JP2023011110A - DUAL-WAVELENGTH INFRARED SENSOR AND IMAGING SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、2波長赤外線センサ、及び撮像システムに関する。 The present disclosure relates to dual wavelength infrared sensors and imaging systems.
1画素で異なる波長帯に感度を有する赤外線センサが知られている(たとえば、特許文献1、及び特許文献2参照)。これらの2波長赤外線センサでは、異なる赤外波長に感度を持つ受光層の積層構造を1画素とし、各画素に印加するバイアスの方向を切り替えることで、異なる波長の赤外線応答を検出する。
2. Description of the Related Art There is known an infrared sensor in which one pixel is sensitive to different wavelength bands (see, for example,
画素アレイの面内で隣接する4つの画素を1単位ブロックとし、単位ブロック中の1つの画素を長波長検出用の画素、他の3つの画素を短波長検出用の画素として用いる赤外線検出器が知られている(たとえば、特許文献3参照)。 An infrared detector using four pixels adjacent in the plane of a pixel array as one unit block, one pixel in the unit block as a pixel for long wavelength detection, and the other three pixels as pixels for short wavelength detection. known (see, for example, Patent Document 3).
図1は、公知の赤外線センサの断面構成を示す。断面Aは、短波長(λS)用の画素のみを含む行または列の模式図、断面Bは、短波長(λS)用の画素と長波長(λL)用の画素を交互に含む行または列の模式図である。各画素で、光入射側から順に、下部コンタクト層(B-NCT)、λL吸収層、中間コンタクト層(M-CNT)、λS吸収層、上部コンタクト層(T-CNT)が、この順で積層されている。 FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a known infrared sensor. Section A is a schematic diagram of rows or columns containing only short wavelength (λ S ) pixels, and section B contains alternating short wavelength (λ S ) and long wavelength (λ L ) pixels. FIG. 4 is a schematic diagram of a row or column; In each pixel, a lower contact layer (B-NCT), a λ L absorption layer, an intermediate contact layer (M-CNT), a λ S absorption layer, and an upper contact layer (T-CNT) are arranged in this order from the light incident side. is laminated with
中間コンタクト層(M-CNT)と上部コンタクト層(T-CNT)の間に印加されるバイアス電圧により、λS用画素から、λS吸収層に蓄積された電荷が読み出される。中間コンタクト層(M-CNT)と下部コンタクト層(T-CNT)の間に印加されるバイアス電圧により、λL用画素から、λL吸収層に蓄積された電荷が読み出される。この構成により、画素ごとに印加する電圧の方向を時分割で切り替えなくても、λS用画素とλL用画素から同時に検出結果が得られる。ただし、各画素でλLまたはλSのどちらか一方の応答出力しか取り出せないため、欠落した波長の情報は、隣接画素の出力情報に基づく補間処理で補われる。 A bias voltage applied between the intermediate contact layer (M-CNT) and the upper contact layer (T-CNT) reads out the charge accumulated in the λ S absorption layer from the λ S pixel. A bias voltage applied between the intermediate contact layer (M-CNT) and the lower contact layer (T-CNT) reads the charge accumulated in the λ L absorption layer from the λ L pixel. With this configuration, detection results can be obtained simultaneously from the λ S pixel and the λ L pixel without switching the direction of the voltage applied to each pixel in a time division manner. However, since only one response output of λL or λS can be extracted from each pixel, the missing wavelength information is supplemented by interpolation processing based on the output information of adjacent pixels.
図1の構成では、光入射側にλL吸収層が配置されている。λL吸収層とλS吸収層は、多重量子井戸層で形成されており、それぞれが目的の波長に急峻な吸収ピークを有するように設計されている。λL吸収層とλS吸収層の吸収ピークが互いに独立しているので、λSの光はλL吸収層でほとんど吸収されずにλS吸収層に到達する。 In the configuration of FIG. 1, the λ L absorption layer is arranged on the light incident side. The λ L absorption layer and the λ S absorption layer are formed of multiple quantum well layers and designed to have sharp absorption peaks at target wavelengths. Since the absorption peaks of the λ L absorption layer and the λ S absorption layer are independent of each other, the λ S light is hardly absorbed by the λ L absorption layer and reaches the λ S absorption layer.
近年、2波長赤外線センサの感度向上のために、赤外線吸収効率の高いT2SL(Type-II Super Lattice:タイプ2超格子)を光吸収層に用いる構成が採用されている。T2SLの光吸収層は非常にブロードな応答特性をもつため、λL吸収層とλS吸収層の応答特性が重なり合い、λL吸収層でλSの赤外光が吸収されてしまう。λL吸収層とλS吸収層の積層順序を入れ替えることが考えられるが、単純に積層順序を入れ替えるだけでは、各波長の吸収層から独立した波長情報を読み出すことができない。 In recent years, in order to improve the sensitivity of dual-wavelength infrared sensors, a structure using T2SL (Type-II Super Lattice), which has high infrared absorption efficiency, as a light absorption layer has been adopted. Since the light absorption layer of T2SL has a very broad response characteristic, the response characteristics of the λL absorption layer and the λS absorption layer overlap, and the λL absorption layer absorbs infrared light of λS . Although it is conceivable to change the lamination order of the λ L absorption layer and the λ S absorption layer, it is not possible to read independent wavelength information from the absorption layers of each wavelength simply by changing the lamination order.
本開示は、各画素で電荷読み出し用のバイアス電圧の切換えなしに、異なる波長の光に対する検出精度を維持できる波長赤外線センサを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a wavelength infrared sensor capable of maintaining detection accuracy for light of different wavelengths without switching the bias voltage for charge reading in each pixel.
一実施形態では、2波長赤外線センサは
光入射側から順に第1コンタクト層、第1ブロック層、第2コンタクト層、第1波長の光に感度を有する第1光吸収層、第2ブロック層、第1波長よりも長い第2波長の光に感度をもつ第2光吸収層、及び第3コンタクト層を有する画素が、複数配列された受光素子アレイ、を有し、
前記第1波長の光を検出する少なくとも1つの第1画素と、前記第2波長の光を検出する少なくとも1つの第2画素とで単位ブロックが形成され、前記単位ブロックが前記受光素子アレイ内で繰り返し配置され、
前記第1画素は、前記第3コンタクト層、前記第2光吸収層、前記第2ブロック層、及び前記第1光吸収層を貫通する第1分離溝で分断され、前記第2画素は前記第3コンタクト層から前記第1コンタクト層に達する第2分離溝で分断されている。
In one embodiment, the two-wavelength infrared sensor comprises a first contact layer, a first blocking layer, a second contact layer, a first light absorption layer sensitive to light of the first wavelength, a second blocking layer, in order from the light incident side. a light-receiving element array in which a plurality of pixels having a second light absorption layer sensitive to light of a second wavelength longer than the first wavelength and a third contact layer are arranged;
At least one first pixel for detecting light of the first wavelength and at least one second pixel for detecting light of the second wavelength form a unit block, and the unit block is formed within the light receiving element array. placed repeatedly,
The first pixels are divided by a first separation groove penetrating the third contact layer, the second light absorption layer, the second blocking layer, and the first light absorption layer, and the second pixels are divided into the second pixels. 3 The contact layer is separated by a second separation groove reaching the first contact layer.
