールを蓄積して、トランジスタがＯＮ状態にな
ったときに信号電荷が読み出されるので、赤外線固体撮
像素子に適用して好適な光検出器を得ることができる。
【００４７】実施例５．次に、図７は実施例５に係るも
ので、赤外線固体撮像素子に適用される赤外線検出器の
概略構造図である。図７において、図６と同一符号は同
一部分を示し、その説明は省略する。この図７に示す実
施例５おいては、ＧｅＳｉ膜２に第１のＭＯＳトランジ
スタ６ａのソースが接続され、この第１のトランジスタ
６ａのドレインに第２のトランジスタ６ｂのソースが接
続され、第１のトランジスタ６ａと第２のトランジスタ
６ｂの接続点にコンデンサ７が接続されており、第１の
トランジスタ６ａによりＧｅＳｉ膜２の電位を固定し、
ＧｅＳｉ膜２で発生した光信号電荷を第１のトランジス
タ６ａを介してコンデンサ７に一時蓄積し、第２のトラ
ンジスタ６ｂによりコンデンサ７に蓄積された光信号電
荷が読み出されるようにしている。
ので、赤外線固体撮像素子に適用される赤外線検出器の
概略構造図である。図７において、図６と同一符号は同
一部分を示し、その説明は省略する。この図７に示す実
施例５おいては、ＧｅＳｉ膜２に第１のＭＯＳトランジ
スタ６ａのソースが接続され、この第１のトランジスタ
６ａのドレインに第２のトランジスタ６ｂのソースが接
続され、第１のトランジスタ６ａと第２のトランジスタ
６ｂの接続点にコンデンサ７が接続されており、第１の
トランジスタ６ａによりＧｅＳｉ膜２の電位を固定し、
ＧｅＳｉ膜２で発生した光信号電荷を第１のトランジス
タ６ａを介してコンデンサ７に一時蓄積し、第２のトラ
ンジスタ６ｂによりコンデンサ７に蓄積された光信号電
荷が読み出されるようにしている。
【００４８】ここで、上記第１のトランジスタ６ａは、
ＧｅＳｉ膜２の電位を固定し、ＧｅＳｉ膜２で発生した
光信号電荷をこのトランジスタ６ａを介してコンデンサ
７に一時蓄積する働きがあり、蓄積動作中、ＧｅＳｉ膜
２の電位が変化しないため、ＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧ
ｅＳｉ膜３の間に形成されるバリア高φ2 の高さを、蓄
積動作の間、一定にする働きを持つ。
ＧｅＳｉ膜２の電位を固定し、ＧｅＳｉ膜２で発生した
光信号電荷をこのトランジスタ６ａを介してコンデンサ
７に一時蓄積する働きがあり、蓄積動作中、ＧｅＳｉ膜
２の電位が変化しないため、ＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧ
ｅＳｉ膜３の間に形成されるバリア高φ2 の高さを、蓄
積動作の間、一定にする働きを持つ。
【００４９】従って、図４に示す実施例３の検出器で、
ＧｅＳｉ膜２の両側の半導体に抜けたホールを信号電荷
とできるため、読出部は図６に示す実施例４の構成で、
絶縁膜５がなく電極４が電気的に低濃度のＧｅＳｉ膜３
に接続されていて、ホールが抜けるような検出器の構造
にすれば、実施例４に示した特別な動作をしなくても読
み出すことができる。しかしながら、読出部が図６に示
すような構成では、蓄積動作の初期と後半とでは検出器
の電位が変化するため、分光感度特性も変化する。ま
た、実施例３の検出器では、図７に示した読み出し方法
を採用することにより検出器の電位の変化を抑えるもの
である。なお、上記実施例５においては、ＳｉとＧｅＳ
ｉで構成した場合について説明したが、これは他の半導
体の組合せでも同様な効果が得られる。
ＧｅＳｉ膜２の両側の半導体に抜けたホールを信号電荷
とできるため、読出部は図６に示す実施例４の構成で、
絶縁膜５がなく電極４が電気的に低濃度のＧｅＳｉ膜３
に接続されていて、ホールが抜けるような検出器の構造
にすれば、実施例４に示した特別な動作をしなくても読
み出すことができる。しかしながら、読出部が図６に示
すような構成では、蓄積動作の初期と後半とでは検出器
の電位が変化するため、分光感度特性も変化する。ま
た、実施例３の検出器では、図７に示した読み出し方法
を採用することにより検出器の電位の変化を抑えるもの
である。なお、上記実施例５においては、ＳｉとＧｅＳ
ｉで構成した場合について説明したが、これは他の半導
体の組合せでも同様な効果が得られる。
【００５０】従って、上記実施例５によれば、ＧｅＳｉ
膜２に接続されたＭＯＳトランジスタにより、ＧｅＳｉ
膜２の電位を固定し、ＧｅＳｉ膜２で発生した光信号電
荷をこのトランジスタを介してコンデンサ７に一時蓄積
する働きをし、蓄積動作中、ＧｅＳｉ膜２の電位が変化
しないため、ＧｅＳｉ膜２とｐ型不純物濃度が低濃度の
ＧｅＳｉ膜３の間に形成されるバリアの高さを蓄積動作
の間、一定にする働きをするという効果がある。
膜２に接続されたＭＯＳトランジスタにより、ＧｅＳｉ
膜２の電位を固定し、ＧｅＳｉ膜２で発生した光信号電
荷をこのトランジスタを介してコンデンサ７に一時蓄積
する働きをし、蓄積動作中、ＧｅＳｉ膜２の電位が変化
しないため、ＧｅＳｉ膜２とｐ型不純物濃度が低濃度の
ＧｅＳｉ膜３の間に形成されるバリアの高さを蓄積動作
の間、一定にする働きをするという効果がある。
【００５１】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、第２の半導体膜に接する第３の半導体膜の界面に
導入した第２導電型の不純物により、第１の半導体基板
と第２の半導体膜で形成されるヘテロ接合よりも高いバ
リアが第２と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリ
アの高さを第３の半導体膜上に形成された電極に印加す
る電圧によって変えるようにしたので、そのバリアの高
さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接
合よりは大きいが上記バリア高よりは小さなエネルギを
