JP5447756B2 - 放射検出器 - Google Patents

Description

本発明は、所定の波長λ₀に最大値を有する所定のスペクトル感度分布にしたがって放射を検出するための放射検出器に関する。該放射検出器は、検出器信号の生成に使用され放射受信のために設けられた活性領域を有する半導体ボディを含む。とりわけ本発明は、人間の眼の所定のスペクトル感度分布にしたがって放射を検出するための放射検出器に関する。

所定の波長λ₀の最大値を含む所定のスペクトル感度分布を有する放射を検出するためには、特別に適合された外部のフィルタリング回路を有する放射検出器、たとえば干渉フィルタまたはモノクロメータ等を有する放射検出器が使用されることが多い。このような検出器の特徴は、所定のスペクトル感度分布に対する適合が非常に良好であることだが、このような検出器の取り扱いおよび製造はたいてい、比較的面倒であり、高コストである。さらに、このような検出器の所要スペースは大きい場合が多いので、このような検出器を小さいスペースで適用するために使用するのは不可能であるか、または条件つきでしか使用できない。

所定のスペクトル感度分布が人間の眼のスペクトル感度分布である場合、入射された放射をこのような感度にしたがって検出するために、しばしばシリコンフォトダイオードが使用される。

フォトダイオードの感度はとりわけ、入射された放射の波長に依存する。バンドギャップに相応する限界波長より大きい波長の場合、感度は非常に低い。その理由は、入射する放射がこのような波長領域にある場合、たとえばＳｉ等であるダイオードの活性領域における機能材料のバンドギャップが、入射する放射のエネルギーより大きく、このようなバンドギャップでは電子‐正孔対の生成に十分でないからだ。

また、波長が小さくなるほど、波長の領域における感度は低減される。というのも、波長が低減されるにつれて、生成される電子‐正孔対はたとえば表面再結合によってますます光電流に寄与しなくなるからである。中間領域においてダイオードの感度は最大値を有する。この最大値は、従来のシリコンフォトダイオードでは８００ｎｍを超えることがある。

このようなシリコンフォトダイオードを、約５５５ｎｍの感度の最大値を含む明順応の人間の眼のスペクトル感度分布を有する検出器として使用するためには、付加的な手間が必要になる。その理由は、感度最大値の波長が相互に大きくずれているため、双方のスペクトル感度領域を相互に良好に適合することは比較的困難であるからだ。検出器感度を人間の眼の感度分布により良好に適合するために、付加的なフィルタを使用することができる。これら全体で、人間の眼の感度分布が近似的に得られる。

本発明の課題は、上記形式の放射検出器において、製造が容易な放射検出器を提供することである。本発明の課題はまた、上記形式の放射検出器において、所要スペースが縮小された放射検出器を提供することである。

前記課題は、請求項１、請求項４ないしは請求項９記載の特徴を有する放射検出器によって解決される。従属請求項に、本発明の別の有利な実施形態および構成が記載されている。

第１の実施形態では、所定の波長λ₀の最大値を有する所定のスペクトル感度分布にしたがって放射を検出するための本発明による放射検出器は、検出器信号の生成に使用され放射受信のために設けられた活性領域を有する半導体ボディを含んでおり、該活性領域は複数の機能層を有し、該機能層のバンドギャップおよび／または厚さは異なり、該機能層は、波長λ₀より大きい波長を含む波長領域にある波長を少なくとも部分的に吸収するように構成されている。

有利な構成では、所定のスペクトル感度分布は人間の眼のスペクトル感度分布である。

本発明の別の有利な実施形態では、半導体ボディ、とりわけ活性領域または機能層は、少なくともＩＩＩ‐V族半導体材料を含み、たとえばＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-X-yＰ、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＮまたはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＡｓの材料体系による半導体材料を含む。ここではそれぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ＝１である。また半導体ボディ、とりわけ活性領域または機能層は、Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ_xＰ_1-xの材料体系による材料を含む。ここでは、０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１である。

目的に適っているのは、波長λ₀の領域にあるバンドギャップないしは所定のスペクトル感度分布の領域にあるバンドギャップを有するIII‐V族半導体材料を使用することである。

上記のＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料は特に、紫外線（たとえばＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＮ）から可視光（Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＮ、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＡｓ、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰ）、赤外線（たとえばＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰまたはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＡｓ）までのスペクトル領域にある放射に適している。所定のスペクトル感度分布が人間の眼のスペクトル感度分布である場合、材料体系として特に適しているのは、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＡｓまたはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰである。材料体系Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰで、特に高い量子効率が実現される。

本発明の別の有利な実施形態では、半導体ボディ、とりわけ活性領域または機能層は、少なくともＩＩ‐VＩ族半導体材料を含み、たとえばＺｎ_yＭｇ_1-yＳ_xＳｅ_1-xの材料体系による半導体材料を含む。ここでは、０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１である。ＩＩ‐ＶＩ族半導体材料も、上記のスペクトル領域に適しているが、ＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料はＩＩ‐ＶＩ族半導体材料と比較して、しばしば、高い量子効率を容易に実現できることを特徴とする。