2波長赤外線センサの各画素でバイアス電圧の切換えなしに、異なる波長の光に対する検出精度を維持することができる。 Detection accuracy for light of different wavelengths can be maintained without switching the bias voltage in each pixel of the dual-wavelength infrared sensor.
<実施形態に至る過程で考えられる構成とその課題>
図2は、図1の2波長赤外線センサにT2SLを適用するときに生じる課題を説明する図である。図中の破線は、T2SLで形成された短波長(λS)吸収層の赤外線応答特性を示し、実線は、T2SLで形成された長波長(λL)吸収層の赤外線応答特性を示す。多重量子井戸層を用いた光吸収層と異なり、T2SLの光吸収層の赤外線応答特性はブロードである。λS吸収層の応答特性の大部分は、λL吸収層の応答特性と重なっている。そのため、図1のように光入射側にλL吸収層が位置すると、λSの赤外光の多くがλL吸収層で吸収される。λSの赤外光は、λS吸収層に到達する前にλL吸収層で減衰し、λS側の検出感度が低下する。
<Structures considered in the process leading to the embodiment and their problems>
FIG. 2 is a diagram for explaining problems that arise when applying T2SL to the two-wavelength infrared sensor of FIG. The dashed line in the figure indicates the infrared response characteristics of the short wavelength (λ S ) absorption layer formed of T2SL, and the solid line indicates the infrared response characteristics of the long wavelength (λ L ) absorption layer formed of T2SL. Unlike the light absorption layer using multiple quantum well layers, the infrared response characteristic of the light absorption layer of T2SL is broad. Most of the response characteristics of the λ S absorber layer overlap with the response characteristics of the λ L absorber layer. Therefore, when the λ L absorption layer is positioned on the light incident side as shown in FIG. 1, most of the λ S infrared light is absorbed by the λ L absorption layer. The λ S infrared light is attenuated in the λ L absorption layer before reaching the λ S absorption layer, and the detection sensitivity on the λ S side decreases.
まず考えられるのが、図1の構成で、λL吸収層とλS吸収層の位置を入れ替えることである。すなわち、光入射側にλS吸収層を設け、光入射面から遠い側にλL吸収層を配置する。しかし、単にλL吸収層とλS吸収層の位置を入れ替えるだけでは、各波長の光検出信号を適切に取り出すことができない。 The first thing that can be considered is to replace the positions of the λ L absorption layer and the λ S absorption layer in the configuration of FIG. That is, the λ S absorption layer is provided on the light incident side, and the λ L absorption layer is arranged on the far side from the light incident surface. However, by simply exchanging the positions of the λ L absorption layer and the λ S absorption layer, it is not possible to appropriately extract the photodetection signal of each wavelength.
図3と図4は、T2SL構成を採用してλL吸収層とλS吸収層を入れ替えた構成を示す。図3は、受光素子アレイの平面模式図、図4は受光素子アレイの断面模式図である。図3において、λL用画素とλS用画素を含む複数の画素が、X-Y面内に並べられている。受光素子アレイのX方向とY方向で互いに隣接する4つの画素により、単位ブロックが形成される。単位ブロックに含まれる4つの画素のうち、1つの画素がλL用画素、残りの3つの画素がλS用画素である。 3 and 4 show configurations in which the T2SL configuration is employed and the λ L and λ S absorption layers are interchanged. 3 is a schematic plan view of the light receiving element array, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the light receiving element array. In FIG. 3, a plurality of pixels including the λL pixel and the λS pixel are arranged in the XY plane. A unit block is formed by four pixels adjacent to each other in the X direction and the Y direction of the light receiving element array. Of the four pixels included in the unit block, one pixel is the λL pixel and the remaining three pixels are the λS pixels.
図4の(A)は、図3の断面Aでの模式図、図4の(B)は、図3の断面Bでの模式図である。図1と異なり、光入射側にλS吸収層が配置されている。λS用画素は、λL吸収層を有しないため、短波長用の電極ELλSの高さを、長波長用の電極ELλLよりも高くして電極面を揃える。 4A is a schematic diagram of the cross section A in FIG. 3, and FIG. 4B is a schematic diagram of the cross section B of FIG. Unlike FIG. 1, a λ S absorption layer is arranged on the light incident side. Since the λ S pixel does not have a λ L absorption layer, the electrodes EL λS for short wavelengths are made higher than the electrodes EL λL for long wavelengths to align the electrode surfaces.
λL用画素は、周囲をλS用画素で囲まれている。中間コンタクト層(M-CNT)は画素ごとに分断されており、共通コンタクト層として用いることができない。そこで、下部コンタクト層(B-CNT)を共通コンタクト層として用いる。λS用画素では、個々の電極ELλSを選択してバイアス電圧を印加することで、λS吸収層に蓄積された電荷を読み出すことができる。しかし、λL用画素では、λL吸収層の出力に、λS吸収層の出力が混入し、1つの画素内で混信が生じる。この構成では、λLの入射光量を正しく検出することができない。 The λL pixels are surrounded by λS pixels. The intermediate contact layer (M-CNT) is divided for each pixel and cannot be used as a common contact layer. Therefore, the lower contact layer (B-CNT) is used as a common contact layer. In the λ S pixel, the charges accumulated in the λ S absorption layer can be read out by selecting individual electrodes EL λS and applying a bias voltage. However, in the λ L pixel, the output of the λ L absorption layer is mixed with the output of the λ S absorption layer, causing crosstalk within one pixel. With this configuration, the incident light quantity of λ L cannot be detected correctly.
図5は、実施形態に至る過程で考えられる、さらに別の構成例である。T2SL光吸収層を用いる構成で、λL吸収層の出力電流にλS吸収層の出力が混入しないように、λS吸収層とλL吸収層の間にブロック層(BLC)を挿入する。下部コンタクト層(B-CNT)を共通コンタクト層として用い、共通のバイアス電圧(たとえば0V)を印加する。λS用画素とλL用画素に、互いに極性が反対のバイアス電圧を印加することで、各画素でのバイアス切り替えなしに、λS用画素とλL用画素を同時に駆動することができる。 FIG. 5 is yet another configuration example that can be considered in the process of reaching the embodiment. In the structure using the T2SL light absorption layer, a block layer (BLC) is inserted between the λ S absorption layer and the λ L absorption layer so that the output current of the λ L absorption layer does not mix with the output of the λ S absorption layer. A lower contact layer (B-CNT) is used as a common contact layer and a common bias voltage (eg 0V) is applied. By applying bias voltages of opposite polarities to the λ S pixel and the λ L pixel, the λ S pixel and the λ L pixel can be driven simultaneously without switching the bias in each pixel.
