JP3124732B2 - ２つの同時信号出力を有する３つの帯域および４つの帯域のマルチスペクトル構造 - Google Patents
２つの同時信号出力を有する３つの帯域および４つの帯域のマルチスペクトル構造Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に半導体放
射線検出器、特に複数のスペクトル帯域または“色”内
における放射線に敏感な放射線検出器に関する。
射線検出器、特に複数のスペクトル帯域または“色”内
における放射線に敏感な放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】望ましい型式の光検出器は、２つのスペ
クトル帯域において同時に感度を有する２色赤外線放射
線（ＩＲ）検出器である。スペクトル帯域は、短波長Ｉ
Ｒ（ＳＷＩＲ）、中間波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）、長波長Ｉ
Ｒ（ＬＷＩＲ）、および超長波長ＩＲ（ＶＬＷＩＲ）を
含むことができる。２色ＩＲ検出器のアレイは、アレイ
の視界内の情景から２つのスペクトル帯域内で放射線を
同時に検出することが要求される数多くの画像アプリケ
ーションにおいて使用することができる。例えば、アレ
イはＬＷＩＲおよびＭＷＩＲ、またはＬＷＩＲおよびＳ
ＷＩＲに応答することができる。
クトル帯域において同時に感度を有する２色赤外線放射
線（ＩＲ）検出器である。スペクトル帯域は、短波長Ｉ
Ｒ（ＳＷＩＲ）、中間波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）、長波長Ｉ
Ｒ（ＬＷＩＲ）、および超長波長ＩＲ（ＶＬＷＩＲ）を
含むことができる。２色ＩＲ検出器のアレイは、アレイ
の視界内の情景から２つのスペクトル帯域内で放射線を
同時に検出することが要求される数多くの画像アプリケ
ーションにおいて使用することができる。例えば、アレ
イはＬＷＩＲおよびＭＷＩＲ、またはＬＷＩＲおよびＳ
ＷＩＲに応答することができる。
【０００３】図１は、 E. F. Schulte氏によって1992年
5月12日に出願された同時出願の米国特許第 5,113,076
号明細書において開示されたものと類似の型式の２色検
出器を示している。この米国特許は、２つの背中合せの
光ダイオードに類似した方法で機能する２つのヘテロ接
合を有する放射線検出器を開示している。各光ダイオー
ドは、ＬＷＩＲおよびＭＷＩＲのような異なるＩＲスペ
クトル帯域内の放射線に応答する。特定の波長帯域の検
出はバイアス電源を切替えることによって達成される。
開示された構造は、ｎ- ｐ- ｎ構造、ｐ- ｎ- ｐ構造、
およびｐ- ｎ-ｐ- ｎ構造を含む。
5月12日に出願された同時出願の米国特許第 5,113,076
号明細書において開示されたものと類似の型式の２色検
出器を示している。この米国特許は、２つの背中合せの
光ダイオードに類似した方法で機能する２つのヘテロ接
合を有する放射線検出器を開示している。各光ダイオー
ドは、ＬＷＩＲおよびＭＷＩＲのような異なるＩＲスペ
クトル帯域内の放射線に応答する。特定の波長帯域の検
出はバイアス電源を切替えることによって達成される。
開示された構造は、ｎ- ｐ- ｎ構造、ｐ- ｎ- ｐ構造、
およびｐ- ｎ-ｐ- ｎ構造を含む。
【０００４】P. R. Norton氏によって1992年 9月22日に
出願された米国特許第 5,149,956号明細書をさらに参照
する。この米国特許明細書において、異なる波長帯域
（例えばＭＷＩＲおよびＬＷＩＲ）に応答する半導体領
域間の実質的に連続する共通の層の形成が説明されてい
る。それに読取り電子装置を結合するために共通の層に
対して接触子が形成される。
出願された米国特許第 5,149,956号明細書をさらに参照
する。この米国特許明細書において、異なる波長帯域
（例えばＭＷＩＲおよびＬＷＩＲ）に応答する半導体領
域間の実質的に連続する共通の層の形成が説明されてい
る。それに読取り電子装置を結合するために共通の層に
対して接触子が形成される。
【０００５】P. R. Norton氏によって1995年 1月10日に
出願された米国特許第 5,380,669号明細書をさらに参照
する。この米国特許明細書は、犠牲基板上においてｎ型
のＬＷＩＲ層、ｐ型のＭＷＩＲ層、およびｎ型のＭＷＩ
Ｒ層を成長させるために液相エピタキシ（ＬＰＥ）を使
用することを記載している。その後ｎ型のＭＷＩＲ層上
にパッシベーション層が形成され、ＩＲの透明基板がパ
ッシベーション層に接着され、犠牲基板が取り除かれ
る。その後生成された構造はさらに２色検出器のアレイ
を形成するために処理される。
出願された米国特許第 5,380,669号明細書をさらに参照
する。この米国特許明細書は、犠牲基板上においてｎ型
のＬＷＩＲ層、ｐ型のＭＷＩＲ層、およびｎ型のＭＷＩ
Ｒ層を成長させるために液相エピタキシ（ＬＰＥ）を使
用することを記載している。その後ｎ型のＭＷＩＲ層上
にパッシベーション層が形成され、ＩＲの透明基板がパ
ッシベーション層に接着され、犠牲基板が取り除かれ
る。その後生成された構造はさらに２色検出器のアレイ
を形成するために処理される。
【０００６】この点に関して、K. Kosai氏および G. R.
