JPH0513788A - 赤外線検知装置 - Google Patents

赤外線検知装置

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JPH0513788A
JPH0513788A JP3158239A JP15823991A JPH0513788A JP H0513788 A JPH0513788 A JP H0513788A JP 3158239 A JP3158239 A JP 3158239A JP 15823991 A JP15823991 A JP 15823991A JP H0513788 A JPH0513788 A JP H0513788A
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JP
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crystal
substrate
thickness
light
light receiving
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JP3158239A
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Inventor
Masahiro Tanaka
昌弘 田中
Kazuo Ozaki
一男 尾▲崎▼
Toshiyuki Ueda
敏之 上田
Tetsuya Kawachi
哲也 河内
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線検知装置に関し、検知すべき波長依存
性の高い高感度の赤外線検知装置の提供を目的とする。 【構成】 基板1上に該基板1と構成原子の異なる水銀
を含む化合物半導体結晶2を設け、該結晶に電極膜4で
画定された受光部領域5を設けた検知装置に於いて、前
記受光部領域5内の水銀を含む化合物半導体結晶2の厚
さを部分的に変化させたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線検知装置に係り、
特に基板上に該基板と構成原子の異なる水銀を含む化合
物半導体結晶を設け、該結晶を受光部領域とする赤外線
検知装置に関する。
【0002】近年、サファイアのような絶縁性基板、或
いはガリウム砒素、シリコンのような半導体基板上にカ
ドミウムテルル(CdTe)結晶をバッファ層として設け、
この上に該基板の構成原子と異なる原子を含む水銀・カ
ドミウム・テルル(Hg1-x Cd x Te)のような化合物半導
体結晶を形成し、この化合物半導体結晶を用いて赤外線
検知装置を形成している。
【0003】このように安価に入手できる半導体基板の
ような異種基板上に、Hg1-x Cdx Te結晶を形成し、これ
を用いて赤外線検知装置を形成すると該装置が低コスト
で得られる。
【0004】ところでこのような異種基板上にHg1-x Cd
x Te結晶を形成し、この結晶に多素子型の赤外線検知素
子を設けると、素子間の検知特性にばらつきが生じ易
く、このばらつきを抑えて均一な素子特性を有する多素
子型の赤外線検知装置が要望されている。
【0005】
【従来の技術】例えば、図5(a)に示すように、異種基板
のサファイア基板1の上にCdTe層2Aを気相成長法で形成
した後、Hg1-xCdx Te結晶2を液相エピタキシャル成長
方法で形成すると、CdTe層2Aを構成するCd、Teの原子
と、Hg1-x Cdx Te結晶2を構成するHg、Cd、Teの原子と
の間で相互拡散が生じるためと、CdTeの偏析係数が大き
いため、サファイア基板1とCdTe層2Aの境界面3に近づ
くHg1-x Cdx Te結晶2程、x値の大きいHg1-x Cdx Te結
晶が形成される。
【0006】また一方、前記境界面3より隔たる程、x
値の小さいHg1-x Cdx Te結晶2が得られ、形成されるHg
1-x Cdx Te結晶2の厚さt方向に沿って組成勾配を有し
ており、均一な組成のHg1-x Cdx Te結晶が得られない不
都合がある。
【0007】このHg1-x Cdx Te結晶2のx値が大きくな
る程、エネルギーバンドギャップが大きくなり、該結晶
で検知できる赤外線検知装置のカットオフ波長が短くな
る。つまりサファイア基板1とCdTe層2Aの境界面3に近
づく程、Hg1-x Cdx Te結晶のx値が大きくなり、検知で
きる波長が短波長側にシフトする傾向にあり、サファイ
ア基板1とCdTe層2Aの境界面3より隔たる程、Hg1-xCd
x Te結晶2のx値が小さくなり、検知できる波長が長波
長側にシフトする傾向があり、均一な特性の多素子型の
赤外線検知装置が得られないという現状である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このように厚さ方向に
沿ってx値の異なるHg1-x Cdx Te結晶を用いて赤外線検
知装置を形成すると、図5(a)に示すように、電極膜4 で
画定された受光部領域5へ入射された赤外線の内で、カ
ットオフ波長より僅かに短い波長の内の一部の光は、受
光部領域5で光電変換されるが、この入射赤外線の内で
光電変換されなかった残余の光は、サファイア基板1と
CdTe層2Aとの境界面3に当たって反射する。
【0009】そして、その反射光が入射赤外線と干渉を
起こし、この干渉によって入射赤外線の光量が、本来の
入射した光量と異なるような影響を受け、特定の波長の