λS用画素に正のバイアスを印加し、λL用画素に負のバイアスを印加する場合、λS用画素のλS吸収層で発生した光励起キャリアの電子は、電極ELλSから引き出され、正孔は下部電極(B-CNT)に引き出される。このとき、λS用画素のλL吸収層の光励起キャリアである正孔は、ブロック層BLCで遮られる。しかし、λS吸収層から下部電極(B-CNT)に引き出された正孔は、隣接するλL用画素に入り込んで、矢印の方向の電流経路が発生し得る。隣接画素間で、目的外の波長の信号が混信する。 When a positive bias is applied to the λ S pixel and a negative bias is applied to the λ L pixel, electrons of photoexcited carriers generated in the λ S absorption layer of the λ S pixel are drawn from the electrode EL λS , Holes are drawn to the bottom electrode (B-CNT). At this time, holes, which are photo-excited carriers in the λ L absorption layer of the λ S pixel, are blocked by the block layer BLC. However, holes drawn from the λ S absorption layer to the lower electrode (B-CNT) enter the adjacent λ L pixel, and a current path in the direction of the arrow can occur. Signals of unintended wavelengths interfere between adjacent pixels.
このように、T2SLを用いた2波長赤外線センサを、各画素のバイアス切り替えなしに正しく動作させようとすると、画素構造に工夫が必用である。以下で、実施形態の具体的な構成を述べる。同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する場合がある。 Thus, in order to operate a two-wavelength infrared sensor using T2SL correctly without switching the bias of each pixel, it is necessary to devise a pixel structure. A specific configuration of the embodiment will be described below. The same reference numerals may be given to the same components to omit overlapping descriptions.
<実施形態の構成>
図6は、実施形態の2波長赤外線センサの受光素子アレイ20の平面模式図、図7は、図6の断面Aと断面Bの模式図である。実施形態では、T2SLを用いた2波長赤外線センサにおいて、画素内、及び隣接する画素間で、目的外別波長の信号の混入を防止し、バイアス切り替えなしに各波長の光に対する検出感度を維持する。
<Configuration of Embodiment>
6 is a schematic plan view of the light
図6に示すように、λSに感度を有するλS用画素21と、λLに感度を有するλL用画素22が、周期的な配置パターンでX-Y面内に並べられている。隣接する画素の中心間距離、すなわち画素ピッチは、λSとλLの応答波長のうち、λLの光学的分解能の大きさ以下である。これは、後述する補間処理で、λL用画素22に集光しきれずに周囲の画素に漏れ拡がるλL光の情報を利用するためである。
As shown in FIG. 6, λ S pixels 21 having sensitivity to λ S and λ L pixels 22 having sensitivity to λ L are arranged in the XY plane in a periodic arrangement pattern. The center-to-center distance between adjacent pixels, that is, the pixel pitch, is less than or equal to the optical resolution of λL among the response wavelengths of λS and λL . This is because the interpolation process, which will be described later, utilizes the information of the λL light that cannot be fully focused on the λL
受光素子アレイ20では、少なくとも1つのλS用画素21と、少なくとも1つのλL用画素22とを含む複数の画素で、単位ブロック25が形成される。図6では、2×2の4画素で単位ブロック25が形成されているが、この例に限定されない。後述するように隣接する2つの画素で単位ブロック25が形成されてもよいし、3×3個の9個の画素で単位ブロック25が形成されてもよい。
In the light receiving
単位ブロック25の配列は、受光素子アレイ20のX-Y面内で繰り返される。すべての画素は、λS吸収層とλL吸収層を有しているが、単位ブロック25に含まれるλS用画素21はλSの光を検出し、λL用画素22はλLの光を検出する。各画素で、検出されない波長の赤外線の受光量を、周辺画素の出力値から補間して求めることで、画素ごとに2波長の出力信号を取得する。補間処理の具体例は、後述する。
The arrangement of the unit blocks 25 is repeated within the XY plane of the light
図7の(A)は、図6の断面Aを示し、図7の(B)は図6の断面Bを示す。受光素子アレイ20は、光入射側から順に、第1コンタクト層201、第1ブロック層202、第2コンタクト層203、λS吸収層205、第2ブロック層206、λL吸収層207、及び、第3コンタクト層209の積層を含む。受光層とコンタクト層は、光励起キャリアのうち、電子と正孔のどちらを信号として取り出すかによって、導電型が設計される。以下では、電子を信号として取り出す構成、すなわち積層にp型導電体を適用する構成を例にとって説明する。この場合、第1ブロック層202と第2ブロック層206は、p型、またはi型のT2SLで形成されてもよい。
7A shows the section A in FIG. 6, and FIG. 7B shows the section B in FIG. The light
断面Aは、λS用画素21だけを含む。各λS用画素21は、浅い分離溝27で互いに分離されている。分離溝27は、第3コンタクト層209の表面から、第2コンタクト層203に達している。λS用画素21にとって、第1コンタクト層201と第2コンタクト層203を、共通コンタクト層として用いることができる。
Cross-section A includes only λ S
断面Bは、λS用画素21とλL用画素22を交互に含む。λL用画素22は、深い分離溝28で分離されている。分離溝28は、第3コンタクト層209の表面から、第1コンタクト層201に達している。λL用画素22にとって、第1コンタクト層201を共通コンタクト層として用いることができる。
Section B includes alternating λ S pixels 21 and λ L pixels 22 . The λL
第3コンタクト層209は、オーミック電極212、及び下地電極213を介して、個々の突起電極41,及び42に電気的に接続されている。図示の簡略化のため、詳細な構成は省略されているが、電極部分を除いて、各画素の積層構造が保護膜に覆われていてもよい。
The
便宜上、λS用画素21に設けられる個別電極を突起電極41、λL用画素22に設けられる個別電極を突起電極42とするが、突起電極41と42は、同一工程で形成される同一構成の電極である。受光素子アレイ20は、突起電極41及び42によって、読出回路にフリップチップ接合される。
For the sake of convenience, the individual electrode provided in the λS
図8は、1画素構成のエネルギーポテンシャル図である。λL吸収層207のエネルギーバンドギャップは、λS吸収層205のエネルギーバンドギャップよりも狭い。電子を信号として取り出す場合、第1ブロック層202と第2ブロック層206は、積層の上下で接する層に対して、価電子帯側に大きなポテンシャル障壁、伝導帯側に小さなポテンシャル障壁を有する。伝導帯側の障壁については、積層の上下で接する層に対する第1ブロック層202のポテンシャル差B1のほうが、積層の上下で接する層に対する第2ブロック層206のポテンシャル差B2よりも、大きい(B1>B2)。
FIG. 8 is an energy potential diagram of a one-pixel configuration. The energy bandgap of the λ L absorbing layer 207 is narrower than that of the λ S absorbing layer 205 . When electrons are extracted as signals, the
