JPS5861683A - 半導体光検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えば赤外線を検出する半導体光検出素子
に関するものである。

大気の窓′と呼ばれる波長３〜５μｍｔたは８〜１４μ
ｍ帯の赤外線に感度を持つ半導体材料として、ＩｎＳｂ
　、　ＨｇＣｄＴｅ、Ｐｂ５ｎＴ＊等が広く知られてい
る。これらの材料を用いた赤外線検出素子で現在広く用
いられているものには、光起電力形と光導電形の本のが
ある。光起電力形は、ｐ−ｎ接合を利用したホトダイオ
ードや太陽電池と同じ動作原理で働く検出素子であ夛、
光導電形は、赤外線の照射によって素子の導電率が変る
仁とを利用した赤外線検出素子である。

近年、赤外線撮像装置の小形、軽量化、高信頼化のため
に、半導体赤外線検出素子と信号も履用ＩＣを一体化し
た固体赤外線画像センサーの開発が行なわれているが、
これに使用する赤外線検出素子は、信号処理回路の入力
インピーダンスとの整合性から、高抵抗であることが必
要とされるために、一般に光起電力形のものが使われる
。ところが、前述したＨｇＣｄＴ・等の赤外線検出素子
用材料に於ては、Ｐｎ接合の形成技術が未だ未熟な段階
にあり、赤外線画像センサーの検出部として使用できる
性能を持った光起電方形素子が得られない７　　のが現
状である。

光導電形の素子は、製作プルセス上の問題はないが、低
抵抗であるため、信号処理回路との間にバッファ回路が
必要であシ、素子構成が複雑となるＯ 以下に上記について詳述するが、説明の便宜上、ＨｇＣ
ｄＴ＠を用い九赤外線検出素子を例にとって、説明する
。

第１図は、従来から用いられているＨｇＣｄＴｅ光導電
形赤光導積形赤外線検出素子ある。図中、（りはＨｇＣ
ｄＴｅ結晶、（２）は素子の機械的強度を強くするため
の支持基板、（３ｍ）および（３ｂ）は電極、（４）は
リード線、（６）は基板（２）とＨｇＣｄＴ・結晶（１
１を接着する接着剤である。

この構造の素子では、電極（３ｍ）　、　（３ｂ）間に
直流電圧を印加したときに電極（３ａ）、（３ｂ）間に
流れる電流が、ＨｇＣｄＴｅ結晶＋１）　ＩＦ−照射さ
れる赤外線に応じて変化することを利用して、赤外線を
検出する。この構造は、基板（２）にＨｇＣｄＴｅ結晶
＋１）を接着し、電極（３ａ）＋　（３ｂ）を取り付け
るだけでよく、後に述べる光起電力形の素子に較べて、
比較的容易に製作できる利点がある。しかし、この構造
の素子では、電極（３ｍ）　、　（３ｂ）間の抵抗はＨ
ｇＣａＴｅ結晶＋１１の抵抗で決ｔシ、この値は、素子
の寸法に依存する値であるが、赤外線検出素子として適
切な大きさに成形した場合には、数Ω〜数ＫＯの値が普
通である。

第２図は、従来から用いられているＨｇＣｄＴ・光起電
方形赤外線検出素子の断面図である。図中、（１）はＨ
ｇＣｄＴ・結晶であり、この結晶（１）は、その界面に
ｐ−ｎ接合（ｌｏ）　ｔ−形成するｐ影領域（ｌａ）と
ｎ影領域（１ｂ）とから成つ、ている。ここで％　（１
ｍ）がｎ影領域である素子も６１．この時は（ｌｂ）は
ｐ影領域となる。他の（２１〜（５）は、第１図と同じ
である。

この構造では、素子に照射された赤外線は、結晶（１）
内で吸収されて電子−正孔対を発生させるが、発生した
電子−正孔対の内、小数キャリアであるｐ影領域（１ａ
）中の電子と、ｎ影領域（１ｂ）中の正孔が、それぞれ
ｐ−ｎ接合（１ｃ）を通過して、ｐ形およびｎ影領域（
１ｍ）　＋　（ｌｂ）中へ流れ込むことによって発生す
る電極＜３＆）　、　（３ｂ）間の電圧を観察すること
によって、素子に照射された赤外線の強さを知ることが
できる。この構造の素子では、電極（３ａ）　＊　（３
ｂ）間Ｋｐ−ｎ接合（ｌｅ）が形成されているために、
電極（３ｍ）　、　（３ｂ）間の抵抗は、零バイアスま
たは、逆バイアス状態では、数ＭΩときわめて高い値が
得られる。ところが、仁の構造の素子を製作するために
は、ｐ−ｎ接合形成技術が確立されなければならず、Ｈ
ｇＣｄＴ・結晶については、この技術は未だ充分確立さ
れていないのが現状である。