第２の実施形態では、波長λ₀の最大値を含む人間の眼の所定のスペクトル感度分布にしたがって放射を検出するための本発明による放射検出器は、検出器信号の生成に使用され放射受信のために設けられた活性領域を含む半導体ボディを有し、該半導体ボディは少なくともＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料を含み、該活性領域は複数の機能層を有する。

有利には、機能層は少なくとも部分的に次のように構成されている。すなわち、波長λ₀より大きい波長を含む波長領域にある放射を吸収するように構成され、および／または、少なくとも部分的に異なるバンドギャップおよび／または厚さを有するように構成されている。

上記の実施形態で開示された放射検出器のうち１つに入射された放射は、機能層によって吸収される。各機能層の厚さが、該機能層で吸収される放射パワーの割合と、バンドギャップと、吸収される放射の波長とを決定する。機能層の構成を介して活性領域は、放射検出器によって生成された信号（たとえば光電流、または光電流に依存する量）が所定のスペクトル感度分布にしたがってふるまうように構成される。とりわけ、このことは有利には、λ₀を上回る波長を含む所定のスペクトル感度分布の長波長側に当てはまる。

有利には、検出器感度を所定のスペクトル感度分布、とりわけ所定のスペクトル感度分布の長波長側に適合するための外部のフィルタ‐半導体ボディの外側に配置されたフィルタ‐を省略することができる。外部のフィルタによる面倒なフィルタリングはとりわけ、従来のＳｉフォトダイオードでしばしば行われていた。外部のフィルタを省略することにより、放射検出器を省スペースで構成することができる。

さらに、このような放射検出器の検出器信号の強度を、外部の光学的フィルタが設けられた放射検出器と比較して向上できるという利点がある。その理由は、外部の光学的フィルタが省略されることにより、長波長の放射も信号をますます生成できるようになるからだ。

上記２つの実施形態の有利な構成によれば、活性領域に、少なくとも１つのフィルタリング層を含むフィルタリング層構造体が後置されている。有利にはこのフィルタリング層構造体が、所定のスペクトル感度分布による検出器感度の短波長側を、λ₀を下回る波長を含む波長領域にある放射の吸収によって決定する。

有利にはフィルタリング層構造体を介して、放射検出器の感度がとりわけ短波長側で、λ₀を下回る波長で所定のスペクトル感度分布に適合される。

別の実施形態では、所定の波長λ₀の最大値を有する所定のスペクトル感度分布にしたがって放射を検出するための本発明による放射検出器は、検出器信号の生成に使用され放射受信のために設けられた活性領域を有する半導体ボディを含んでおり、該活性領域にフィルタリング層構造体が後置されており、該フィルタリング層構造体は少なくとも１つのフィルタリング層を含み、該フィルタリング層構造体は、所定のスペクトル感度分布による検出器感度の短波長側を、波長λ₀より小さい波長を含む波長領域にある波長を吸収することによって決定するように構成されている。

有利な構成では、所定のスペクトル感度分布は人間の眼のスペクトル感度分布である。

別の有利な構成では、半導体ボディは少なくとも１つのＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料またはＩＩ‐ＶＩ族半導体材料を含む。

別の有利な構成では、活性領域は複数の機能層を含む。これらの機能層は、波長λ₀を上回る波長を含む波長領域にある放射を少なくとも部分的に吸収するように構成されており、および／または、該機能層のバンドギャップおよび／または厚さは異なるように構成されている。

このような構成により、フィルタリング層構造体は検出器感度の短波長側を決定し、場合によっては、適切な機能層との組み合わせで、所定のスペクトル感度分布による検出器感度を有する小形かつコンパクトな放射検出器を構成することが容易になる。

本発明の別の有利な実施形態では、任意の２つの機能層のバンドギャップおよび／または厚さが異なる。

本発明の別の有利な構成では、機能層の構成を介して該機能層が、λ₀を上回る波長における所定のスペクトル感度分布による検出器感度を決定する。

本発明のさらに別の有利な構成では、機能層が吸収する波長領域は実質的に、λ₀を上回る波長と関連しており、および／または、実質的に、λ₀を上回る波長を含む。

有利には、所定の感度分布の波長領域が異なるのに応じて、異なって形成された機能層が活性領域に設けられる。特に有利には、すべての機能層または少なくとも１つの機能層が、λ₀を上回る波長が相応するバンドギャップを有する。

所定の感度分布が比較的高い値をとる波長領域では、機能層は有利には相応に厚く形成され、この波長領域にある相応に高い放射パワーが吸収され、比較的高い光電流が生成されるように構成される。所定の感度分布の値が比較的低い波長領域では、機能層は有利には、相応に薄く形成される。各機能層の厚さを介して、放射検出器の応答性（検出器に入射された放射パワーに基づいて生成される信号強度）が、各機能層に相応する波長領域で所期のように調整され、機能層相互間の厚さの比を介して検出器感度と所定のスペクトル感度分布との適合が、とりわけ長波長側においてλ₀を上回る波長で行われる。特に有利には、少なくとも１つの機能層が波長λ₀前後の領域にあるバンドギャップを有する。このことにより、この領域で比較的高い信号が生成されるようになる。