持った長波長の光では、光により発生したホットホール
の第２の半導体膜と他の半導体の界面での反射状態が変
わり反射による感度向上効果が異なるが、電極に印加す
る電圧によりバリアの高さが変化し、光検出器の分光感
度特性を変えることができるという効果を奏する。
れば、第２の半導体膜に接する第３の半導体膜の界面に
導入した第２導電型の不純物により、第１の半導体基板
と第２の半導体膜で形成されるヘテロ接合よりも高いバ
リアが第２と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリ
アの高さを第３の半導体膜上に形成された電極に印加す
る電圧によって変えるようにしたので、そのバリアの高
さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接
合よりは大きいが上記バリア高よりは小さなエネルギを
持った長波長の光では、光により発生したホットホール
の第２の半導体膜と他の半導体の界面での反射状態が変
わり反射による感度向上効果が異なるが、電極に印加す
る電圧によりバリアの高さが変化し、光検出器の分光感
度特性を変えることができるという効果を奏する。
【００５２】また、請求項２によれば、他の混晶半導体
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と混晶半導体で形成されるヘテロ接合のバリア
高よりも高いバリアが混晶半導体と他の混晶半導体の間
に形成され、そのバリアの高さを他の混晶半導体の上に
形成された電極に印加する電圧によって変えるようにし
たので、そのバリアの高さより大きなエネルギを持った
短波長の光と、ヘテロ接合よりは大きいがバリアよりは
小さなエネルギを持った長波長の光では、光により発生
したホットホールの混晶半導体と他の半導体の界面での
反射状態が変わり、反射による感度向上効果が異なる
が、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化し、
赤外線検出器の分光感度特性を変えることができるとい
う効果を奏する。
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と混晶半導体で形成されるヘテロ接合のバリア
高よりも高いバリアが混晶半導体と他の混晶半導体の間
に形成され、そのバリアの高さを他の混晶半導体の上に
形成された電極に印加する電圧によって変えるようにし
たので、そのバリアの高さより大きなエネルギを持った
短波長の光と、ヘテロ接合よりは大きいがバリアよりは
小さなエネルギを持った長波長の光では、光により発生
したホットホールの混晶半導体と他の半導体の界面での
反射状態が変わり、反射による感度向上効果が異なる
が、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化し、
赤外線検出器の分光感度特性を変えることができるとい
う効果を奏する。
【００５３】また、請求項３によれば、第３の半導体膜
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と混晶半導体で形成されるヘテロ接合のバリア
高よりも高いバリアが混晶半導体と第３の半導体膜の間
に形成され、そのバリアの高さを第３の半導体膜の上に
形成された電極に印加する電圧によって変えるようにし
たので、そのバリアの高さより大きなエネルギを持った
短波長の光と、ヘテロ接合よりは大きいが上記バリアよ
りは小さなエネルギを持った長波長の光では、光により
発生したホットホールの混晶半導体と他の半導体の界面
での反射状態が変わり、反射による感度向上効果が異な
るが、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化
し、赤外線検出器の分光感度特性を変えることができる
という効果を奏する。
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と混晶半導体で形成されるヘテロ接合のバリア
高よりも高いバリアが混晶半導体と第３の半導体膜の間
に形成され、そのバリアの高さを第３の半導体膜の上に
形成された電極に印加する電圧によって変えるようにし
たので、そのバリアの高さより大きなエネルギを持った
短波長の光と、ヘテロ接合よりは大きいが上記バリアよ
りは小さなエネルギを持った長波長の光では、光により
発生したホットホールの混晶半導体と他の半導体の界面
での反射状態が変わり、反射による感度向上効果が異な
るが、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化
し、赤外線検出器の分光感度特性を変えることができる
という効果を奏する。
【００５４】また、請求項４によれば、他の混晶半導体
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と混晶半導体で形成されるヘテロ接合のバリア
高よりも低いバリア高が混晶半導体と他の混晶半導体の
間に形成され、そのバリアの高さを他の混晶半導体の上
に形成された電極に印加する電圧によって変えるように
して、混晶半導体から他の半導体に流れる光電流が信号
となるので、ヘテロ接合より小さなエネルギを持った光
でもこのバリアの高さより大きなエネルギを持っていれ
ば光信号となるため、バリアの高さを低くするほど長波
長の感度が向上する。したがって、電極に印加する電圧
によりバリアの高さが変化し、赤外線検出器の分光感度
特性を変えることができるという効果を奏する。
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と混晶半導体で形成されるヘテロ接合のバリア
高よりも低いバリア高が混晶半導体と他の混晶半導体の
間に形成され、そのバリアの高さを他の混晶半導体の上