前述し九様に、赤外線画像センサーの赤外線検出部とし
ては、第２図に示した光起電力形の素子が望ましいが、
製作プロセスが未熟なために充分性能の良い素子が得ら
れないのが現状であり、また、光導電形の素子はバッフ
ァ回路が必要であるため画像センサーの構造が複雑とな
り、この場合にも性能の嵐いセンサーは得られていない
。

本発明は、この様な問題点に鑑みてなされたものであり
、Ｐｎ接合を利用せずに高抵抗性を有する半導体光検出
素子の新しい構造を提供するものである。

第３図は、本発明の一実施例を示す断面図でめる。図中
、（３Ｓ）はソース電極、（３Ｄ）はドレインｔａ、（
３Ｇ）ａケ−）を極、（６１Ｆｌ　ＨｇＣｄＴｅ結晶（
１）とゲート電極（３Ｇ）間を絶縁するためのゲート絶
縁膜である。その他の（１）〜（５）の符号を付した部
分は、第１図及び第２図の場合と同じである。

この構造は、第１図に示した光導電形の素子の電極（３
ａ）ｙ　（３ｂ）間に、ゲート絶縁１［（８１とゲート
電極（３Ｇ）を取り付けた構造になっている。この構造
の素子で赤外線を検出するには、ソース電極（３ｓ）と
ドレイン電極（３Ｄ）間および、ゲート電極（３Ｇ）と
ソース電極（３Ｓ）間ま走は、ゲート電極（３Ｇ）とド
レイン電極（３Ｄ）間に直流電圧を印加する。このとき
、赤外線を図に示した様に基板（２）側からＨｇＣｄＴ
・結晶（１）に照射すれば、光導電形の場合と同様に、
ソース電極（３Ｓ）とドレイン電極（３Ｄ）間に流れる
電流が照射された赤外線に応じて変化し、赤外線を検出
することができる。ゲート電極（３Ｇ）とソース電極（
３Ｓ）またはドレイン電極（３Ｄ）間に印加する直流電
圧を変化させることによ〕、ソース電極（３ｓ）とドレ
イン電極（３Ｄ）間の見かけ上の抵抗を変えることがで
き、この電圧を適切吟選べば、ソース電ｇ（３Ｓ）とド
レイン電極（３Ｄ）間の抵抗を充分太き々値とすること
ができる。この実施例構造の素子でに、基板（２）＠か
ら赤外線を照射するため、基板（２）と接着剤（５）に
、赤外線に対して透明な材料を用いなければならない。

なお、ゲート電極（３Ｇ）及びゲート絶縁膜（６）に、
赤外線に対して透明な材料を用いれば、ゲート電極（３
Ｇ）側から赤外ＩＩＩを照射することもできる。

以上述べた様に本発明によれば、ｐ−ｎ接合を用いずに
高抵抗の光検出素子が実現でき、赤外線画像センサー等
への利用に大いに役立つものである０ 以上の説明では、説明の便宜上、ＨｇＣｄＴ・の赤外線
検出素子について述べたが、本Ｍ　’ＳＱ　ｕ　ＨｇＣ
ｄＴｅに限定されず、赤外線に感度を持つ半導体全てに
適用される。− また、赤外線以外の他の波長の光を検出する素子にも適
用できることはいうまでもない０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来から用いられている光導電形赤外線検出素
子の断面図、Ｍ２図は従来から用いられている光起電方
形赤外線検出素子の断面図、第３図は本発明の一実施例
を示す断面図である。 図において、（１）はＨｇＣｄＴ＊結晶、（３Ｓ）　ｔ
ｉミソ−スミ、（３Ｄ）　ＩＩｉドレイン電極、（３Ｇ
）はゲート電極、（６）はゲート絶縁膜である。 なお、図中同一符号は同一部分または相当部分を示す。 代理人　葛野信− 手続抽１ト書（自発］ ’ｌ！Ｉ’　ｊ’ｌ庁１４官殿 １、°ド（’ｌの表示　　　　特願昭５６−１６１７４
８号２、発明の名称 半導体光検出素子 ３、抽ＩＩ；をすると 中外との関係　　　特許出願人 明細書の発明の詳細な説明の欄および図面の簡単な説明
の欄 ６、補正の内容 °明細書第２頁第８〜４行及び第６行、第８頁第１行及
び第８〜９行、第５頁第１８行、第６頁第６行及び第１
４行並びに第８頁第１行に「光導電形」とあるのを「光
伝導形」とｇＪ圧する。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）特定波長の光に感度を持つ半導体層、この半導体
   層に互いに離間して被着され、その間に電圧が印加され
   る第１の電極および第２の電極、この第１の電極と第２
   の電極間において上記半導体層に被着された絶縁膜、こ
   の絶縁膜上に被着され、上記第１の電極および第２の電
   極の一方との間に電圧が印加される第３の電極を備え、
   上記半導体層に光を照射するようにしてなる半導体光検
   出素子０
2. （２）％定波長の光は赤外線である特許請求の範囲第１
   項記載の半導体光検出素子。