JPH0794774A - 半導体光検出装置およびイメージセンサ - Google Patents

半導体光検出装置およびイメージセンサ

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JPH0794774A
JPH0794774A JP5236489A JP23648993A JPH0794774A JP H0794774 A JPH0794774 A JP H0794774A JP 5236489 A JP5236489 A JP 5236489A JP 23648993 A JP23648993 A JP 23648993A JP H0794774 A JPH0794774 A JP H0794774A
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JP
Japan
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field effect
effect transistor
infrared
semiconductor
superlattice
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Withdrawn
Application number
JP5236489A
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English (en)
Inventor
Kenichi Nonaka
賢一 野中
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高感度で高集積化に対応できる半導体光検出
装置、ならびに、高感度で高解像度のイメージセンサを
提供する。 【構成】 半導体光検出装置1は、赤外線等の光検出部
としてのダイオード10と、信号読み出し用スイッチと
してのショットキゲート型の電界効果トランジスタ20
とから構成される。ダイオード10は、n型GaAs基
板11、GaAs/AlGaAs超格子赤外線吸収層1
2およびn+型GaAs層13からなり、n型GaAs
基板11とn+型GaAs層13がダイオード10の電
極として作用する。電界効果トランジスタ20は、n型
GaAsソース21、n型GaAsドレイン22、n型
GaAsチャネル23、ソース電極24、ドレイン電極
25、ゲート電極26およびp型GaAs層27からな
る。この電界効果トランジスタ20は、赤外線検出部で
あるダイオード10の上に積層して形成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超格子構造を備え赤
外線を含む光を検出する半導体光検出装置、および、同
半導体光検出装置を用いたイメージセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】赤外線等の光検出器として、従来から焦
電型センサと半導体型センサが知られている。焦電型セ
ンサは低感度でありまた集積化が難しいことから単体セ
ンサとして利用されており、半導体型センサは主にイメ
ージセンサとして用いられている。
【0003】半導体型センサは、シリコンのショットキ
ダイオードをセンサとするモノリシック型と、インジウ
ム・アンチモン(InSb)や水銀・カドミウム・テル
ル(HgCdTe)をセンサとし走査回路はシリコンC
CD等を用いるハイブリッド型とに大別される。モノリ
シック型はシリコンLSI技術が応用できるために集積
化が容易であるが、ショットキダイオードで光を検出す
るために検出感度が低く、また、分光感度設計の自由度
も少ない。一方、ハイブリッド型は高感度ではあるが、
インジウム・アンチモン(InSb)や水銀・カドミウ
ム・テルル(HgCdTe)の集積化技術に課題があ
る。
【0004】そこで、インジウム・アンチモン(InS
b)や水銀・カドミウム・テルル(HgCdTe)より
も集積技術の発達したガリウム・砒素(GaAs)系化
合物を用いた超格子構造の赤外線検出器が、特開昭63
−246626号公報で提案されている。
【0005】図4は従来のGaAs系超格子型赤外線検
出器の模式構造断面図である。図4(a)は従来のGa
As系超格子型赤外線検出器の全体構造を示す。従来の
GaAs系超格子型赤外線検出器40は、半導体基板4
1の上にn型半導体電極層42を形成し、その上に赤外
線を吸収するGaAs/AlGaAs超格子層43を形
成している。符号44はn型半導体電極層である。各n
型半導体電極層42,44上に金属電極45,46をそ
れぞれ形成し、これらの金属電極45,46間に電圧を
印加する。半導体基板41は、超格子層43での赤外線
吸収効率を上げるために傾斜加工している。
【0006】図4(b)は超格子層の詳細構造を示す。
GaAs/AlGaAs超格子層43には、井戸層47
と障壁層48が交互に形成されている。通常、井戸層4
7は数10層設けられている。
【0007】図5は超格子層の伝導帯のエネルギ構造の
説明図であり、約3周期分のエネルギ構造の示したもの
である。図5中で符号51は伝導帯のエネルギレベル、
符号52は井戸内で量子化されたエネルギレベル、符号