正孔を信号として取り出す場合は、エネルギーポテンシャル図は、図8と上下逆の構成になる。すなわち、各画素のコンタクト層をn型導電体で形成する。第1ブロック層202と第2ブロック層206は、積層の上下で接する層に対して、伝導帯側に大きなポテンシャル障壁を有し、価電子帯側に小さなポテンシャル障壁を有する。ポテンシャル障壁の小さい価電子帯側で、第1コンタクト層201と第2コンタクト層203に対する第1ブロック層202のポテンシャル差のほうが、λS吸収層205とλL吸収層207に対する第2ブロック層206のポテンシャル差よりも大きくする。
When a hole is taken out as a signal, the energy potential diagram is upside down from that shown in FIG. That is, the contact layer of each pixel is made of an n-type conductor. The
図9と図10は、図7の受光素子アレイ20を用いた2波長赤外線センサの動作を説明する図である。図9はλS用画素21の動作を示し、図10はλL用画素22の動作を示す。いずれも電子を信号として取り出す構成を前提としている。
9 and 10 are diagrams for explaining the operation of the two-wavelength infrared sensor using the light receiving
図9で、λS用画素21の突起電極41に正のバイアス、たとえば、+0.5Vを印加し、第1コンタクト層201と第2コンタクト層203に負のバイアス、たとえば-0Vを印加して、λS吸収層205から光電流を読み出す。第1コンタクト層201と第2コンタクト層203は同電位に設定され、図13を参照して後述するように、受光素子アレイ20の外周部で、共通電極に接続されている。
In FIG. 9, a positive bias such as +0.5 V is applied to the
第1コンタクト層201と第2コンタクト層203が-0V、第3コンタクト層が+0.5Vとなることで、λS吸収層205の伝導帯と、λL吸収層207の伝導帯の間に、電位差が生じる。伝導帯側で、第2ブロック層206と、λS吸収層205及びλL吸収層207のポテンシャル差は、図8に示されるように、小さく設定されている。
By applying −0 V to the
赤外線入射によりλS吸収層205で生成された光励起キャリアのうち、電子は、第2ブロック層206の障壁を乗り越え、伝導帯の下端に沿って第3コンタクト層209へ移動する。λS吸収層205で生成された正孔は、価電子帯の上端に沿って、第2コンタクト層203に移動する。このとき、λL吸収層207で生成された正孔は、第2ブロック層206でブロックされ、第2コンタクト層203へは流れない。
Among the photoexcited carriers generated in the λ S absorption layer 205 by the incident infrared rays, electrons overcome the barrier of the
第1コンタクト層201と第2コンタクト層203は、同電位に設定されているので、第1コンタクト層201からの余分なキャリア(電子)は、第1ブロック層202でブロックされる。第1コンタクト層201と第2コンタクト層203の間にわずかな電位差が生じたとしても、第1ブロック層202は伝導帯と価電子帯の両方にポテンシャル障壁が存在するように設計されており、第1コンタクト層201と第2コンタクト層203の間の余剰なキャリアの流れは遮断される。これにより、λSに応答する光電流が、第2コンタクト層203から引き出される。
Since the
図10で、λL用画素22の突起電極42に負のバイアス、たとえば、-0.5Vを印加し、第1コンタクト層201に、-0Vを印加して、λL吸収層207からの光電流を読み出す。λL用画素22では、第2コンタクト層203は深い分離溝28で分断されており、第2コンタクト層203への外部電圧の印可はない(フローティング状態となっている)。他方、λS用画素21では、第2コンタクト層203は紙面と垂直な方向で隣接するλS用画素21と連続しており、λS用画素21の共通コンタクト層として用いられている。
In FIG. 10, a negative bias, for example, −0.5 V is applied to the projecting
λL用画素22において、第1コンタクト層201が-0V、第2コンタクト層203がフローティング状態、第3コンタクト層が-0.5Vとなり、λS吸収層205とλL吸収層207の間、及び、第1コンタクト層201と第2コンタクト層203の間に電位差が生じる。赤外線の入射により、λL用画素22のλL吸収層207で生成された少数キャリアの電子は、第2ブロック層206と第1ブロック層202の障壁を乗り越えて、第1コンタクト層201へと移動する。λL吸収層207で生成された正孔は第3コンタクト層209へと移動する。
In the λ L pixel 22, the
このとき、λS吸収層205で生成された正孔は、第2ブロック層206の価電子帯でブロックされて、第3コンタクト層209に向かって移動できない。したがって、λLに応答する光電流が、突起電極42から引き出される。このようにして、画素内での異なる波長情報の混信、及び、λS用画素21とλL用画素の間の混信の両方を抑制することができる。
At this time, holes generated in the λ S absorption layer 205 are blocked by the valence band of the
図9と図10で、λS用の突起電極41への正バイアスの印可、λL用の突起電極42への負バイアスの印可、及び、第1コンタクト層201及び第2コンタクト層203への共通電位の印可は、同時に行われている。各画素でバイアスの印可方向を切り替えることなく、λS用画素21とλL用画素22のそれぞれで、目的とする波長の光が正しく検出される。
In FIGS. 9 and 10, a positive bias is applied to the λS protruding
光入射面となる第1コンタクト層201に近い側にλS吸収層205を配置し、遠い側にλL吸収層207を配置しているので、λS用画素21においてλL吸収層207による光減衰の影響を受けない。したがって、λS感度の低下という問題も解決されている。
Since the λ S absorption layer 205 is arranged on the side closer to the
図11は、実施形態の受光素子アレイ20の結晶成長構造を示す図である。基板221の上に、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシー)法等の結晶成長方法により、2波長赤外線センサの受光素子アレイ20の層構造を結晶成長する。具体的には、GaSb(100)ウェハ上に、図11の積層体を構成する各層を、順次エピタキシャル成長する。電子を信号として検出する場合、図11の積層体を、p型導電体で形成してもよい。
FIG. 11 is a diagram showing the crystal growth structure of the light
GaSbの基板221の上に厚さ100nmのGaSbバッファ層222を成長する。バッファ層222は、たとえば、ボロン等のp型不純物を、1E18cm^-3の濃度で含んでいる。
A
バッファ層222の上に、第1コンタクト層201、第1ブロック層202、第2コンタクト層203、λS吸収層205、第2ブロック層206、λL吸収層207、第3コンタクト層209、及びキャップ層210をこの順で成長する。
On the
第1コンタクト層201は、InAs(3nm)/GaSb(1nm)を100周期繰り返した超格子で形成され、p型不純物を1E18cm^-3の濃度で含んでいる。
The
第1ブロック層202は、InAs(3nm)/AlSb(1nm)を20周期繰り返した超格子で形成され、p型不純物を1E16cm^-3の濃度で含んでいる。この超格子は、価電子帯側に深い、広いエネルギーバンドギャップを有する。
The
第2コンタクト層203は、InAs(3nm)/GaSb(1nm)を100周期繰り返した超格子で形成され、p型不純物を1E18cm^-3の濃度で含んでいる。
The
λS吸収層205は、InAs(3nm)/GaSb(1nm)を200周期繰り返した超格子で形成され、p型不純物を1E16cm^-3の濃度で含んでいる。この超格子は1~7μmの帯域にわたって応答感度を有し、5μmに応答のカットオフ波長を有する。 The λ S absorption layer 205 is formed of a superlattice of 200 cycles of InAs (3 nm)/GaSb (1 nm), and contains p-type impurities at a concentration of 1E16 cm^-3. This superlattice has a response sensitivity over a band of 1-7 μm and a cut-off wavelength of response at 5 μm.