Chapman氏によって1995年10月10日に出願された米国特
許第 5,457,331号明細書をさらに参照することができ
る。
Chapman氏によって1995年10月10日に出願された米国特
許第 5,457,331号明細書をさらに参照することができ
る。
【０００７】J. M. Arias氏による文献（ Journal of A
pplied Physics, 70(8), 1991年10月15日, pps.4820乃
至4822）ｎ- ｐ＋- ｎデュアル帯域検出器をさらに参照
することがでる。この３層ｎ- ｐ+ - ｎ構造において、
ＭＷＩＲ吸収が底部のｎ型層で行われ、ＬＷＩＲ吸収が
上部のｎ型層で行われる。
pplied Physics, 70(8), 1991年10月15日, pps.4820乃
至4822）ｎ- ｐ＋- ｎデュアル帯域検出器をさらに参照
することがでる。この３層ｎ- ｐ+ - ｎ構造において、
ＭＷＩＲ吸収が底部のｎ型層で行われ、ＬＷＩＲ吸収が
上部のｎ型層で行われる。
【０００８】1989年 7月11日の米国特許第 4,847,489号
明細書において、Dietrich氏は複数の光検出器素子を含
む検出器構造を開示している。各検出器素子は超格子構
造を有する交互にＰおよびＮにドープされた感光性半導
体材料の多層構造を有する。制御電圧は、スペクトル光
感度を制御し、光フィルタ構造は光検出器を上方および
下方の効果的なスペクトル範囲のグループに分割するた
めに設けられる。
明細書において、Dietrich氏は複数の光検出器素子を含
む検出器構造を開示している。各検出器素子は超格子構
造を有する交互にＰおよびＮにドープされた感光性半導
体材料の多層構造を有する。制御電圧は、スペクトル光
感度を制御し、光フィルタ構造は光検出器を上方および
下方の効果的なスペクトル範囲のグループに分割するた
めに設けられる。
【０００９】1988年 6月28日の米国特許第 4,753,684号
明細書において、Ondris氏、他は、３層、２重ヘテロ接
合の第ＩＩ−ＶＩ族の光起電性構造を記載している。
明細書において、Ondris氏、他は、３層、２重ヘテロ接
合の第ＩＩ−ＶＩ族の光起電性構造を記載している。
【００１０】1980年 8月 4日の日本特許第 55-101832号
明細書において、 Makoto Itou氏は、要約書において、
両側表面上に配置された電極２および３を有するｎ型の
ＨｇＣｄＴｅを具備する赤外線検出器を記載している。
バイアス電圧の極性は、電極２および３にスイッチ可能
に接続される。この装置は、ただ１つの半導体検出器に
よって広い波長範囲の光を検出できる。
明細書において、 Makoto Itou氏は、要約書において、
両側表面上に配置された電極２および３を有するｎ型の
ＨｇＣｄＴｅを具備する赤外線検出器を記載している。
バイアス電圧の極性は、電極２および３にスイッチ可能
に接続される。この装置は、ただ１つの半導体検出器に
よって広い波長範囲の光を検出できる。
【００１１】ＩＲ応答性材料に関する一般的な情報は、
D. Long氏およびJ. L. Schmit氏による文献（Semicond
uctors and Semimetals, Vol. 5, IR Detectors, Acade
micPress 1970年）において記載されている。
D. Long氏およびJ. L. Schmit氏による文献（Semicond
uctors and Semimetals, Vol. 5, IR Detectors, Acade
micPress 1970年）において記載されている。
【００１２】J. M. Pawlikowski氏およびP. Becla氏に
よる文献（Infrared Physics, Vol.15 (1975), pp.331
乃至337 ）は、ＨｇＣｄＴｅ結晶およびエピタキシャル
フィルムから構成された光起電性ｐ−ｎ接合検出器を記
載している。著者はカドミウムのモル分率を変更するこ
とによって１乃至９ミクロンのスペクトル範囲内で光感
度の最大値の位置がシフトすることを記載している。
よる文献（Infrared Physics, Vol.15 (1975), pp.331
乃至337 ）は、ＨｇＣｄＴｅ結晶およびエピタキシャル
フィルムから構成された光起電性ｐ−ｎ接合検出器を記
載している。著者はカドミウムのモル分率を変更するこ
とによって１乃至９ミクロンのスペクトル範囲内で光感
度の最大値の位置がシフトすることを記載している。
【００１３】３つ以上の波長に応答する光センサは、通
常ビームスプリッタおよび波長の各帯域に対して光学系
を分離することを必要とする。しかしながら、これらの
付加的な素子の使用は、光センサの質量、容積、複雑
さ、およびコストを増加する。
常ビームスプリッタおよび波長の各帯域に対して光学系
を分離することを必要とする。しかしながら、これらの
付加的な素子の使用は、光センサの質量、容積、複雑
さ、およびコストを増加する。
【００１４】第１の２色検出器が形成されたものと反対
側の透明な基板（例えば、ＣｄＺｎＴｅ基板）の一方の
側部上に付加的な１つ以上の検出器を付加することによ
って２つ以上のスペクトル帯域に応答する検出器を形成
することが提案された。しかしながら、この解決方法は
明らかに、層の成長および検出器製造プロセスを著しく
複雑にし、さらに焦点面アレイ（ＦＰＡ）の実施形態に
おいて読取り集積回路に対する必要な接続を著しく複雑
にする。
側の透明な基板（例えば、ＣｄＺｎＴｅ基板）の一方の
側部上に付加的な１つ以上の検出器を付加することによ
って２つ以上のスペクトル帯域に応答する検出器を形成
することが提案された。しかしながら、この解決方法は
明らかに、層の成長および検出器製造プロセスを著しく
複雑にし、さらに焦点面アレイ（ＦＰＡ）の実施形態に
おいて読取り集積回路に対する必要な接続を著しく複雑
にする。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改良
されたマルチカラーＩＲ検出器およびそれから構成され
るアレイを提供することである。
されたマルチカラーＩＲ検出器およびそれから構成され
るアレイを提供することである。
【００１６】本発明の別の目的は、既存の半導体処理方
法と両立する３色および４色ＩＲ検出器アレイを提供す
ることである。
法と両立する３色および４色ＩＲ検出器アレイを提供す
ることである。
【００１７】本発明のさらに別の目的は、既存の読取り
集積回路構造と両立する３色および４色ＩＲ検出器アレ
イを提供することである。
集積回路構造と両立する３色および４色ＩＲ検出器アレ
イを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上述の目的は、本発明の
４つまたは３つのスペクトル帯域の放射線に応答する半
導体放射線検出アレイによって達成される。本発明の半
導体放射線検出アレイはそれぞれがマルチスペクトル光
検出器を具備している複数の放射線検出器単位セルから
構成されて４つまたは３つのスペクトル帯域の放射線に
応答し、各マルチスペクトル光検出器は、検出される放
射線の入射方向に対して垂直な平面の複数の半導体材料
層を放射線の入射方向に積層した積層構造によって構成
され、それら積層構造の層によって複数の光検出器が構
成されており、それらの複数の光検出器は、第１のスペ
クトル帯域および第２のスペクトル帯域の２つのスペク
トル帯域のいずれかにバイアスにより選択可能に応答す
る第１の２つのスペクトル帯域に応答する光検出器が、
第３のスペクトル帯域および第４のスペクトル帯域の２
つのスペクトル帯域のいずれかにバイアスにより選択可
能に応答する第２の２つのスペクトル帯域に応答する光
検出器または単一の第３のスペクトル帯域に応答する光