53は伝導帯の連続的エネルギレベルである。超格子層
43に入射した赤外線のうち連続的エネルギレベル53
と量子化されたエネルギレベル52との差に対応した赤
外線が吸収される。吸収したエネルギのよって量子化レ
ベル52にある電子は連続的エネルギレベル53に励起
され、外部電界によって電流として取り出される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にあ
ってはGaAs系超格子型赤外線検出器単体については
示されているが、これだけでは信号を順次読み取る動作
は実現できない。このため、同検出器で検出した赤外線
等の強度(光量)に応じた電流等の信号を効率良く取り
出すとともに、高集積化に対応できる半導体光検出装置
ならびにそれを用いたイメージセンサが要望されてい
た。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
請求項1に係る半導体光検出装置は、半導体基板上に超
格子構造の光検出部を設け、この光検出部上に電界効果
トランジスタを積層したことを特徴とする。
【0010】請求項2に係るイメージセンサは、請求項
1記載の半導体光検出装置を同一半導体基板上に複数個
アレイ状に配設したことを特徴とする。
【0011】
【作用】請求項1に係る半導体光検出装置は、電界効果
トランジスタにゲート電圧を印加することによって、超
格子構造の光検出部に入射した光の強度(光量)に応じ
た信号を取り出すことができる。電界効果トランジスタ
は光検出部の上に形成しているので、光検出部を設ける
ために基板の平面方向に新たな領域を必要とせず、光検
出部の高密度配置が可能である。
【0012】また、請求項1記載の半導体光検出装置を
同一半導体基板上に複数個アレイ状に配設することで、
高感度高解像度のイメージセンサを提供することができ
る。
【0013】
【実施例】以下この発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図1はこの発明に係る半導体光検出装置の一
例を示す模式構造断面図である。この半導体光検出装置
1は赤外線検出用のものであって、赤外線検出部として
のダイオード10と、信号読み出し用スイッチとしての
ショットキゲート型の電界効果トランジスタ20とから
構成される。
【0014】赤外線検出部であるダイオード10は、n
型GaAs基板11、GaAs/AlGaAs超格子赤
外線吸収層12およびn+型GaAs層13からなり、
n型GaAs基板11とn+型GaAs層13がダイオ
ード10の電極として作用する。
【0015】信号読み出し用の電界効果トランジスタ2
0は、n型GaAsソース21、n型GaAsドレイン
22、n型GaAsチャネル23、ソース電極24、ド
レイン電極25、ゲート電極26およびp型GaAs層
27からなる。この電界効果トランジスタ20は、赤外
線検出部であるダイオード10の上に積層して形成して
いる。
【0016】この半導体光検出装置1は、赤外線hνを
基板11側から入射させる構造であり、超格子赤外線吸
収層12に入射する成分を増加させて赤外線吸収効率を
上げるために、基板11にグレーティング構造を設けて
いる。
【0017】電界効果トランジスタ20のソース21を
接地し、ドレイン22には負荷抵抗RLを介して電圧V
Dを供給し、基板11には負電圧VBを供給している。
そして、読み出し制御端子28からゲート電極26に読
み出し信号を加えることで、出力端子29に赤外線hν
の強度に応じた出力電圧を得る。入射する赤外線hνの
強度に対応して赤外線吸収層12の抵抗値が変化し、そ
の結果、電界効果トランジスタ20のゲート直下に加わ
るバイアス電位が変化するため、赤外線hνの強度に応
じたドレイン電流が流れ、負荷抵抗RL端に赤外線hν
の強度に応じた出力電圧を得ることができる。
【0018】赤外線検出部であるダイオード10の上
に、超格子赤外線吸収層12側がバックゲートとなる電
界効果トランジスタ20を縦方向に形成する構造とした
ので、全ての層は一連のエピタキシャル成長で形成で
き、製造プロセスを簡略化できる。
【0019】図2はこの発明に係る半導体光検出装置の
伝導帯および価電子帯のエネルギ構造を示す説明図であ
る。実線は赤外線が入射していない状態、点線は赤外線
が入射した状態でのポテンシャル図を示している。赤外
線が入射していない状態では、超格子赤外線吸収層12
は比較的高抵抗であり、電界効果トランジスタ20のチ
ャンネルには基板バイアスが加わらないため電界効果ト
ランジスタ20には電流が流れる。一方、赤外線が入射
すると、超格子赤外線吸収層12は赤外線の強度に応じ
て低抵抗となり、基板バイアスが電界効果トランジスタ
20のチャンネルに加わり、電流が減少される。赤外線
の強度が極めて大きい場合は電流が遮断される。このよ
うに、入射赤外線の強弱の情報が電界効果トランジスタ
20の電流により検出される。
【0020】図3は請求項2に係るイメージセンサの等
価回路構成図である。請求項2に係るイメージセンサ3
0は、図1に示した半導体光検出装置1を同一基板上に
n×m個アレイ状に配設し、さらにm個の水平方向の信
号読み出し用電界効果トランジスタ31a〜31mを配
列し、各行毎にドレイン電圧を供給するとともに、各列