第2ブロック層206は、InAs(5nm)/AlSb(1nm)を20周期繰り返した超格子で形成され、p型不純物を1E16cm^-3の濃度で含んでいる。この超格子は、価電子帯側に深い、広いエネルギーバンドギャップを有する、伝導帯側では、第2ブロック層206と光吸収層との間のポテンシャル差は、第1ブロック層202とコンタクト層との間のポテンシャル差よりも小さい。
The
λL吸収層207は、InAs(4nm)/GaSb(2nm)を200周期繰り返した超格子で形成され、p型不純物を1E16cm^-3の濃度で含んでいる。この超格子は、1~11μmの帯域にわたって応答感度を有し、9μmに応答のカットオフ波長を有する。λS吸収層205と、λL吸収層207の各超格子で、InAsとGaSbの膜厚を調整することで、所望の赤外線分光応答が得られる。 The λ L absorption layer 207 is formed of a superlattice in which InAs (4 nm)/GaSb (2 nm) are repeated 200 periods, and contains p-type impurities at a concentration of 1E16 cm^-3. This superlattice has a response sensitivity over a band of 1-11 μm and a cut-off wavelength of response at 9 μm. A desired infrared spectral response can be obtained by adjusting the film thicknesses of InAs and GaSb in each superlattice of the λ S absorption layer 205 and the λ L absorption layer 207 .
第3コンタクト層209は、InAs(4nm)/GaSb(2nm)を80周期繰り返した超格子で形成され、p型不純物を1E18cm^-3の濃度で含んでいる。キャップ層210は、厚さ30nmのアンドープのInAs層である。
The
図11の積層体に、以下に述べる素子形成プロセスを行って、図7の画素構造を有する受光素子アレイ20を作製する。
The layered structure of FIG. 11 is subjected to the element forming process described below to fabricate the light receiving
(1)表面のキャップ層210をエッチングして、パターン合わせ用のマーカーを形成し、表面からドライエッチングを行って、第2コンタクト層203の表面に到達する分離溝27を形成する。このとき、画素アレイの外周部で共通電極を設ける位置にも表面からλS吸収層205のほとんどをエッチンにより除去する。これにより、積層体の全体に浅い分離溝が形成される。この分離溝は、λS用画素21を分離する分離溝27となる。
(1) The
(2)λL用画素22の周囲に、深い分離溝28を形成するためのパターニングを行い第2コンタクト層203と第1ブロック層202をドライエッチングして、第1コンタクト層201の表面に到達する分離溝28を形成する。このとき、画素アレイの外周部で共通電極を設ける位置においても、同時に第2コンタクト層203と第1ブロック層202をドライエッチングする。これにより、図12に示すように、断面Aと断面Bで異なる深さの分離溝で分断された画素分離構造が得られる。
(2) The
(3)CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により、図12で得られた画素分離構造の全体をSiO2保護膜で覆ったあと、必要な個所に第3コンタクト層209と接続するオーミック電極212を形成する。たとえば、SiO2保護膜の上にレジストパターンを形成し、SiO2保護膜の必要な箇所に開口を形成して第3コンタクト層209を露出する。真空蒸着によりAuGe膜を形成し、リフトオフによりレジストマスク上のAuGe膜を、レジストパターンとともに除去する。
(3) CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used to cover the entire pixel isolation structure obtained in FIG.