検出器と放射線の入射方向に対して重ねて配置されて構
成され、第１および第２の２つのスペクトル帯域に応答
する光検出器は選択されたバイアス電位に応答して２つ
のスペクトル帯域の一方のスペクトル帯域内の電磁放射
線の吸収によって生成される電荷キャリアを出力するこ
とを特徴とする。
４つまたは３つのスペクトル帯域の放射線に応答する半
導体放射線検出アレイによって達成される。本発明の半
導体放射線検出アレイはそれぞれがマルチスペクトル光
検出器を具備している複数の放射線検出器単位セルから
構成されて４つまたは３つのスペクトル帯域の放射線に
応答し、各マルチスペクトル光検出器は、検出される放
射線の入射方向に対して垂直な平面の複数の半導体材料
層を放射線の入射方向に積層した積層構造によって構成
され、それら積層構造の層によって複数の光検出器が構
成されており、それらの複数の光検出器は、第１のスペ
クトル帯域および第２のスペクトル帯域の２つのスペク
トル帯域のいずれかにバイアスにより選択可能に応答す
る第１の２つのスペクトル帯域に応答する光検出器が、
第３のスペクトル帯域および第４のスペクトル帯域の２
つのスペクトル帯域のいずれかにバイアスにより選択可
能に応答する第２の２つのスペクトル帯域に応答する光
検出器または単一の第３のスペクトル帯域に応答する光
検出器と放射線の入射方向に対して重ねて配置されて構
成され、第１および第２の２つのスペクトル帯域に応答
する光検出器は選択されたバイアス電位に応答して２つ
のスペクトル帯域の一方のスペクトル帯域内の電磁放射
線の吸収によって生成される電荷キャリアを出力するこ
とを特徴とする。
【００１９】複数のスペクトル帯域内の電磁放射線に応
答する放射線検出器は、第２の光応答ダイオードの第１
の端子と電気的に直列に接続された第１の端子を有する
第１の光応答ダイオードを含む第１の２色のバイアス選
択可能な光検出器を形成する多層半導体構造を含んでい
る。第１の光応答ダイオードは、波長の第１の予め定め
られた帯域内の電磁放射線に応答し、第２の光応答ダイ
オードは、波長の第２の予め定められた帯域内の電磁放
射線に応答する。
答する放射線検出器は、第２の光応答ダイオードの第１
の端子と電気的に直列に接続された第１の端子を有する
第１の光応答ダイオードを含む第１の２色のバイアス選
択可能な光検出器を形成する多層半導体構造を含んでい
る。第１の光応答ダイオードは、波長の第１の予め定め
られた帯域内の電磁放射線に応答し、第２の光応答ダイ
オードは、波長の第２の予め定められた帯域内の電磁放
射線に応答する。
【００２０】多層半導体構造は、さらに第２の光応答ダ
イオードの第２の端子と直列に接続された第１の端子を
有する１つ以上のさらに別の光応答ダイオードを有する
１つ以上の別の光検出器を形成している。１つ以上の別
の光応答ダイオードは、波長の第３の予め定められた帯
域内で電磁放射線に応答する。
イオードの第２の端子と直列に接続された第１の端子を
有する１つ以上のさらに別の光応答ダイオードを有する
１つ以上の別の光検出器を形成している。１つ以上の別
の光応答ダイオードは、波長の第３の予め定められた帯
域内で電磁放射線に応答する。
【００２１】本発明にしたがう単位セルは３端子の装置
であり、第１の電気接触子は第１の光応答ダイオードの
第２の端子に導電的に接続され、第２の電気接触子は第
２の光応答ダイオードの第２の端子、および別の光応答
ダイオードの第１の端子に導電的に接続され、第３の電
気接触子は、別の光応答ダイオードの第２の端子に導電
的に接続される。
であり、第１の電気接触子は第１の光応答ダイオードの
第２の端子に導電的に接続され、第２の電気接触子は第
２の光応答ダイオードの第２の端子、および別の光応答
ダイオードの第１の端子に導電的に接続され、第３の電
気接触子は、別の光応答ダイオードの第２の端子に導電
的に接続される。
【００２２】層の１つは、第２の光応答ダイオードにお
いて発生した光キャリアが、１つ以上の別の光応答ダイ
オードによって収集されるのを防ぎ、さらに１つ以上の
別の光ダイオードにおいて発生した光キャリアが第２の
光応答ダイオードによって収集されるのを防ぐ。層は、
１つ以上の別の光ダイオードの第１の端子と第２の光応
答ダイオードの第２の端子との間に配置される。
いて発生した光キャリアが、１つ以上の別の光応答ダイ
オードによって収集されるのを防ぎ、さらに１つ以上の
別の光ダイオードにおいて発生した光キャリアが第２の
光応答ダイオードによって収集されるのを防ぐ。層は、
１つ以上の別の光ダイオードの第１の端子と第２の光応
答ダイオードの第２の端子との間に配置される。
【００２３】本発明の上記で説明された特徴およびその
他の特徴は、添付の図面に関連して以下の本発明の実施
形態の詳細な説明を読むことにより一層明白になるであ
ろう。
他の特徴は、添付の図面に関連して以下の本発明の実施
形態の詳細な説明を読むことにより一層明白になるであ
ろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】上記で参照した同時出願の米国特
許第 5,113,076号明細書、第 5,149,956号明細書、第
5,380,669号明細書、および第 5,457,331号明細書の開
示は、それらが本発明の教示と対立しない限り、ここで
全体的に参照される。
許第 5,113,076号明細書、第 5,149,956号明細書、第
5,380,669号明細書、および第 5,457,331号明細書の開
示は、それらが本発明の教示と対立しない限り、ここで
全体的に参照される。
【００２５】ここで使用されているように、短波長赤外
線（ＳＷＩＲ）放射は、約１０００ｎｍ乃至約３０００
ｎｍにわたるスペクトル領域を含むと考えられている。
中間波長赤外線（ＭＷＩＲ）放射は、約３０００ｎｍ乃
至約８０００ｎｍにわたるスペクトル領域を含むと考え
られている。長波長赤外線（ＬＷＩＲ）放射は約７００
０ｎｍ乃至１４０００ｎｍにわたるスペクトル領域を含
むと考えられている。超長波長の赤外線（ＶＬＷＩＲ）
放射は約１２０００ｎｍ乃至３００００ｎｍにわたるス
ペクトル領域を含むと考えられている。帯域はある程度
重なり合うが、本発明における説明において、重なり合
うことは重要ではないと考えられる。さらに、半導体材
料が所定のスペクトル帯域内の波長に対して最大または
実質的に最大の光感度を示すならば、ここで使用されて
いるように、半導体材料は所定のスペクトル帯域に対し
て顕著な応答を示すと考えられる。
線（ＳＷＩＲ）放射は、約１０００ｎｍ乃至約３０００
ｎｍにわたるスペクトル領域を含むと考えられている。
中間波長赤外線（ＭＷＩＲ）放射は、約３０００ｎｍ乃
至約８０００ｎｍにわたるスペクトル領域を含むと考え
られている。長波長赤外線（ＬＷＩＲ）放射は約７００
０ｎｍ乃至１４０００ｎｍにわたるスペクトル領域を含
むと考えられている。超長波長の赤外線（ＶＬＷＩＲ）
放射は約１２０００ｎｍ乃至３００００ｎｍにわたるス
ペクトル領域を含むと考えられている。帯域はある程度
重なり合うが、本発明における説明において、重なり合
うことは重要ではないと考えられる。さらに、半導体材
料が所定のスペクトル帯域内の波長に対して最大または
実質的に最大の光感度を示すならば、ここで使用されて
いるように、半導体材料は所定のスペクトル帯域に対し
て顕著な応答を示すと考えられる。
【００２６】ここで説明される放射検出器は、液相エピ
タキシ（ＬＰＥ）によって形成することができる。適切
なＬＰＥ成長技術は、以下の２つの文献（ T. Tung氏、
M. H. Kalisher氏、 A. P. Stevens氏、および P. E. H
erning氏によるMater. Res.Soc. Symp. Proc., Vol.90.