毎に半導体光検出装置の電界効果トランジスタにゲート
電圧を印加することで、特定の1個の画素(半導体光検
出装置)の信号を読み出す(X−Yアドレス方式)構成
としている。
【0021】各画素は赤外線検出部であるダイオード1
0と、信号読み出し用の電界効果トランジスタ20で構
成され、すべてのダイオード10は全画素に共通の外部
電位VBにバイアスされている。符号φH1〜φHmは
水平方向の信号読み出し用電界効果トランジスタ31a
〜31mにゲート電圧を供給するための行指定端子、符
号φV1〜φVnは各列毎に半導体光検出装置の電界効
果トランジスタにゲート電圧を印加するための列指定端
子である。
【0022】以上の構成であるから、行指定端子および
列指定端子のゲート電圧を印加することによって、X−
Yアドレスで指定された画素に入射された光の強度(光
量)を出力端子OUTから取り出すことができる。請求
項2に係るイメージセンサ30は、赤外線等の光検出部
であるダイオード10と、信号読み出し部である電界効
果トランジスタ20が縦方向に形成しているので、面積
効率が高く高感度高解像度を得ることができる。
【0023】なお、本実施例では赤外線の検出を例に説
明したが、本発明はそれに限らず可視光等にも応用でき
る。また、材料も、InGaAs等の化合物半導体を適
用できる。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように請求項1に係る半
導体光検出装置は、半導体基板上に超格子構造の光検出
部を設け、この光検出部上に電界効果トランジスタを積
層したので、面積効率が高く高感度の光センサを得るこ
とができる。
【0025】請求項2に係るイメージセンサは、請求項
1に係る半導体光検出装置を同一基板上に複数個アレイ
状に配設したので、面積効率が高く高感度高解像度を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る半導体光検出装置の一例を示す
模式断面構造図
【図2】この発明に係る半導体光検出装置の伝導帯およ
び価電子帯のエネルギ構造を示す説明図
【図3】請求項2に係るイメージセンサの等価回路構成
【図4】従来のGaAs系超格子型赤外線検出器の模式
構造断面図
【図5】超格子層の伝導帯のエネルギ構造の説明図
【符号の説明】
10 赤外線検出部を構成するダイオード 11 基板 12 超格子構造赤外線吸収層 20 電界効果トランジスタ 21 ソース 22 ドレイン 23 チャネル 24 ゲート電極 30 イメージセンサ 31 水平方向の信号読み出し用電界効果トランジスタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に超格子構造の光検出部を
    設け、この光検出部上に電界効果トランジスタを積層し
    たことを特徴とする半導体光検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体光検出装置を同一
    半導体基板上に複数個アレイ状に配設したことを特徴と
    するイメージセンサ。
JP5236489A 1993-09-22 1993-09-22 半導体光検出装置およびイメージセンサ Withdrawn JPH0794774A (ja)

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JP5236489A JPH0794774A (ja) 1993-09-22 1993-09-22 半導体光検出装置およびイメージセンサ

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JP5236489A JPH0794774A (ja) 1993-09-22 1993-09-22 半導体光検出装置およびイメージセンサ

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JPH0794774A true JPH0794774A (ja) 1995-04-07

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ID=17001493

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JP5236489A Withdrawn JPH0794774A (ja) 1993-09-22 1993-09-22 半導体光検出装置およびイメージセンサ

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100290858B1 (ko) * 1999-03-13 2001-05-15 구자홍 양자점 원적외선 수광소자 및 그 제조방법
US7768048B2 (en) 2003-09-09 2010-08-03 Asahi Kasei Emd Corporation Infrared sensor IC, and infrared sensor and manufacturing method thereof

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Effective date: 20001128