(4)再度、全面にSiO2膜を形成し、突起電極41、42の下地電極213を設ける領域と、アレイ外周の配線が形成される領域のSiO2膜を、ドライエッチングで除去する。スパッタ法で全面にTi/Ptの金属積層膜を形成する。その後、不要な個所のTi/Pt金属積層膜をイオンミリングで除去する。λS用画素21とλL用画素22を含む画素領域では、オーミック電極212に接続される下地電極213(図7参照)が形成される。画素アレイの外周部では、第1コンタクト層201及び第2コンタクト層203に接続される配線が形成される。
(4) A SiO2 film is formed again on the entire surface, and dry etching is performed to remove the SiO2 film in the regions where the
(5)画素アレイ全体をSiO2保護膜で覆い、突起電極41、42と、共通電極が形成される部分に開口を形成する。リフトオフ法により、開口内にインジウム等の突起電極41、42と共通電極431、432(図13参照)を形成する。これにより、図7の構成が得られる。
(5) The entire pixel array is covered with a SiO2 protective film, and openings are formed in portions where the projecting
図13は、受光素子アレイ20を用いた2波長赤外線センサ50の断面模式図である。受光素子アレイ20は、λS用画素21とλL用画素22を含む画素領域230と、画素領域230の外側の外周領域240を含む。受光素子アレイ20は、読出回路30にフリップチップ接合されている。読出回路30は、たとえばCMOS回路で形成された各画素の検出回路を有する。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a two-wavelength
受光素子アレイ20の画素領域230で、λS用画素21とλL用画素22は、それぞれ突起電極41と42により、読出回路30の対応する検出回路に接続されている。外周領域240では、オーミック電極214と配線215により、第1コンタクト層201と共通電極431が接続されている。オーミック電極216と配線217により、第2コンタクト層203と共通電極432が接続されている。
In the
λS用画素21には、読出回路30から正のバイアスV+が印加される。λL用画素22には、読出回路30から負のバイアスV-が印加される。共通電極431と432には読出回路30から共通のバイアス電位V0が印加され、同電位に設定される。これらのバイアス電位は、同時に受光素子アレイ20に印加され、λS用画素21でλSの信号が取り出され、λL用画素22でλLの信号が取り出される。なお、正孔を信号として取り出す場合は、、λS用画素21に負のバイアスV-が印加され、λL用画素22に正のバイアスV+が印加される。
A positive bias V+ is applied from the
得られた光応答出力は、読出回路30によって順次に走査読み出しされて、時系列信号として2波長赤外線センサ50から出力される。
The obtained optical response outputs are sequentially scanned and read by the
<受光素子アレイの変形例>
図14は、受光素子アレイ20の変形例として、受光素子アレイ20Aの断面構成を示す。図14の(A)は図6の断面Aの模式図、図14の(B)は図6の断面Bの模式図である。
<Modified example of light receiving element array>
FIG. 14 shows a cross-sectional configuration of a light
図14の変形例では、図7の構成で用いたワイドギャップの第1ブロック層202に替えて、n型の第1ブロック層232を用いる。n型の第1ブロック層232は、λS用画素21で用いられるn型領域232aと、λL用画素22で用いられるp型領域232bを含む。p型領域232bは、全体としてn型の第1ブロック層232を形成した後に、部分的にp型の不純物をイオン注入してp型に反転させることで形成されてもよい。図14の構成を採用する場合は、受光素子アレイの外周領域240に、n型の第1ブロック層232にバイアス電圧を印加する電極端子を設けておくことが望ましい。
14, an n-type
λS用画素21では、第1コンタクト層201と第2コンタクト層203、及びこれらのコンタクト層に挟まれた第1ブロック層232のn型領域232aにより、電気的にpnp型接続220が形成されている。一方、λL用画素22では、図7と同様に、第1コンタクト層201、第1ブロック層232、及び第2コンタクト層203は、p型導電体として形成されている。
In the λS
λS用画素21に正のバイアス電位が与えられ、λL用画素22に負のバイアス電位が与えらる。第1コンタクト層201と第2コンタクト層203には、同じ共通バイアス電圧が印加されて、同電位に設定される。
A positive bias potential is applied to the λS
λS用画素21の突起電極41に、たとえば+0.5Vを印加し、第1コンタクト層201と第2コンタクト層203に、-0Vを印加して、λS吸収層205から光電流を読み出す。このとき、外周部240の電極端子からn型の第1ブロック層232に、正電位が与えられる。λS吸収層205で生成された光励起キャリアのうち、電子は、第2ブロック層206の伝導帯のわずかな障壁を乗り越えて、第3コンタクト層209へ移動し、正孔は第2コンタクト層203に移動する。λL吸収層207で生成された正孔は、ワイドギャップの第2ブロック層206でブロックされ、第2コンタクト層203へは流れない。
A voltage of +0.5 V, for example, is applied to the projecting
第1コンタクト層201と第2コンタクト層203の間で、n型の第1ブロック層に正電位が与えられると、pn接合ダイオードの逆バイアス状態が生成され、第1コンタクト層201と第2コンタクト層203の間の電流が遮断される。したがって、第1コンタクト層201から余分なキャリア(電子)が第2コンタクト層203へと流れ込むのを防止できる。これにより、λSに応答する光電流だけが第2コンタクト層203から引き出される。
Between the
図λL用画素22の突起電極42に、たとえば-0.5Vを印加し、第1コンタクト層201に、-0Vを印加して、λL吸収層207からの光電流を読み出す。λL用画素22では、第2コンタクト層203はフローティング状態となっている。λL用画素22のλL吸収層207で生成された少数キャリアの電子は、第2ブロック層206の伝導帯の障壁を乗り越え、p型領域232bとして形成されている第1ブロック層232を通過して、第1コンタクト層201へと移動する。λL吸収層207で生成された正孔は第3コンタクト層209へと移動する。
A voltage of −0.5 V , for example, is applied to the projecting
λS吸収層205で生成された正孔は、第2ブロック層206の価電子帯でブロックされる。したがって、λLに応答する光電流だけが突起電極42から引き出される。このように、図14の構成でも、図7と同様に、画素内での2波長の混信と、λS用画素21とλL用画素22の間の混信の双方を、抑制することができる。受光素子アレイ20と同様に、受光素子アレイ20Aでも、高感度のT2SLを用いた微細画素の2波長赤外線センサ50を実現できる。
Holes generated in the λ S absorption layer 205 are blocked in the valence band of the
<撮像システム>
図15は、2波長赤外線センサ50を用いた撮像システム100の模式図である。撮像システム100は、2波長赤外線センサ50と、信号処理回路60を含む。信号処理回路60は、DSP(Digital Signal Processor)等で実現される。
<Imaging system>
FIG. 15 is a schematic diagram of an
2波長赤外線センサ50のλS用画素21とλL用画素22から順次読み出された電荷量は、アナログ電気信号として信号処理回路60に入力される。アナログ電気信号は、読出回路30によってノイズキャンセル、増幅等の処理を受けた後の信号であってもよい。
The charge amounts sequentially read from the λS
信号処理回路60は、AD変換器61、補間処理回路62、補正係数メモリ63、フレームメモリ64、及び感度補正処理回路65を有する。AD変換器61は、入力されたアナログ電気信号を所定のレートでサンプリングしてデジタル信号に変換する。フレームメモリ64は、デジタル変換された画素出力を順次記憶し、1フレーム分のデジタルデータを保持する。
The
補間処理回路62は、フレームメモリ64から1画素ごとに、その画素の出力値と、その画素の周辺画素の別波長の出力値を読み出し、後述する演算処理を行って、着目画素で検出されていない波長の受光量を補間する。この補間処理により、補間処理回路62は、画素ごとに、λSデジタル信号と、λLデジタル信号を出力する。
The
感度補正処理回路65は、各画素での感度ばらつきを補正する。2波長赤外線センサ50の感度は、λS用画素21とλL用画素22の応答特性のばらつきや、読出回路30のトランジスタの特性ばらつき等の影響を受ける。感度補正処理回路65は、補正係数メモリ63に記憶された補正係数を用いて、2波長赤外線センサ50から時系列で出力されデジタル変換された信号の感度を補正する。
The sensitivity
補正係数メモリ63は、画素ごとの補正係数(オフセット値及びゲイン値を含む)を記憶する。感度補正処理回路65は、補間処理回路62の出力に対して、補正係数メモリ63から読み出した補正係数を乗算して感度補正してもよい。感度補正処理回路65は、画素ごとに、λS信号とλL信号のそれぞれに感度補正を施し、画像信号として出力する。
The
撮像システム100は、小型で高解像の2波長赤外線センサ50を用いるので、装置全体をコンパクトにすることができる。画素ごとの2つの波長出力の相関から、観測対象の温度の絶対値を精度よく測定できる。また、対象物体から受け取る赤外線情報から自然光(太陽光)の反射光成分と、物体自体からの温度輻射成分とを弁別することができる。
Since the
<補間処理>