光に対して特定の感度を有する赤外線検知装置が得られ
ない問題がある。
【0010】図5(b)の中の実線は、このように入射赤外
線と反射光が干渉を起こした状態を示す図で、図示する
ように、干渉の影響によって特定の波長で感度を有せ
ず、波長依存性の高い高感度な検知装置が得られない。
【0011】なお、図5(b)の中の点線は上記干渉のない
時の感度特性を示している。本発明は上記した問題点を
解決し、特定の波長に対して特定の感度を有する波長依
存性の高い、高感度の赤外線検知装置の提供を目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検知装置
は、基板上に該基板と構成原子の異なる水銀を含む化合
物半導体結晶を設け、該結晶に電極膜で画定された受光
部領域を設けた検知装置に於いて、前記受光部領域内の
化合物半導体結晶、或いは基板の厚さを部分的に変化さ
せたことを特徴とする。
【0013】また前記基板上にx値が1、または1に近
接した値を有するHg1-x Cdx Te結晶を設け、該Hg1-x Cd
x Te結晶上にHg1-x Cdx Te結晶を設け、該Hg1-x Cdx Te
結晶に電極膜で画定された受光部を設けた検知装置に於
いて、前記受光部領域内の前記Hg1-x Cdx Te結晶の厚さ
を部分的に変化させたことを特徴とする。
【0014】更に前記受光部領域内に入射した入射赤外
線と、該赤外線が基板と化合物半導体結晶の境界面で反
射して生じた反射光とが、干渉して入射赤外線を強める
厚さを有する受光部領域内の面積と、干渉して入射赤外
線を弱める厚さを有する受光部領域内の面積とが、それ
ぞれ等しい面積を有することを特徴とするものである。
【0015】
【作用】例えば、図4(a)に示すように、Hg1-x Cdx Te結
晶2の受光部領域5に波長がλの赤外線を略垂直方向よ
り入射し、このHg1-x Cdx Te結晶2の受光部領域5の厚
さをd1 、d2 と異ならせ、このHg1-x Cdx Te結晶2 の
屈折率をnとし、k=1,2,3 …の正の整数とすると、入
射赤外線と、該赤外線がサファイア基板1 との境界面3
で反射した反射光とが干渉により互いにその光を強める
条件は数式1に示すようになる。
【0016】
【数1】
【0017】またこの入射赤外線と、前記反射光とが干
渉により互いにその光を弱める条件は数式2に示す。
【0018】
【数2】
【0019】そして図4(b)に示すように、この干渉によ
り入射赤外線と反射光が互いに強め合う場合は曲線11の
ようになり、干渉により入射赤外線と反射光が互いに弱
め合う場合は曲線12のようになり、両者の曲線の値を差
し引くと、入射赤外線と反射光の干渉がない場合の曲線
は点線で示す13のような曲線になる。
【0020】このため、前記したようにHg1-x Cdx Te結
晶2 の受光部領域5 内の厚さを、d 1 >d2 と異ならせ
た場合、数式3に示すような条件の時、両方の厚さの異
なるHg1-x Cdx Te結晶と基板の境界面で反射した反射光
と入射赤外線は干渉を起こさなくなる。
【0021】
【数3】
【0022】この数式3 を変形して数式4 を得る。但し
Δd=(d1 −d2 )である。
【0023】
【数4】
【0024】そして赤外線検知装置の受光部領域5でHg
1-x Cdx Teの結晶2の厚さがd1 の領域と、Hg1-x Cdx
Te結晶2の厚さがd2 の領域を等しい面積に等分に形成
することで、この厚さの異なる領域で干渉条件が反転し
て、干渉作用が相殺されるので、受光領域内で入射赤外
線と反射光の干渉が生じなくなり、検知すべき波長に対
して高感度を有する波長依存性の強い、多素子型の高感
度な赤外線検知装置が得られる。
【0025】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の一実施例につき
詳細に説明する。図1(a)、および該図1(a)のA−A´線
の断面図の図1(b)に示すように、異種基板であるサファ
イア基板1上にCdTe層2Aを気相成長法で成長した後、Hg
1-x Cdx Te結晶2を液相エピタキシャル成長方法等を用
いて例えばx値が0.21のHg1-xCd x Te結晶を10μm の厚
さに形成する。次いで波長12μm の光に対して数式4の
値を満足するように、Δd=0.85μm と成るように、受
光部領域の半分の面積を0.85μm だけ選択的にレジスト
膜( 図示せず) をマスクとして用い、エッチング液にて
エッチングする。
【0026】次いで、受光部領域上にレジスト膜( 図示
せず) を塗布後、該レジスト膜をマスクとして蒸着によ
りインジウム膜よりなる電極膜4を形成後、リフトオフ
法で受光部領域5 上のレジスト膜を除去するとともに、
その上の電極膜4 をも除去して多素子型の光導電型の赤
外線検知装置を形成する。
【0027】このような本発明の赤外線検知装置によれ
ば、受光部領域5でHg1-x Cdx Teの結晶2の厚さがd1
の領域と、Hg1-x Cdx Te結晶2の厚さがd2 の領域を等
しい面積に等分に形成することで、この厚さの異なる領
域で干渉条件が反転して、干渉作用が相殺されるので、
受光部領域内で入射赤外線と反射光の干渉が生じなくな
り、検知すべき波長に対して高感度を有する波長依存性
の強い、多素子型の高感度な赤外線検知装置が得られ
る。
【0028】本発明の赤外線検知装置の他の実施例とし
て図2(a)に示すように、受光部領域5 が形成される領域
のサファイア基板1の厚さを、その上に形成されるHg