に形成された電極に印加する電圧によって変えるように
して、混晶半導体から他の半導体に流れる光電流が信号
となるので、ヘテロ接合より小さなエネルギを持った光
でもこのバリアの高さより大きなエネルギを持っていれ
ば光信号となるため、バリアの高さを低くするほど長波
長の感度が向上する。したがって、電極に印加する電圧
によりバリアの高さが変化し、赤外線検出器の分光感度
特性を変えることができるという効果を奏する。
【００５５】また、請求項５によれば、第２の半導体膜
にＭＯＳトランジスタのソースが接続して、そのトラン
ジスタにより第２の半導体膜に蓄積された信号電荷を読
み出すようにし、第３の半導体膜と電極の間に形成され
た絶縁膜により、ヘテロ接合と反対側に形成されたバリ
アを越えたホールをため込む働きをし、上記トランジス
タがＯＦＦ状態の時は該トランジスタがＯＮ状態になる
まで信号電荷とバリアを越えたホールを蓄積し、トラン
ジスタがＯＮ状態になったときに信号電荷を読み出すよ
うにしたので、固体撮像素子に適用して好適な光検出器
を得ることができるという効果を奏する。
にＭＯＳトランジスタのソースが接続して、そのトラン
ジスタにより第２の半導体膜に蓄積された信号電荷を読
み出すようにし、第３の半導体膜と電極の間に形成され
た絶縁膜により、ヘテロ接合と反対側に形成されたバリ
アを越えたホールをため込む働きをし、上記トランジス
タがＯＦＦ状態の時は該トランジスタがＯＮ状態になる
まで信号電荷とバリアを越えたホールを蓄積し、トラン
ジスタがＯＮ状態になったときに信号電荷を読み出すよ
うにしたので、固体撮像素子に適用して好適な光検出器
を得ることができるという効果を奏する。
【００５６】さらに、請求項６によれば、第２の半導体
膜に接続された第１のトランジスタにより、第２の半導
体膜の電位を固定し、第２の半導体膜で発生した光信号
電荷をこの第１のトランジスタを介して蓄積手段に一時
蓄積して、蓄積動作中、第２の半導体膜と第３の半導体
膜の間に形成されるバリアの高さを蓄積動作の間一定に
する働きを持つようにしたので、固体撮像素子に適用し
て好適な光検出器が得られる。
膜に接続された第１のトランジスタにより、第２の半導
体膜の電位を固定し、第２の半導体膜で発生した光信号
電荷をこの第１のトランジスタを介して蓄積手段に一時
蓄積して、蓄積動作中、第２の半導体膜と第３の半導体
膜の間に形成されるバリアの高さを蓄積動作の間一定に
する働きを持つようにしたので、固体撮像素子に適用し
て好適な光検出器が得られる。
【図１】この発明の実施例１による赤外線検出器の概略
構成図である。
構成図である。
【図２】図１の赤外線検出器のエネルギーバンド図であ
る。
る。
【図３】この発明の実施例２による赤外線検出器のエネ
ルギーバンド図である。
ルギーバンド図である。
【図４】この発明の実施例３による赤外線検出器の概略
構成図である。
構成図である。
【図５】この発明の実施例３による赤外線検出器のエネ
ルギーバンド図である。
ルギーバンド図である。
【図６】この発明の実施例４による赤外線固体撮像素子
に用いられる赤外線検出器の構成図である。
に用いられる赤外線検出器の構成図である。
【図７】この発明の実施例５による赤外線固体撮像素子
に用いられる赤外線検出器の構成図である。
に用いられる赤外線検出器の構成図である。
【図８】従来例による赤外線検出器の概略構成図であ
る。
る。
【図９】従来例による赤外線検出器のエネルギーバンド
図である。
図である。
１ Ｓｉ半導体基板 ２ ＧｅＳｉ膜 ３ ｐ型不純物が低濃度のＧｅＳｉ膜 ４ 電極 ５ 絶縁膜 ６ ＭＯＳトランジスタ ６ａ ＭＯＳトランジスタ ６ｂ ＭＯＳトランジスタ ７ コンデンサ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年３月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】また、請求項２に係る赤外線検出器は、第
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から上記第１の半導体基板間に流れる光
電流を検出する検出手段とを備えた赤外線検出器におい
て、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しない程
度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノ
ンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面に第
２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ接合のバリア
高よりも高いバリア高を有する第３の半導体膜と、この
第３の半導体膜上に形成された電極と、上記第２の半導
体膜と上記電極間に電圧を印加する他の電源とを備えた
ことを特徴とするものである。
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から上記第１の半導体基板間に流れる光
電流を検出する検出手段とを備えた赤外線検出器におい
て、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しない程
度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノ
ンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面に第
２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ接合のバリア
高よりも高いバリア高を有する第３の半導体膜と、この
第３の半導体膜上に形成された電極と、上記第２の半導