図16と図17は、実施形態の2波長信号の補間処理を説明する図である。この補間処理は、信号処理回路60の補間処理回路62によって行われる。図16のように、隣接する4つの画素を1つの単位ブロック25とする。単位ブロック25は、1つのλL用画素22と、3つのλS用画素21を有する。単位ブロック25Aの内部で、λL用画素22の位置を(3)、λL用画素22と水平方向(X方向)または垂直方向(Y方向)で隣接するλS用画素21の位置を(1)、λL用画素22と対角にあるλS用画素21の位置を(2)とする。画素位置(1)~(3)のそれぞれで、出力される電流値は、対応する単一の波長の検出値であるが、受光素子アレイ20を2波長赤外線センサ50の受光部として機能させるために、補間処理を行う。
<Interpolation processing>
16 and 17 are diagrams for explaining interpolation processing for two-wavelength signals according to the embodiment. This interpolation processing is performed by the
図17は、画素位置(1)~(3)における各画素に対して行われる補間処理を示す。図17(A)の画素位置(1)では、λS出力として、このλS用画素21からの出力値をそのまま用いる。このλS用画素21はλLの検出値を出力しない。そこで、λS用画素21のλL出力として、隣接するλL用画素22の画素Aと画素Bの平均値を用いる。これにより、1つの画素から2波長に対応する検出値を得ることができる。
FIG. 17 shows the interpolation processing performed for each pixel at pixel positions (1) to (3). At pixel position (1) in FIG. 17A, the output value from this λS
画素サイズまたは画素ピッチは、短波長(λS)側の赤外線分解能より大きく、かつ長波長(λL)側の赤外線分解能以下に設定されている。この場合、λSの光は、画素位置(1)のλS用画素21内に集光されて画素位置(1)の検出出力に反映されており、隣接画素への光の漏れは小さい。一方でλLの入射光は、この波長の光学的分解能よりも画素ピッチ(サイズ)が小さいため、1画素のサイズにまで集光しきれずに、複数の画素にまたがって入射光が結像される。画素位置(1)へのλL入射光は、隣接するλL用画素22(図中の画素Aと画素Bの2つの画素)へ漏れ出て入射する。したがって、画素位置(1)に隣接する2つの画素Aと画素Bの検出出力には、画素位置(1)へのλL入射光の成分が、それぞれ部分的に反映されている。これを利用して、画素位置(1)のλS用画素21から、λLの検出出力が直接得られなくても、隣接する画素Aと画素Bの出力の平均を取ることで、λS用画素21におけるλLの入射量を概ね推定することができる。
The pixel size or pixel pitch is set to be larger than the infrared resolution on the short wavelength (λ S ) side and below the infrared resolution on the long wavelength (λ L ) side. In this case, the λ S light is condensed in the λ S pixel 21 at the pixel position (1) and reflected in the detection output at the pixel position (1), and light leakage to adjacent pixels is small. On the other hand, the incident light of λ L has a smaller pixel pitch (size) than the optical resolution of this wavelength, so the incident light cannot be condensed to the size of one pixel, and the incident light is imaged across a plurality of pixels. be. λ L incident light to pixel position (1) leaks out and enters adjacent λ L pixels 22 (pixels A and B in the drawing). Therefore, the detected outputs of the two pixels A and B adjacent to pixel location (1) each partially reflect the λ L incident light component on pixel location (1). By using this, even if the detection output of λL is not directly obtained from the λS
図17(B)の画素位置(2)では、λS出力として、このλS用画素21からの出力値をそのまま用いる。このλS用画素21は、λLの検出値を出力しない。そこで、この画素のλL出力として、対角方向で隣接する4つのλL用画素22(画素A~画素D)の平均値を用いる。画素位置(2)のλS用画素21に入射するλL赤外光は、この画素サイズに集光されずに周囲の画素A~画素Dにも入射しており、画素A~画素Dの出力から、画素位置(2)へのλLの入射量を推測することができる。これにより、1つの画素から2波長に対応する検出値を得ることができる。
At the pixel position (2) in FIG. 17B, the output value from the λS
図17(C)の画素位置(3)では、λL出力として、このλL用画素22からの出力値をそのまま用いる。このλL用画素22は、短波長λSの検出値を出力しない。そこで短波長出力として、水平方向及び垂直方向で隣接する4つのλS用画素21(画素A~画素D)の平均値を用いる。画素位置(3)のλL用画素22に入射するλS赤外光は、周囲の画素A~DへのλS入射光と連続する強度分布を有すると考えられる。したがって、周囲の画素の検出値を用いることで、1つの画素から2波長に対応する検出値を得ることができる。
At pixel position (3) in FIG. 17C, the output value from this λL
各画素位置で、欠落している波長出力を上述した補間処理で補うことで、2波長分の出力信号を生成することができる。これにより、T2SLを用いた各画素でバイアス印加方向を切り替えずに、2波長の検出感度を維持することができる。実施形態の2波長赤外線センサ50と撮像システム100は、セキュリティシステム、無人探査システム、夜間の監視システム等に適用できる。
By supplementing the missing wavelength output at each pixel position with the interpolation process described above, output signals for two wavelengths can be generated. As a result, the detection sensitivity of two wavelengths can be maintained without switching the bias application direction in each pixel using T2SL. The two-wavelength
以上、特定の実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は実施例で例示された構成に限定されない。各画素で用いるT2SLの構成は上述した例に限定されない。T2SLを構成する薄膜の組成と厚さを調整することで、目的とする波長に感度を持たせることができる。必ずしも、λS用画素21とλL用画素2の両方をT2SLで形成する必要はない。いずれか一方の光吸収層がT2SLであれば、ブロードな応答特性に起因して一方の波長の減衰と、混信の問題が生じるが、この問題は、実施形態の構成により解決される。コンタクト層と光吸収層の導電型は、検出対象とするキャリアに応じて適宜決定される。各画素に印加されるバイアス電圧値は、適宜調整可能である。図14の構成で全体としてn型導電体を用いる場合、λS用画素21の第1コンタクト層201、第1ブロック層232、及び第2コンタクト層203でnpn接合を形成してもよい。
Although the invention has been described with reference to specific embodiments, the invention is not limited to the configurations illustrated in the embodiments. The configuration of T2SL used in each pixel is not limited to the example described above. By adjusting the composition and thickness of the thin film that constitutes the T2SL, it is possible to impart sensitivity to the target wavelength. Both the λS
単位ブロック25を形成する画素の数は、2×2の4画素に限定されず、2×1、3×3、4×4、5×5等で単位ブロック25を形成してもよい。2×1の単位ブロックは、1つのλS用画素21と、1つのλL用画素22で形成される。この場合、受光素子アレイ20の平面画素配置は、チェッカーボードパターンとなる。補間処理は図17の(A)と同じになる。3×3の単位ブロックは、マトリクスの対角上に並ぶ3つのλL用画素22と、6つのλS用画素21を含む。補間処理は図17と類似するが、着目するλS用画素21から周囲の補間用のλL用画素22までの距離がλL用画素22の位置によって異なる場合は、平均値の計算に重み付けをしてもよい。4×4の単位ブロックの場合は、2×2の単位ブロックの補間処理の繰り返しとなる。
The number of pixels forming the
これらの置換、変形が行われる場合も、2波長赤外線センサ50でλS用画素21とλL用画素22が同時に動作し、画素ごとに補間処理が行われて2波長イメージングが可能になる。これは、画素ごとのバイアス切替動作で2波長イメージセンサとして動作させる構成では成し得ない機能である。実施形態のように、2波長情報の相関処理などを行う際には、同時に取得されたデータであることが重要である。一つの波長に着目すると、空間的に画素が欠落しているように見えるが、配置数の少ないλL用画素22に関しては、レンズ光学系で集光・結像されたλL赤外線が1画素内に集光しきれずに、複数画素にまたがって結像される。そのため、補完処理によって欠落画素位置でのλL応答を十分に推定することができる。