1-x Cd x Te結晶2 の厚さがd1 の領域と、d2 の領域を
等しい面積に等分に形成できるように予め選択的にエッ
チングしても良い。
【0029】また図2(b)に示すように、サファイア基板
1上にCdTe層2Aを受光部形成予定領域下の厚さを選択的
に変化させて形成し、その上にHg1-x Cdx Te結晶2を形
成しても良い。
【0030】また他の変形例として、図3(a)に示すよう
に上記受光部領域5のHg1-x Cdx Te結晶2の厚さは直線
状に変化させても良いし、図3(b)に示すように、該受光
部領域5のHg1-x Cdx Te結晶2の厚さは、階段状に厚さ
の異なる部分を多数設けても良い。
【0031】また図3(c)に示すように受光部領域5のHg
1-x Cdx Te結晶2の中央部で最も厚さが薄くなるように
し、受光部領域5の周辺部に向かって直線状に厚くする
形状を採っても良いし、また図3(d)に示すように受光部
領域5のHg1-x Cdx Te結晶2の中央部が最も厚くなるよ
うに円弧状に形成しても良い。
【0032】要はHg1-x Cdx Te結晶2の受光部領域5に
検知すべき特定の波長の赤外線を入射する場合、この入
射赤外線と基板1とHg1-x Cdx Te結晶2の境界面に当た
って反射する反射光が、干渉により強め合う厚さと、干
渉により互いに弱め合うような厚さを等分の面積づつ有
するような受光部を形成すると良い。
【0033】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の赤外線検知
装置によれば、入射赤外線と反射赤外線による干渉作用
が相殺され、検知すべき本来の波長の光に対して高感度
を有し、波長依存性の高い高感度な赤外線検知装置が得
られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の赤外線検知装置の平面図および断面
図である。
【図2】 本発明の赤外線検知装置の他の実施例の断面
図である。
【図3】 本発明の装置の受光部領域の他の変形例の断
面図である。
【図4】 本発明の装置の原理の説明図である。
【図5】 従来の装置に於ける不都合な状態図である。
【符号の説明】
1 サファイア基板 2 Hg1-x Cdx Te結晶 2A CdTe層 3 境界面 4 電極膜 5 受光部領域 11 干渉して入射光を強める場合の波長と感度の関係曲
線 12 干渉して入射光を弱める場合の波長と感度の関係曲
線 13 入射光と反射光が干渉しない場合の波長と感度の関
係曲線
───────────────────────────────────────────────────── 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 H04N 5/33 8838−5C 8422−4M H01L 31/10 A (72)発明者 河内 哲也 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板(1) 上に該基板(1) と構成原子の異
    なる水銀を含む化合物半導体結晶(2) を設け、該結晶に
    電極膜(4) で画定された受光部領域(5) を設けた検知装
    置に於いて、 前記受光部領域(5) 内の化合物半導体結晶(2) 、或いは
    基板(1) の厚さを部分的に変化させたことを特徴とする
    赤外線検知装置。
  2. 【請求項2】 基板(1) 上にx値が1、または1に近接
    した値を有するHg1- x Cdx Te結晶(2) を設け、該Hg1-x
    Cdx Te結晶(2) に電極膜(4) で画定された受光部(5) を
    設けた検知装置に於いて、 前記受光部領域(5) 内の前記Hg1-x Cdx Te結晶(2) の厚
    さを部分的に変化させたことを特徴とする赤外線検知装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1、または2に記載の受光部領域
    (5) 内に入射した入射赤外線と、該赤外線が基板(1) と
    化合物半導体結晶(2) の境界面(3) で反射して生じた反
    射光とが、干渉して入射赤外線を強める厚さを有する受
    光部領域(5)内の面積と、干渉して入射赤外線を弱める
    厚さを有する受光部領域(5) 内の面積とが、それぞれ等
    しい面積を有することを特徴とする赤外線検知装置。
JP3158239A 1991-06-28 1991-06-28 赤外線検知装置 Withdrawn JPH0513788A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05152599A (ja) * 1991-11-29 1993-06-18 Nec Corp 半導体受光素子
JP2002111124A (ja) * 2000-09-29 2002-04-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 発光モジュール

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05152599A (ja) * 1991-11-29 1993-06-18 Nec Corp 半導体受光素子
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Effective date: 19980903