p.321 、並びに T. Tung氏によるStatus and Prospect
s, J. Crystal Growth 86 (1988), pps.161乃至172 ）
に記載されている。
タキシ（ＬＰＥ）によって形成することができる。適切
なＬＰＥ成長技術は、以下の２つの文献（ T. Tung氏、
M. H. Kalisher氏、 A. P. Stevens氏、および P. E. H
erning氏によるMater. Res.Soc. Symp. Proc., Vol.90.
p.321 、並びに T. Tung氏によるStatus and Prospect
s, J. Crystal Growth 86 (1988), pps.161乃至172 ）
に記載されている。
【００２７】しかしながら、検出器構造を形成するため
に分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を使用することが好まし
い。これは少なくとも部分的にＬＰＥに対してＭＢＥで
達成できる層の厚さを薄くしたことによる。例えば、Ｌ
ＰＥと比較して、約２０乃至４０％の層の厚さの減少が
ＭＢＥで達成することができる。
に分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を使用することが好まし
い。これは少なくとも部分的にＬＰＥに対してＭＢＥで
達成できる層の厚さを薄くしたことによる。例えば、Ｌ
ＰＥと比較して、約２０乃至４０％の層の厚さの減少が
ＭＢＥで達成することができる。
【００２８】しかしながら、ＭＢＥまたはＬＰＥ成長技
術の使用を本発明を実行する際の制限として解釈するべ
きではない。
術の使用を本発明を実行する際の制限として解釈するべ
きではない。
【００２９】ここで、本発明にしたがう４色ＩＲ応答放
射線検出器10の第１の実施形態を示すために図２のＡお
よび図３のＡを参照する。検出器10は放射線検出器の単
位セル領域を占め、４つの光検出器Ｄ1 乃至Ｄ4 を具備
している。以下に記載された種々の層の厚さは、ＬＰＥ
成長の場合のものである。ＭＢＥが使用されるならば、
層の厚さはそれにしたがって減少することができる。検
出器アレイは、それぞれ検出器の位置または画素を定め
るそのような複数の光検出器の単位セルから構成されて
いる。図２のＡの拡大断面図は、図３のＡの概略図に対
応する４色検出器である。図２のＢおよび図３のＢの３
色検出器の第１の実施形態を得るためのこの構造の変形
は後で説明される。
射線検出器10の第１の実施形態を示すために図２のＡお
よび図３のＡを参照する。検出器10は放射線検出器の単
位セル領域を占め、４つの光検出器Ｄ1 乃至Ｄ4 を具備
している。以下に記載された種々の層の厚さは、ＬＰＥ
成長の場合のものである。ＭＢＥが使用されるならば、
層の厚さはそれにしたがって減少することができる。検
出器アレイは、それぞれ検出器の位置または画素を定め
るそのような複数の光検出器の単位セルから構成されて
いる。図２のＡの拡大断面図は、図３のＡの概略図に対
応する４色検出器である。図２のＢおよび図３のＢの３
色検出器の第１の実施形態を得るためのこの構造の変形
は後で説明される。
【００３０】検出器10は、透明な（関係する波長λ1 乃
至λ4 において透明な）基板12、例えば、ＣｄＺｎＴｅ
のような第II−VI族の材料上に形成される。基板12は、
Ｓｉを含む第IV族の材料のような第II−IV族以外の材
料、またはＧａＡｓのような第III−Ｖ族の材料から構
成されることもできる。基板12の表面において、ｎ型の
第１の色（λc1）に応答する放射吸収層14が成長され
る。層14は、例えば８乃至１０マイクロメータの範囲の
厚さを有し、例えば約３×１０15原子ｓ／ｃｍ3 の濃度
のインジウムでｎ型にドープされる。層14の上には、λ
c1よりも小さいカットオフ波長λc を与えるエネルギー
バンドギャップを有するｐ+ 層16が配置されている。層
16は、例えば３乃至４マイクロメータの範囲の厚さを有
し、例えば砒素でｐ型にドープされる。層16の上には、
ｎ型の第２の色（λc2、ここでλc2＞λc1）に応答する
放射吸収層18が配置されている。層18は、８乃至１０マ
イクロメータの範囲の厚さを有し、約３×１０15原子／
ｃｍ3 の濃度のインジウムでｎ型にドープされる。層18
の上には、λc2よりも小さいカットオフ波長λc を与え
るエネルギーバンドギャップを有するｎ+ 層20が配置さ
れている。層20は、３乃至４マイクロメータの厚さを有
し、ｎ型である。層20の上には、ｎ型の第３の色
（λc3、ここでλc3＞λc2）に応答する放射吸収層22が
配置されている。層22の上には、８乃至１０マイクロメ
ータの範囲の厚さを有し、例えば約３×１０15原子ｓ／
ｃｍ3 の濃度のインジウムでｎ型にドープされる。層22
の上には、λc3よりも小さいカットオフ波長λc をそれ
に与えるエネルギーバンドギャップを有するｐ+ 層24が
配置されている。層24も、３乃至４マイクロメータの範
囲の厚さを有し、例えば砒素でｐ型にドープされる。層
24の上には、ｎ型の第４の色（λc4、ここでλc4＞
λc3）に応答する放射吸収層26が配置されている。層26
は層14、18、および22さに匹敵する厚さを有し、例えば
約３×１０15原子ｓ／ｃｍ3 の濃度のインジウムでｎ型
にドープされる。
至λ4 において透明な）基板12、例えば、ＣｄＺｎＴｅ
のような第II−VI族の材料上に形成される。基板12は、
Ｓｉを含む第IV族の材料のような第II−IV族以外の材
料、またはＧａＡｓのような第III−Ｖ族の材料から構
成されることもできる。基板12の表面において、ｎ型の
第１の色（λc1）に応答する放射吸収層14が成長され
る。層14は、例えば８乃至１０マイクロメータの範囲の
厚さを有し、例えば約３×１０15原子ｓ／ｃｍ3 の濃度
のインジウムでｎ型にドープされる。層14の上には、λ
c1よりも小さいカットオフ波長λc を与えるエネルギー
バンドギャップを有するｐ+ 層16が配置されている。層
16は、例えば３乃至４マイクロメータの範囲の厚さを有
し、例えば砒素でｐ型にドープされる。層16の上には、
ｎ型の第２の色（λc2、ここでλc2＞λc1）に応答する
放射吸収層18が配置されている。層18は、８乃至１０マ
イクロメータの範囲の厚さを有し、約３×１０15原子／
ｃｍ3 の濃度のインジウムでｎ型にドープされる。層18
の上には、λc2よりも小さいカットオフ波長λc を与え