体膜と上記電極間に電圧を印加する他の電源とを備えた
ことを特徴とするものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】また、請求項３に係る赤外線検出器は、第
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から上記第１の半導体基板間に流れる光
電流を検出する検出手段とを備えた赤外線検出器におい
て、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しない程
度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノ
ンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面に第
２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ接合のバリア
高よりも高いバリア高を有する上記第１の半導体基板と
同じ素材でなる第３の半導体膜と、この第３の半導体膜
上に形成された電極と、上記第２の半導体膜と上記電極
間に電圧を印加する他の電源とを備えたことを特徴とす
るものである。
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源と、上記
第２の半導体膜から上記第１の半導体基板間に流れる光
電流を検出する検出手段とを備えた赤外線検出器におい
て、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しない程
度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしくはノ
ンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面に第
２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ接合のバリア
高よりも高いバリア高を有する上記第１の半導体基板と
同じ素材でなる第３の半導体膜と、この第３の半導体膜
上に形成された電極と、上記第２の半導体膜と上記電極
間に電圧を印加する他の電源とを備えたことを特徴とす
るものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】また、請求項４に係る赤外線検出器は、第
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源とを備え
た赤外線検出器において、上記第２の半導体膜上に形成
されて、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純物
が導入されもしくはノンドープで、かつ上記第２の半導
体膜と接する界面に第２導電型の不純物が導入されて上
記ヘテロ接合のバリア高よりも低いバリア高を有する第
３の半導体膜と、この第３の半導体膜上に形成された電
極と、上記第２の半導体膜と上記電極間に電圧を印加す
る他の電源と、上記第２の半導体膜から上記第１の半導
体基板と第３の半導体膜に流れる光電流を検出する検出
手段とを備えたことを特徴とするものである。
１導電型の第１の半導体基板と、この第１の半導体基板
上に形成されて、縮退する程度に高濃度の第１導電型の
不純物が導入され、かつ上記第１の半導体基板とはヘテ
ロ接合された第２の半導体膜と、上記第１の半導体基板
と上記第２の半導体膜間に電圧を印加する電源とを備え
た赤外線検出器において、上記第２の半導体膜上に形成
されて、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純物
が導入されもしくはノンドープで、かつ上記第２の半導
体膜と接する界面に第２導電型の不純物が導入されて上
記ヘテロ接合のバリア高よりも低いバリア高を有する第
３の半導体膜と、この第３の半導体膜上に形成された電
極と、上記第２の半導体膜と上記電極間に電圧を印加す
る他の電源と、上記第２の半導体膜から上記第１の半導
体基板と第３の半導体膜に流れる光電流を検出する検出
手段とを備えたことを特徴とするものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】
【作用】この発明の請求項１に係る光検出器において
は、第２の半導体膜の接する第３の半導体膜の界面に導
入した第２導電型の不純物により第２と第３の半導体膜
の間にバリアが形成され、そのバリアの高さを第３の半
導体膜上に形成された電極に印加する電圧によって変え
ることができ、このバリアの高さによって光により発生
したホットホールの第２の半導体膜と他の半導体の界面
での反射状態が変わり反射による感度向上効果が異なる
が、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化し、
検出器の分光感度特性を変えることを可能にする。
は、第２の半導体膜の接する第３の半導体膜の界面に導
入した第２導電型の不純物により第２と第３の半導体膜
の間にバリアが形成され、そのバリアの高さを第３の半
導体膜上に形成された電極に印加する電圧によって変え
ることができ、このバリアの高さによって光により発生
したホットホールの第２の半導体膜と他の半導体の界面
での反射状態が変わり反射による感度向上効果が異なる
が、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化し、
検出器の分光感度特性を変えることを可能にする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】また、請求項２に係る赤外線検出器におい
ては、第２の半導体膜の接する第３の半導体膜の界面に