Even when these replacements and modifications are performed, the λS
20 受光素子アレイ
21 λS用画素(第1画素)
22 λL用画素(第2画素)
27 第1分離溝
28 第2分離溝
201 第1コンタクト層
202、232 第1ブロック層
232a n型領域
232b p型領域
203 第2コンタクト層
205 λS吸収層(第1光吸収層)
206 第2ブロック層
207 λL吸収層(第2光吸収層)
209 第3コンタクト層
30 読出回路
41、42 突起電極
50 2波長赤外線センサ
60 信号処理回路
100 撮像システム
20 light
22 λ L pixel (second pixel)
27
206
209
Claims (10)
を有し、
前記第1波長の光を検出する少なくとも1つの第1画素と、前記第2波長の光を検出する少なくとも1つの第2画素とで単位ブロックが形成され、前記単位ブロックが前記受光素子アレイ内で繰り返し配置され、
前記第1画素は、前記第3コンタクト層、前記第2光吸収層、前記第2ブロック層、及び前記第1光吸収層を貫通する第1分離溝で分断され、
前記第2画素は前記第3コンタクト層から前記第1コンタクト層に達する第2分離溝で分断されている、
2波長赤外線センサ。 In order from the light incident side, a first contact layer, a first blocking layer, a second contact layer, a first light absorption layer sensitive to light of a first wavelength, a second blocking layer (206), and a second layer longer than the first wavelength. a light-receiving element array in which a plurality of pixels having a second light absorption layer sensitive to light of two wavelengths and a third contact layer are arranged;
has
At least one first pixel for detecting light of the first wavelength and at least one second pixel for detecting light of the second wavelength form a unit block, and the unit block is formed within the light receiving element array. placed repeatedly,
the first pixel is divided by a first separation groove that penetrates the third contact layer, the second light absorption layer, the second block layer, and the first light absorption layer;
The second pixels are divided by a second separation groove reaching the first contact layer from the third contact layer,
Dual wavelength infrared sensor.
前記第2ポテンシャル障壁の側で、前記第1ブロック層と、前記第1コンタクト層及び前記第2コンタクト層との間の電位差は、前記第2ブロック層と、前記第1光吸収層及び前記第2光吸収層との間の電位差よりも大きい、
請求項1に記載の2波長赤外線センサ。 The first blocking layer and the second blocking layer have a first potential barrier in either a conduction band or a valence band with respect to the first light absorbing layer and the second light absorbing layer, and having a second potential barrier lower than the first potential barrier in the other of the electron band and the conduction band;
The potential difference between the first blocking layer and the first contact layer and the second contact layer on the side of the second potential barrier is equal to the second blocking layer, the first light absorbing layer and the second contact layer. greater than the potential difference between the two light absorbing layers,
The two-wavelength infrared sensor according to claim 1.
請求項1または2に記載の2波長赤外線センサ。 the first contact layer, the second contact layer, the first light absorption layer, the second light absorption layer, and the third contact layer are of the same conductivity type;
The two-wavelength infrared sensor according to claim 1 or 2.
請求項1に記載の2波長赤外線センサ。 the first contact layer and the second contact layer have the same conductivity type, and the first blocking layer has a conductivity type opposite to that of the first contact layer and the second contact layer;
The two-wavelength infrared sensor according to claim 1.
請求項1から4のいずれか1項に記載の2波長赤外線センサ。 The first contact layer and the second contact layer are each connected to a common electrode, and the common electrode sets the first contact layer and the second contact layer to the same potential.
The two-wavelength infrared sensor according to any one of claims 1 to 4.
請求項4に記載の2波長赤外線センサ。 a reverse bias is applied to the first blocking layer;
The two-wavelength infrared sensor according to claim 4.
請求項1から6のいずれか1項に記載の2波長赤外線センサ。 Bias voltages with different polarities are simultaneously applied to the first pixel and the second pixel,
The two-wavelength infrared sensor according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれか1項に記載の2波長赤外線センサ。 At least one of the first light absorption layer and the second light absorption layer is formed of a type 2 superlattice,
The two-wavelength infrared sensor according to any one of claims 1 to 7.
前記2波長赤外線センサの出力に接続される信号処理回路と、
を有し、
前記信号処理回路は、前記第1画素の出力に対して、前記第1画素の周囲の前記第2画素の出力を用いて前記第1画素での第2波長の光の受光量を補間し、前記第1画素における第1波長情報と第2波長情報を生成する、
撮像システム。 A two-wavelength infrared sensor according to any one of claims 1 to 9;
a signal processing circuit connected to the output of the two-wavelength infrared sensor;
has
The signal processing circuit interpolates the received amount of light of a second wavelength at the first pixel using the output of the second pixels surrounding the first pixel with respect to the output of the first pixel; generating first wavelength information and second wavelength information at the first pixel;
imaging system.
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