るエネルギーバンドギャップを有するｎ+ 層20が配置さ
れている。層20は、３乃至４マイクロメータの厚さを有
し、ｎ型である。層20の上には、ｎ型の第３の色
（λc3、ここでλc3＞λc2）に応答する放射吸収層22が
配置されている。層22の上には、８乃至１０マイクロメ
ータの範囲の厚さを有し、例えば約３×１０15原子ｓ／
ｃｍ3 の濃度のインジウムでｎ型にドープされる。層22
の上には、λc3よりも小さいカットオフ波長λc をそれ
に与えるエネルギーバンドギャップを有するｐ+ 層24が
配置されている。層24も、３乃至４マイクロメータの範
囲の厚さを有し、例えば砒素でｐ型にドープされる。層
24の上には、ｎ型の第４の色（λc4、ここでλc4＞
λc3）に応答する放射吸収層26が配置されている。層26
は層14、18、および22さに匹敵する厚さを有し、例えば
約３×１０15原子ｓ／ｃｍ3 の濃度のインジウムでｎ型
にドープされる。
【００３１】上述の層の厚さ、ドーパント型式、および
ドーパント濃度は例示であり、本発明の教示を実行する
際に限定的な意味で解釈されるべきではないことに注意
すべきである。
ドーパント濃度は例示であり、本発明の教示を実行する
際に限定的な意味で解釈されるべきではないことに注意
すべきである。
【００３２】図２のＡの実施形態において、多層構造は
直角に配置されたトレンチで区別され複数のメサ構造を
形成し、各検出器10の光学的に活性な容積がメサ構造の
１つの中に含まれる。メサ構造は、上部表面10ａ、およ
び基板12の表面で終端する下方に傾斜した側部壁10ｂを
有する。
直角に配置されたトレンチで区別され複数のメサ構造を
形成し、各検出器10の光学的に活性な容積がメサ構造の
１つの中に含まれる。メサ構造は、上部表面10ａ、およ
び基板12の表面で終端する下方に傾斜した側部壁10ｂを
有する。
【００３３】金属被覆または端子28、30、および32はイ
ンジウムバンプ（図示されていない）のような適切な接
続システムと組合わせて、ＦＰＡアレイの実施形態にお
いて典型的に読取り集積回路である外部バイアス化およ
び読取り電子装置にメサ構造を結合するために設けられ
ている。既知のインジウムバンプ接続を使用して、イン
ジウムバンプを読取り集積回路の表面上の対応するイン
ジウムバンプに冷間溶接することによって結合された読
取り集積回路とアレイを実質的に混成することができ
る。放射線検出器アレイを読取り集積回路に混成するた
めの技術は当業者に知られている。
ンジウムバンプ（図示されていない）のような適切な接
続システムと組合わせて、ＦＰＡアレイの実施形態にお
いて典型的に読取り集積回路である外部バイアス化およ
び読取り電子装置にメサ構造を結合するために設けられ
ている。既知のインジウムバンプ接続を使用して、イン
ジウムバンプを読取り集積回路の表面上の対応するイン
ジウムバンプに冷間溶接することによって結合された読
取り集積回路とアレイを実質的に混成することができ
る。放射線検出器アレイを読取り集積回路に混成するた
めの技術は当業者に知られている。
【００３４】この実施形態において、ｎ+ 層20は、電気
的に共通の層として機能し、さらに第３の層（遮断波長
λc2）および第５の層（遮断波長λc3）において発生す
る少数キャリアを分離して、それらを適切な収集ｐ−ｎ
接合へ誘導する幅広いバンドギャップのバリア層として
機能する。したがって、層18において発生される光キャ
リアは、層22に入ることを阻止され、その代わりに層18
／16の間の境界面においてｐ−ｎ接合によって収集され
る。同様の方法において、層22において発生される光キ
ャリアは、層18に入ることを阻止され、その代わりに層
22／24の間の境界面においてｐ−ｎ接合によって収集さ
れる。
的に共通の層として機能し、さらに第３の層（遮断波長
λc2）および第５の層（遮断波長λc3）において発生す
る少数キャリアを分離して、それらを適切な収集ｐ−ｎ
接合へ誘導する幅広いバンドギャップのバリア層として
機能する。したがって、層18において発生される光キャ
リアは、層22に入ることを阻止され、その代わりに層18
／16の間の境界面においてｐ−ｎ接合によって収集され
る。同様の方法において、層22において発生される光キ
ャリアは、層18に入ることを阻止され、その代わりに層
22／24の間の境界面においてｐ−ｎ接合によって収集さ
れる。
【００３５】電気的に絶縁している誘電層、好ましくは
ＣｄＴｅのような広いバンドギャップのパッシベーショ
ン層はメサ構造の露出表面10ａおよび10ｂ上に供給する
ことができる。パッシベーション層は効果的に表面状態
を減少し、検出器10の信号対雑音比を改善する。
ＣｄＴｅのような広いバンドギャップのパッシベーショ
ン層はメサ構造の露出表面10ａおよび10ｂ上に供給する
ことができる。パッシベーション層は効果的に表面状態
を減少し、検出器10の信号対雑音比を改善する。
【００３６】図２のＡおよび図３のＡに示された実施形
態の適切なバイアス構造は、端子30に対して±５０ｍＶ
でバイアスされる端子32、および端子30に対して±５０
ｍＶでバイアスされる端子28である。例えば、端子32は
端子30に対して正であり、また端子28に対して正である
ならば、λc4によって誘導される光電流は端子32におい
て得られ、λc2によって誘導される光電流は端子28で得
られ、λc4とλc2との間の差を表す光電流は端子30にお
いて得ることができる。端子30が端子28に対して負にさ
れるならば、λc4とλc1との和を表す光電流が端子30に
おいて得ることができる。
態の適切なバイアス構造は、端子30に対して±５０ｍＶ
でバイアスされる端子32、および端子30に対して±５０
ｍＶでバイアスされる端子28である。例えば、端子32は
端子30に対して正であり、また端子28に対して正である
ならば、λc4によって誘導される光電流は端子32におい
て得られ、λc2によって誘導される光電流は端子28で得
られ、λc4とλc2との間の差を表す光電流は端子30にお
いて得ることができる。端子30が端子28に対して負にさ
れるならば、λc4とλc1との和を表す光電流が端子30に
おいて得ることができる。
【００３７】ここで図２のＢおよび図３のＢの実施形態
における３つの光検出器（Ｄ1 乃至Ｄ3 ）を参照する
と、その構造は図２のＡの実施形態の光検出器の構造と
実質的に同じであることに気付くことができる。最も重
要な相違点は、層26が設けられておらず、端子32が層24
に電気的に結合されていることである。