導入した第２導電型の不純物により、第１の半導体基板
と第２の半導体膜で形成されるヘテロ接合のバリア高よ
りも高いバリアが第２の半導体膜と第３の半導体膜の間
に形成され、そのバリアの高さが第３の半導体膜の上に
形成された電極に印加する電圧によって変えることがで
き、このバリアの高さより大きなエネルギを持った短波
長の光と、ヘテロ接合よりは大きいがバリアよりは小さ
なエネルギを持った長波長の光では、光により発生した
ホットホールの第２の半導体膜と第３の半導体膜の界面
での反射状態が変わり、反射による感度向上効果が異な
るが、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化
し、検出器の分光感度特性を変えることを可能にする。
ては、第２の半導体膜の接する第３の半導体膜の界面に
導入した第２導電型の不純物により、第１の半導体基板
と第２の半導体膜で形成されるヘテロ接合のバリア高よ
りも高いバリアが第２の半導体膜と第３の半導体膜の間
に形成され、そのバリアの高さが第３の半導体膜の上に
形成された電極に印加する電圧によって変えることがで
き、このバリアの高さより大きなエネルギを持った短波
長の光と、ヘテロ接合よりは大きいがバリアよりは小さ
なエネルギを持った長波長の光では、光により発生した
ホットホールの第２の半導体膜と第３の半導体膜の界面
での反射状態が変わり、反射による感度向上効果が異な
るが、電極に印加する電圧によりバリアの高さが変化
し、検出器の分光感度特性を変えることを可能にする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】また、請求項３に係る赤外線検出器におい
ては、第３の半導体膜の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と第２の半導体膜で形成
されるヘテロ接合のバリア高よりも高いバリアが第２の
半導体膜と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリア
の高さが他のシリコン半導体の上に形成された電極に印
加する電圧によって変えることができ、このバリアの高
さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接
合よりは大きいが上記バリアよりは小さなエネルギを持
った長波長の光では、光により発生したホットホールの
第２の半導体膜と第３の半導体膜の界面での反射状態が
変わり、反射による感度向上効果が異なるが、電極に印
加する電圧によりバリアの高さが変化し、検出器の分光
感度特性を変えることを可能にする。
ては、第３の半導体膜の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と第２の半導体膜で形成
されるヘテロ接合のバリア高よりも高いバリアが第２の
半導体膜と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリア
の高さが他のシリコン半導体の上に形成された電極に印
加する電圧によって変えることができ、このバリアの高
さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接
合よりは大きいが上記バリアよりは小さなエネルギを持
った長波長の光では、光により発生したホットホールの
第２の半導体膜と第３の半導体膜の界面での反射状態が
変わり、反射による感度向上効果が異なるが、電極に印
加する電圧によりバリアの高さが変化し、検出器の分光
感度特性を変えることを可能にする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】また、請求項４に係る赤外線検出器におい
ては、第３の半導体膜の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と第２の半導体膜で形成
されるヘテロ接合のバリア高よりも低いバリア高が第２
の半導体膜と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリ
アの高さが第３の半導体膜の上に形成された電極に印加
する電圧によって変えることができ、第２の半導体膜か
ら他の半導体に流れる光電流が信号となる。そして、ヘ
テロ接合より小さなエネルギを持った光でもこのバリア
の高さより大きなエネルギを持っていれば光信号となる
ため、バリアの高さを低くするほど長波長の感度が向上
する。したがって、電極に印加する電圧によりバリアの
高さが変化し、検出器の分光感度特性を変えることを可
能にする。
ては、第３の半導体膜の界面に導入した第２導電型の不
純物により、第１の半導体基板と第２の半導体膜で形成
されるヘテロ接合のバリア高よりも低いバリア高が第２
の半導体膜と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリ
アの高さが第３の半導体膜の上に形成された電極に印加
する電圧によって変えることができ、第２の半導体膜か
ら他の半導体に流れる光電流が信号となる。そして、ヘ
テロ接合より小さなエネルギを持った光でもこのバリア
の高さより大きなエネルギを持っていれば光信号となる
ため、バリアの高さを低くするほど長波長の感度が向上
する。したがって、電極に印加する電圧によりバリアの
高さが変化し、検出器の分光感度特性を変えることを可
能にする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】また、図２は図１の赤外線検出器の動作を
説明するためのエネルギーバンド図である。図２におい
て、ＥF2、ＥF4はＧｅＳｉ膜２と電極４のフェルミレベ
ル、ＥV2 、ＥV3はＰ+ 型ＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧｅＳ
ｉ膜３のバレンスバンド端、Ｖ1 はＳｉ半導体基板１と
ＧｅＳｉ膜２間の印加電圧、Ｖ2 はＧｅＳｉ膜２と電極
４の間の印加電圧、Ｖ2′ は変動時の印加電圧、φ1 は
Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜２のヘテロ接合のバリア
高、φ2 はＧｅＳｉ膜２とｐ型不純物が低濃度のＧｅＳ
ｉ膜３のバリア高で、また、ＥV3′、ＥF4′、φ2 ′は
変動時の印加電圧Ｖ2′に対応する各符号を示す。
説明するためのエネルギーバンド図である。図２におい
て、ＥF2、ＥF4はＧｅＳｉ膜２と電極４のフェルミレベ
ル、ＥV2 、ＥV3はＰ+ 型ＧｅＳｉ膜２と低濃度のＧｅＳ
ｉ膜３のバレンスバンド端、Ｖ1 はＳｉ半導体基板１と
ＧｅＳｉ膜２間の印加電圧、Ｖ2 はＧｅＳｉ膜２と電極
４の間の印加電圧、Ｖ2′ は変動時の印加電圧、φ1 は
Ｓｉ半導体基板１とＧｅＳｉ膜２のヘテロ接合のバリア
高、φ2 はＧｅＳｉ膜２とｐ型不純物が低濃度のＧｅＳ
ｉ膜３のバリア高で、また、ＥV3′、ＥF4′、φ2 ′は
変動時の印加電圧Ｖ2′に対応する各符号を示す。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５１】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、第２の半導体膜に接する第３の半導体膜の界面に
導入した第２導電型の不純物により、第２と第３の半導
体膜の間にバリアが形成され、そのバリアの高さを第３
の半導体膜上に形成された電極に印加する電圧によって
変えるようにしたので、そのバリアの高さによって光に
より発生したホットホールの第２の半導体膜と他の半導
体の界面での反射状態が変わり反射による感度向上効果
が異なるが、電極に印加する電圧によりバリアの高さが
変化し、光検出器の分光感度特性を変えることができる
という効果を奏する。
れば、第２の半導体膜に接する第３の半導体膜の界面に
導入した第２導電型の不純物により、第２と第３の半導
体膜の間にバリアが形成され、そのバリアの高さを第３
の半導体膜上に形成された電極に印加する電圧によって
変えるようにしたので、そのバリアの高さによって光に
より発生したホットホールの第２の半導体膜と他の半導
体の界面での反射状態が変わり反射による感度向上効果
が異なるが、電極に印加する電圧によりバリアの高さが
変化し、光検出器の分光感度特性を変えることができる
という効果を奏する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５２】また、請求項２によれば、第２の半導体膜
の接する第３の半導体膜の界面に導入した第２導電型の
不純物により、第１半導体基板と第２の半導体膜で形成
されるヘテロ接合のバリア高よりも高いバリアが第２の
半導体膜と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリア
の高さを第３の半導体膜の上に形成された電極に印加す
る電圧によって変えるようにしたので、そのバリアの高
さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接
合よりは大きいがバリアよりは小さなエネルギを持った
長波長の光では、光により発生したホットホールの第２
の半導体膜と第３の半導体膜の界面での反射状態が変わ
り、反射による感度向上効果が異なるが、電極に印加す
る電圧によりバリアの高さが変化し、赤外線検出器の分
光感度特性を変えることができるという効果を奏する。
の接する第３の半導体膜の界面に導入した第２導電型の
不純物により、第１半導体基板と第２の半導体膜で形成
されるヘテロ接合のバリア高よりも高いバリアが第２の
半導体膜と第３の半導体膜の間に形成され、そのバリア
の高さを第３の半導体膜の上に形成された電極に印加す
る電圧によって変えるようにしたので、そのバリアの高
さより大きなエネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接
合よりは大きいがバリアよりは小さなエネルギを持った
長波長の光では、光により発生したホットホールの第２
の半導体膜と第３の半導体膜の界面での反射状態が変わ
り、反射による感度向上効果が異なるが、電極に印加す
る電圧によりバリアの高さが変化し、赤外線検出器の分
光感度特性を変えることができるという効果を奏する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】また、請求項３によれば、第３の半導体膜
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と第２の半導体膜で形成されるヘテロ接合のバ
リア高よりも高いバリアが第２の半導体膜と他のシリコ
ン半導体の間に形成され、そのバリアの高さを他のシリ
コン半導体の上に形成された電極に印加する電圧によっ
て変えるようにしたので、そのバリアの高さより大きな
エネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接合よりは大き
いが上記バリアよりは小さなエネルギを持った長波長の
光では、光により発生したホットホールの第２の半導体
膜と第３の半導体膜の界面での反射状態が変わり、反射
による感度向上効果が異なるが、電極に印加する電圧に
よりバリアの高さが変化し、赤外線検出器の分光感度特
性を変えることができるという効果を奏する。
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と第２の半導体膜で形成されるヘテロ接合のバ
リア高よりも高いバリアが第２の半導体膜と他のシリコ
ン半導体の間に形成され、そのバリアの高さを他のシリ