における３つの光検出器（Ｄ1 乃至Ｄ3 ）を参照する
と、その構造は図２のＡの実施形態の光検出器の構造と
実質的に同じであることに気付くことができる。最も重
要な相違点は、層26が設けられておらず、端子32が層24
に電気的に結合されていることである。
【００３８】ｎ層22およびｐ+ 層24の順序を逆にするこ
とによって、上方の光ダイオード（層22および24）が逆
にすることができる（すなわち、アノードが共通層20に
隣接することができる）ことに注意すべきである。この
場合において共通の端子30は両方の層20および22に接続
されている。
とによって、上方の光ダイオード（層22および24）が逆
にすることができる（すなわち、アノードが共通層20に
隣接することができる）ことに注意すべきである。この
場合において共通の端子30は両方の層20および22に接続
されている。
【００３９】生成されたマルチスペクトル装置構造は、
３つの帯域（図３のＢ参照）または４つの帯域（図３の
Ａ参照）において検出することができる。本質におい
て、バイアススイッチされ、２つの端子を有する、２色
の検出器構造が設けられ（層14乃至18）、この構造の上
部には、第３の光ダイオード（図３のＢ参照）、または
第２のバイアススイッチされる２色の検出器（図３のＡ
参照）の何れかが配置される。逆にイアスされたｐ−ｎ
接合のみが光により発生されたキャリアを収集するの
で、バイアス電位（＋ＶB 、−ＶB ）の極性が装置のス
ペクトル感度を選択する。したがって、４色検出器10は
同じＦＰＡ単位セルを占める２つの独立したバイアス選
択可能な装置を動作する。図３のＢの３色検出器10' に
おいて、底部の検出器構造のみがバイアス選択の可能な
スペクトル感度を有する。
３つの帯域（図３のＢ参照）または４つの帯域（図３の
Ａ参照）において検出することができる。本質におい
て、バイアススイッチされ、２つの端子を有する、２色
の検出器構造が設けられ（層14乃至18）、この構造の上
部には、第３の光ダイオード（図３のＢ参照）、または
第２のバイアススイッチされる２色の検出器（図３のＡ
参照）の何れかが配置される。逆にイアスされたｐ−ｎ
接合のみが光により発生されたキャリアを収集するの
で、バイアス電位（＋ＶB 、−ＶB ）の極性が装置のス
ペクトル感度を選択する。したがって、４色検出器10は
同じＦＰＡ単位セルを占める２つの独立したバイアス選
択可能な装置を動作する。図３のＢの３色検出器10' に
おいて、底部の検出器構造のみがバイアス選択の可能な
スペクトル感度を有する。
【００４０】図３のＢの実施形態における第３の光ダイ
オード、および図３のＡの第２の２色検出器は、より広
いバンドギャップの共通の層20によって下に位置するバ
イアスのスイッチされる２色検出器から分離されること
に注意すべきである。
オード、および図３のＡの第２の２色検出器は、より広
いバンドギャップの共通の層20によって下に位置するバ
イアスのスイッチされる２色検出器から分離されること
に注意すべきである。
【００４１】検出器10および10' の両者は、（図３のＡ
における端子28および32および図３のＢの端子28および
32に対して）各画素内にただ２つのインジウムバンプを
必要とし、従来の読取り回路構造と両立することにも注
意すべきである。共通の端子30は、内部に配置された金
属被覆部に接続され、アレイの周辺（したがって光学的
に活性領域と離れて）に位置する１つ以上の場所で電気
接続が行われる。
における端子28および32および図３のＢの端子28および
32に対して）各画素内にただ２つのインジウムバンプを
必要とし、従来の読取り回路構造と両立することにも注
意すべきである。共通の端子30は、内部に配置された金
属被覆部に接続され、アレイの周辺（したがって光学的
に活性領域と離れて）に位置する１つ以上の場所で電気
接続が行われる。
【００４２】図３のＢの３色検出器10' において、共通
端子は端子30であり、第３の帯域出力電流は端子32にお
いて常に利用できるが、端子28において第１の帯域また
は第２の帯域の光電流は、端子28と30との間の相対的な
バイアスを適切に変更することによって選択される。図
３のＡの４色光検出器10において、端子32における信号
は、端子30に関連する端子32においてバイアスを変更す
ることによって第３と第４の帯域の間でスイッチ可能と
なる。
端子は端子30であり、第３の帯域出力電流は端子32にお
いて常に利用できるが、端子28において第１の帯域また
は第２の帯域の光電流は、端子28と30との間の相対的な
バイアスを適切に変更することによって選択される。図
３のＡの４色光検出器10において、端子32における信号
は、端子30に関連する端子32においてバイアスを変更す
ることによって第３と第４の帯域の間でスイッチ可能と
なる。
【００４３】ここで、参照符号11および11' でそれぞれ
示された４色および３色検出器の第２の実施形態を説明
するために図４のＡとＢ、および図５のＡとＢを参照す
る。図４のＡおよびＢの実施形態において、多層構造は
複数のメサ構造を形成するために直交して配置されたト
レンチで区分されている。この場合に、各メサ構造は、
基板12の表面においてではなく、ｎ型層14において終端
している下方に傾斜した側部壁を有する。共通端子30が
ｎ型層14に結合され、その後アレイの光検出器の全てに
対して共通の接触層を形成するように、端子28および30
が再び配置される。さらに図５のＡおよびＢを参照する
と、バイアスソースはここで共通接触層14に対して参照
される。他の全ての重要な点において、光検出器11およ
び11' は、それぞれ図２のＡおよびＢの光検出器10およ
び10' と同じである。図４のＡおよびＢに示された構造
の１つの長所は、全体的により大きいアレイ（すなわ
ち、より多くの光検出器）が図２のＡおよびＢの実施形
態よりも容易に形成できることである。
示された４色および３色検出器の第２の実施形態を説明
するために図４のＡとＢ、および図５のＡとＢを参照す
る。図４のＡおよびＢの実施形態において、多層構造は
複数のメサ構造を形成するために直交して配置されたト
レンチで区分されている。この場合に、各メサ構造は、
基板12の表面においてではなく、ｎ型層14において終端
している下方に傾斜した側部壁を有する。共通端子30が
ｎ型層14に結合され、その後アレイの光検出器の全てに
対して共通の接触層を形成するように、端子28および30
が再び配置される。さらに図５のＡおよびＢを参照する
と、バイアスソースはここで共通接触層14に対して参照
される。他の全ての重要な点において、光検出器11およ
び11' は、それぞれ図２のＡおよびＢの光検出器10およ
び10' と同じである。図４のＡおよびＢに示された構造
の１つの長所は、全体的により大きいアレイ（すなわ
ち、より多くの光検出器）が図２のＡおよびＢの実施形
態よりも容易に形成できることである。
【００４４】端子28に対して供給されるバイアス電源を
スイッチするとき、端子28と32との間の比較的一定のバ
イアス電位を維持するために、端子32において対応する
バイアス変更が行われることに注意すべきである。
スイッチするとき、端子28と32との間の比較的一定のバ
イアス電位を維持するために、端子32において対応する
バイアス変更が行われることに注意すべきである。
【００４５】光検出器10,10',11,11' は、ＳＷＩＲ／Ｍ
ＷＩＲ／ＬＷＩＲ／ＶＬＷＩＲ（光検出器10および1
1）、ＳＷＩＲ／ＭＷＩＲ／ＬＷＩＲ（光検出器10' お
よび11'）、ならびにＭＷＩＲ1 ／ＭＷＩＲ2 ／ＶＬＷ
ＩＲのような波長帯域の多数の組み合わせに応答するよ
うに構成でき、ここでＭＷＩＲ1 は、例えば４０００ｎ
ｍ乃至５０００ｎｍの範囲の波長を含み、ＭＷＩＲ
2 は、例えば６０００ｎｍ乃至７０００ｎｍの範囲の波
長を含む。
ＷＩＲ／ＬＷＩＲ／ＶＬＷＩＲ（光検出器10および1
1）、ＳＷＩＲ／ＭＷＩＲ／ＬＷＩＲ（光検出器10' お
よび11'）、ならびにＭＷＩＲ1 ／ＭＷＩＲ2 ／ＶＬＷ
ＩＲのような波長帯域の多数の組み合わせに応答するよ
うに構成でき、ここでＭＷＩＲ1 は、例えば４０００ｎ
ｍ乃至５０００ｎｍの範囲の波長を含み、ＭＷＩＲ
2 は、例えば６０００ｎｍ乃至７０００ｎｍの範囲の波
長を含む。
【００４６】これらの種々の実施形態における放射吸収
層の構造は、入射放射が最初により幅広いバンドギャッ
プの半導体材料に出会い、次の層のバンドギャップがよ
り狭くなるようにされている。
層の構造は、入射放射が最初により幅広いバンドギャッ
プの半導体材料に出会い、次の層のバンドギャップがよ
り狭くなるようにされている。
【００４７】種々の材料形式、寸法、および厚さは例示
的であり、本発明の教示の実行において限定的な意味で
解釈されるべきではないことを認識すべきである。さら
に、種々の層の導電型を逆にし、それにしたがってバイ
アス電位を調節することができる。
的であり、本発明の教示の実行において限定的な意味で
解釈されるべきではないことを認識すべきである。さら
に、種々の層の導電型を逆にし、それにしたがってバイ
アス電位を調節することができる。
【００４８】以上、本発明は特にその好ましい実施形態
に対して示され、説明されたが、本発明の技術的範囲か
ら逸脱することなく、形態の変更およびその詳細が示さ
れることが当業者によって理解されるであろう。
に対して示され、説明されたが、本発明の技術的範囲か
ら逸脱することなく、形態の変更およびその詳細が示さ
れることが当業者によって理解されるであろう。
【図１】従来の技術のデュアルバンド（２色）ＩＲ検出
器の実寸でない断面図。
器の実寸でない断面図。
【図２】本発明の４色および３色ＩＲ検出器アレイの第
１の実施形態の実寸でない断面図。
１の実施形態の実寸でない断面図。
【図３】本発明にしたがう、図２の４色および３色ＩＲ
検出器構造の概略図。
検出器構造の概略図。
【図４】本発明の４色および３色ＩＲ検出器アレイの第
２の実施形態の実寸でない断面図。
２の実施形態の実寸でない断面図。
【図５】本発明にしたがう、図４の４色および３色ＩＲ
検出器構造の概略図。
検出器構造の概略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−13804（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−292873（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−213876（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−107121（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/02 H01L 31/10
Claims (8)
- 【請求項１】 それぞれがマルチスペクトル光検出器を
具備している複数の放射線検出器単位セルから構成され
ている４つまたは３つのスペクトル帯域の放射線に応答
する半導体放射線検出アレイにおいて、 各マルチスペクトル光検出器は、検出される放射線の入
射方向に対して垂直な平面の複数の半導体材料層を放射
線の入射方向に積層した積層構造によって構成され、そ
れら積層構造の層によって複数の光検出器が構成されて
おり、 それらの複数の光検出器は、第１のスペクトル帯域およ
び第２のスペクトル帯域の２つのスペクトル帯域のいず
れかに バイアスにより選択可能に応答する第１の２つの
スペクトル帯域に応答する光検出器（Ｄ1 ，Ｄ2 ）が、
第３のスペクトル帯域および第４のスペクトル帯域の２
つのスペクトル帯域のいずれかにバイアスにより選択可
能に応答する第２の２つのスペクトル帯域に応答する光
検出器（Ｄ3 ，Ｄ4 ）または単一の第３のスペクトル帯
域に応答する光検出器（Ｄ3 ）と放射線の入射方向に対
して重ねて配置されて構成され、 前記第１および第２の２つのスペクトル帯域に応答する
光検出器（Ｄ1 ，Ｄ2およびＤ3 ，Ｄ4 ）は選択された
バイアス電位に応答して２つのスペクトル帯域の一方 の
スペクトル帯域内の電磁放射線の吸収によって生成され
る電荷キャリアを出力することを特徴とする半導体放射
線検出アレイ。 - 【請求項２】 前記放射線検出器単位セルのそれぞれ
が、 第ＩＩ−ＶＩ族の半導体材料から構成され、第１の導電
型、および第１のスペクトル帯域内の放射線を吸収する
ように選択されたバンドギャップを有する第１の層と、 第１の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体材料
から構成され、前記第１の層と第１のｐ−ｎ接合光応答
ダイオードを形成するために第１の導電型と反対の第２
の導電型を有する第２の層と、 前記第２の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成され、第１の導電型と、第２のスペクトル
帯域内の放射線を吸収するように選択されたバンドギャ