コン半導体の上に形成された電極に印加する電圧によっ
て変えるようにしたので、そのバリアの高さより大きな
エネルギを持った短波長の光と、ヘテロ接合よりは大き
いが上記バリアよりは小さなエネルギを持った長波長の
光では、光により発生したホットホールの第２の半導体
膜と第３の半導体膜の界面での反射状態が変わり、反射
による感度向上効果が異なるが、電極に印加する電圧に
よりバリアの高さが変化し、赤外線検出器の分光感度特
性を変えることができるという効果を奏する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５４】また、請求項４によれば、第３の半導体膜
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と第２の半導体膜で形成されるヘテロ接合のバ
リア高よりも低いバリア高が第２の半導体膜と第３の半
導体膜の間に形成され、そのバリアの高さを第３の半導
体膜の上に形成された電極に印加する電圧によって変え
るようにして、第２の半導体膜から他の半導体に流れる
光電流が信号となるので、ヘテロ接合より小さなエネル
ギを持った光でもこのバリアの高さより大きなエネルギ
を持っていれば光信号となるため、バリアの高さを低く
するほど長波長の感度が向上する。したがって、電極に
印加する電圧によりバリアの高さが変化し、赤外線検出
器の分光感度特性を変えることができるという効果を奏
する。
の界面に導入した第２導電型の不純物により、第１の半
導体基板と第２の半導体膜で形成されるヘテロ接合のバ
リア高よりも低いバリア高が第２の半導体膜と第３の半
導体膜の間に形成され、そのバリアの高さを第３の半導
体膜の上に形成された電極に印加する電圧によって変え
るようにして、第２の半導体膜から他の半導体に流れる
光電流が信号となるので、ヘテロ接合より小さなエネル
ギを持った光でもこのバリアの高さより大きなエネルギ
を持っていれば光信号となるため、バリアの高さを低く
するほど長波長の感度が向上する。したがって、電極に
印加する電圧によりバリアの高さが変化し、赤外線検出
器の分光感度特性を変えることができるという効果を奏
する。
Claims (6)
- 【請求項１】 第１導電型の第１の半導体基板と、この
第１の半導体基板上に形成されて、縮退する程度に高濃
度の第１導電型の不純物が導入され、かつ上記第１の半
導体基板とはヘテロ接合された第２の半導体膜と、上記
第１の半導体基板と第２の半導体膜間に電圧を印加する
電源と、上記第２の半導体膜から第１の半導体基板間に
流れる光電流を検出する検出手段とを備えた光検出器に
おいて、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しな
い程度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしく
はノンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面
に第２導電型の不純物が導入された第３の半導体膜と、
この第３の半導体膜上に形成された電極と、上記第２の
半導体膜と上記電極間に電圧を印加する他の電源とを備
えたことを特徴とする光検出器。 - 【請求項２】 第１導電型の第１の半導体基板と、この
第１の半導体基板上に形成されて、縮退する程度に高濃
度の第１導電型の不純物が導入され、かつ上記第１の半
導体基板とはヘテロ接合された第２の半導体膜と、上記
第１の半導体基板と上記第２の半導体膜間に電圧を印加
する電源と、上記第２の半導体膜から上記第１の半導体
基板間に流れる光電流を検出する検出手段とを備えた赤
外線検出器において、上記第２の半導体膜上に形成され
て、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純物が導
入されもしくはノンドープで、かつ上記第２の半導体膜
と接する界面に第２導電型の不純物が導入されて上記ヘ
テロ結合のバリア高よりも高いバリア高を有する第３の
半導体膜と、この第３の半導体膜上に形成された電極
と、上記第２の半導体膜と上記電極間に電圧を印加する
他の電源とを備えたことを特徴とする赤外線検出器。 - 【請求項３】 第１導電型の第１の半導体基板と、この
第１の半導体基板上に形成されて、縮退する程度に高濃
度の第１導電型の不純物が導入され、かつ上記第１の半
導体基板とはヘテロ接合された第２の半導体膜と、上記
第１の半導体基板と上記第２の半導体膜間に電圧を印加
する電源と、上記第２の半導体膜から上記第１の半導体
基板間に流れる光電流を検出する検出手段とを備えた赤
外線検出器において、上記第２の半導体膜上に形成され
て、縮退しない程度の低濃度の第１導電型の不純物が導
入されもしくはノンドープで、かつ上記第２の半導体膜
と接する界面に第２導電型の不純物が導入されて上記ヘ
テロ結合のバリア高よりも高いバリア高を有する上記第
１の半導体基板と同じ素材でなる第３の半導体膜と、こ
の第３の半導体膜上に形成された電極と、上記混晶半導
体と上記電極間に電圧を印加する他の電源とを備えたこ
とを特徴とする赤外線検出器。 - 【請求項４】 第１導電型の第１の半導体基板と、この
第１の半導体基板上に形成されて、縮退する程度に高濃
度の第１導電型の不純物が導入され、かつ上記第１の半
導体基板とはヘテロ接合された第２の半導体膜と、上記
第１の半導体基板と上記第２の半導体膜間に電圧を印加
する電源とを備えた赤外線検出器において、上記第２の
半導体膜上に形成されて、縮退しない程度の低濃度の第
１導電型の不純物が導入されもしくはノンドープで、か
つ上記第２の半導体膜と接する界面に第２導電型の不純
物が導入されて上記ヘテロ結合のバリア高よりも低いバ
リア高を有する第３の半導体膜と、この第３の半導体膜
上に形成された電極と、上記第２の半導体膜と上記電極
間に電圧を印加する他の電源と、上記第２の半導体膜か
ら上記第１の半導体基板と第３の半導体膜に流れる光電
流を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする赤外
線検出器。 - 【請求項５】 第１導電型の第１の半導体基板と、この
第１の半導体基板上に形成されて、縮退する程度に高濃
度の第１導電型の不純物が導入され、かつ上記第１の半
導体基板とはヘテロ接合された第２の半導体膜と、上記
第１の半導体基板と第２の半導体膜間に電圧を印加する
電源と、上記第２の半導体膜から第１の半導体基板間に
流れる光電流を検出する検出手段とを備えた光検出器に
おいて、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しな
い程度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしく
はノンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面
に第２導電型の不純物が導入されて上記ヘテロ接合のバ
リア高より高いバリア高を有する第３の半導体膜と、こ
の第３の半導体膜上に形成されて上記バリア高を越えて
蓄積されるホールに対応する信号電荷を減じるための絶
縁膜と、この絶縁膜上に形成された電極と、上記第１の
半導体基板と上記電極間に電圧を印加する他の電源と、
上記第２の半導体膜に接続されて該第２の半導体膜に蓄
積された光信号電荷を読み出すトランジスタスイッチと
を備えたことを特徴とする光検出器。 - 【請求項６】 第１導電型の第１の半導体基板と、この
第１の半導体基板上に形成されて、縮退する程度に高濃
度の第１導電型の不純物が導入され、かつ上記第１の半
導体基板とはヘテロ接合された第２の半導体膜と、上記
第１の半導体基板と第２の半導体膜間に電圧を印加する
電源と、上記第２の半導体膜から第１の半導体基板間に
流れる光電流を検出する検出手段とを備えた光検出器に
おいて、上記第２の半導体膜上に形成されて、縮退しな
い程度の低濃度の第１導電型の不純物が導入されもしく
はノンドープで、かつ上記第２の半導体膜と接する界面
に第２導電型の不純物が導入された第３の半導体膜と、
この第３の半導体膜上に形成された電極と、上記第１の
半導体基板と上記電極間に電圧を印加する他の電源と、
上記第２の半導体膜にソースが接続された第１のトラン
ジスタと、この第１のトランジスタのドレインに接続さ
れてこの第１のトランジスタを介して上記第２の半導体
膜で発生した光信号電荷を一時蓄積する蓄積手段と、上
記第１のトランジスタのドレインにソースが接続されて
上記蓄積手段に蓄積された光信号電荷を読み出す第２の
トランジスタとを備えたことを特徴とする光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5331768A JPH07193270A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 光検出器並びに赤外線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5331768A JPH07193270A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 光検出器並びに赤外線検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193270A true JPH07193270A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18247409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5331768A Pending JPH07193270A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 光検出器並びに赤外線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07193270A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100458381C (zh) * | 2005-07-06 | 2009-02-04 | 中国科学院物理研究所 | 用掺杂氧化物和硅异质结材料制的超快宽波段光探测器 |
| CN111048606A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-21 | 武汉邮电科学研究院有限公司 | 一种高带宽高响应度的锗硅光电探测器 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP5331768A patent/JPH07193270A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100458381C (zh) * | 2005-07-06 | 2009-02-04 | 中国科学院物理研究所 | 用掺杂氧化物和硅异质结材料制的超快宽波段光探测器 |
| CN111048606A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-21 | 武汉邮电科学研究院有限公司 | 一种高带宽高响应度的锗硅光电探测器 |
| CN111048606B (zh) * | 2019-12-25 | 2021-06-29 | 武汉邮电科学研究院有限公司 | 一种高带宽高响应度的锗硅光电探测器 |
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