ップを有し、前記第２の層と第２のｐ−ｎ接合光応答ダ
イオードを形成する第３の層と、 前記第３の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成される第４の層と、 前記第４の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から形成され、第１の導電型と、第３のスペクトル
帯域内の放射線を吸収するように選択されたバンドギャ
ップと、および第２の導電型との１つを有する第５の層
と、 前記第５の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成され、前記第５の層と第３のｐ−ｎ接合光
応答ダイオードを形成するように前記第５の層と反対の
導電型を有し、前記第１の導電型を有するとき、第３の
スペクトル帯域内の放射線を吸収するように選択された
バンドギャップをさらに有する第６の層と、 前記第１の層に接続される第１の電気接触子と、前記第
４の層に接続される第２の電気接触子と、および前記第
６の層に接続される第３の電気接触子とを具備し、 前記第４の層が、第３のスペクトル帯域内の放射線を通
過させ、光検出器Ｄ2とＤ3 との間の電荷キャリアの導
電を阻止するように選択されたバンドギャップを有して
いる請求項１記載の半導体放射線検出アレイ。 - 【請求項３】 前記第１の層の表面の下に配置された第
１の表面を有する基板をさらに具備し、前記基板が、前
記第１、第２、および第３のスペクトル帯域内の電磁放
射線に対して実質的に透明な材料から選択されている請
求項２記載の半導体放射線検出アレイ。 - 【請求項４】 前記放射線検出器単位セルのそれぞれ
が、 第ＩＩ−ＶＩ族の半導体材料から構成され、第１の導電
型、および第１のスペクトル帯域内の放射線を吸収する
ように選択されたバンドギャップを有する第１の層と、 前記第１の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成され、前記第１の層と第１のｐ−ｎ接合光
応答ダイオードを形成するために第１の導電型と反対の
第２の導電型を有する第２の層と、 前記第２の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成され、第１の導電型と、第２のスペクトル
帯域内の放射線を吸収するように選択されたバンドギャ
ップとを有し、前記第２の層と第２のｐ−ｎ接合光応答
ダイオードを形成する第３の層と、 前記第３の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成される第４の層と、 前記第４の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成され、第１の導電型と、第３のスペクトル
帯域内の放射線を吸収するように選択されたバンドギャ
ップとを有する第５の層と、 前記第５の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成され、前記第５の層と第３のｐ−ｎ接合光
応答ダイオードを形成するために第１の導電型と反対の
第２の導電型を有する第６の層と、 前記第６の層の上に配置され、第ＩＩ−ＶＩ族の半導体
材料から構成され、第１の導電型と第４のスペクトル帯
域内の放射線を吸収するように選択されたバンドギャッ
プとを有し、前記第６の層と第４のｐ−ｎ接合光応答ダ
イオードを形成する第７の層と、 前記第１の層に接続された第１の電気接触子と、前記第
４の層に接続された第２の電気接触子と、および前記第
７の層に接続された第３の電気接触子とを有し、 前記第４の層が、第３および第４のスペクトル帯域内の
放射線を通し、光検出器Ｄ2 とＤ3 との間で電荷キャリ
アの導電を阻止するように選択されたバンドギャップを
有している請求項１記載の半導体放射線検出器アレイ。 - 【請求項５】 前記第１の層の表面の下に配置された第
１の表面を有し、前記第１、第２、第３、および第４の
スペクトル帯域内で電磁放射線に対して実質的に透明な
材料から選択される基板をさらに具備する請求項４記載
の半導体放射線検出アレイ。 - 【請求項６】 前記スペクトル帯域が、短波長の赤外線
（ＳＷＩＲ）、中間波長の赤外線（ＭＷＩＲ）、長波長
の赤外線（ＬＷＩＲ）、および超長波長の赤外線（ＶＬ
ＷＩＲ）から実質的に構成されたグループから選択され
る請求項１記載の半導体放射線検出アレイ。 - 【請求項７】 それぞれがマルチスペクトル光検出器を
具備している複数の放射線検出器単位セルを具備してい
る半導体放射線検出アレイの動作方法において、各マルチスペクトル光検出器は、検出される放射線の入
射方向に対して垂直な平面の複数の半導体材料層を放射
線の入射方向に積層した積層構造を備え、それら積層構
造の層によって複数の光検出器が構成されており、 それらの複数の光検出器は、第１のスペクトル帯域およ
び第２のスペクトル帯域の２つのスペクトル帯域のいず
れかに バイアスにより選択可能に応答する第１の２つの
スペクトル帯域に応答する光検出器（Ｄ1 ，Ｄ2 ）を、
第３のスペクトル帯域および第４のスペクトル帯域の２
つのスペクトル帯域のいずれかにバイアスにより選択可
能に応答する第２の２つのスペクトル帯域に応答する光
検出器（Ｄ3 ，Ｄ4 ）または単一の第３のスペクトル帯
域に応答する光検出器（Ｄ3 ）と放射線の入射方向に対
して重ねて各単位セルにおいて配置し、前記第１および第２の２つのスペクトル帯域に応答する
光検出器（Ｄ1 ，Ｄ2およびＤ3 ，Ｄ4 ）のバイアス電
位を選択的に供給してそれぞれ２つのスペクトル帯域の
一方 のスペクトル帯域内の電磁放射線の吸収によって生
成される電荷キャリアを出力して４つのスペクトル帯域
または３つのスペクトル帯域から選択される２つのスペ
クトル帯域内の電磁放射線に応答する出力を生成するこ
とを特徴とする半導体放射線検出アレイの動作方法。 - 【請求項８】 前記スペクトル帯域が、短波長の赤外線
（ＳＷＩＲ）、中間波長の赤外線（ＭＷＩＲ）、長波長
の赤外線（ＬＷＩＲ）、および超長波長の赤外線（ＶＬ
ＷＩＲ）から実質的に構成されたグループから選択され
る請求項７記載の方法。
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| US618136 | 1996-03-19 |
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