本発明の有利な構成では、半導体ボディにおいて後置された機能層のバンドギャップは少なくとも部分的に、入射される放射の方向に、とりわけ半導体ボディに入射される受信すべき放射の放射入射面の方向に上昇されるかまたは減少されるように構成される。このような構成により、有利には、所定の感度による検出器感度を有する放射検出器の構成が容易になる。というのも、機能層のバンドギャップが放射入射面の方向に上昇または減少する半導体ボディの製造は、機能層の任意の構成よりも有利に簡略化されるからである。

本発明の別の有利な構成では、半導体ボディにおいて後置された機能層のバンドギャップは少なくとも部分的に、入射される放射の方向に上昇するように構成される。

本発明の有利な発展形態では機能層は、該機能層のバンドギャップが活性領域の中央領域から出発して、半導体ボディの放射入射面に対して垂直な方向に上昇されるように配置され、また、その逆方向に上昇されるように配置される。中央領域から出発して、機能層のバンドギャップは有利には段階的に上昇される。このような構成により、入射される放射の方向に、またその逆の方向に、中央領域から段階的に減少するバンドギャップのプロフィールが得られる。これによって、電位バリアが減少されるので、中央領域で生成される電子‐正孔対によって該中央領域が比較的妨害されずに維持される。それゆえ、放射検出器の効率が有利に向上される。

機能層は信号生成のために、有利には半導体ボディの空間電荷ゾーンに配置される。この空間電荷ゾーンは、有利には高ドーピングされたｐ導電型の層と、有利には高ドーピングされたｎ導電型の層によって形成されるか、またはこのようなｐ導電型の層とｎ導電型の層との間に形成される。

本発明では、検出器信号に特に有利に寄与するのは実質的に、半導体ボディの空間電荷ゾーンで生成される電子‐正孔対のみである。

さらに、機能層の少なくとも一部は、有利には実質的にドーピングされないか、または真性で形成される。したがって、このような半導体ボディは基本的に、ｐｉｎダイオード構造に相応する。このような構造は、有利には短い応答時間を特徴とする。

活性領域は有利には、たとえば単一ヘテロ構造または多重ヘテロ構造等のヘテロ構造に相応して形成される。ヘテロ構造は、有利には高い内部量子効率を特徴とする。

本発明の別の有利な構成では、検出器感度および／または所定のスペクトル感度分布は、関連する波長領域内においてゼロからずれている。

本発明の別の有利な構成では、フィルタリング層構造体は活性領域の放射入射面に、とりわけ放射入射面の側に後置される。とりわけ、フィルタリング層構造体は有利には、放射検出器によって受信すべき放射が部分的に該フィルタリング層構造体を透過し、透過後に活性領域に入射されて信号生成が行われるように、該活性領域に後置される。フィルタリング層構造体は、放射検出器の放射入射面と活性領域または半導体ボディとの間に配置される。

フィルタリング層構造体は有利には半導体ボディの一部であり、半導体ボディにモノリシックに統合化されている。フィルタリング層構造体で吸収される放射成分は、該フィルタリング層構造体が吸収する波長領域で活性領域に現れることはなく、相応に低減された信号のみが生成される。有利にはフィルタリング層構造体は、半導体ボディの放射入射面と活性領域との間に配置される。

フィルタリング層構造体は有利には、ＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料またはＩＩ‐ＶＩ半導体材料を含む。このような半導体材料は、たとえば上記の材料体系のうち１つによる半導体材料である。

本発明の有利な構成では、フィルタリング層構造体が吸収する波長領域は実質的に、λ₀を下回る波長と関連しており、および／または、実質的に、λ₀を下回る波長を含む。特に有利なのは、フィルタリング層構造体のフィルタリング層のバンドギャップが、半導体ボディの側でフィルタリング層構造体に後置された機能層のバンドギャップより大きいことである。

本発明の第１の有利な発展形態では、フィルタリング層構造体は基本的に、直接的なバンドギャップおよび／または間接的なバンドギャップを有する個別のフィルタリング層を含む。有利には直接的なバンドギャップは、活性領域の側でフィルタリング層に後置されたとりわけ任意の機能層のバンドギャップより大きい。

フィルタリング層はさらに有利には、間接的なバンドギャップを介して、λ₀を下回る波長を含む波長領域で波長を吸収することにより、検出器感度の短波長側を決定する。

フィルタリング層の厚さを介して、間接的なバンドギャップを介してフィルタリング層に吸収される放射の成分が決定される。ここで目的に適っているのは、フィルタリング層の厚さが１μｍを上回り、とりわけ１０μｍ以上であることだ。

フィルタリング層の直接的なバンドギャップは有利には、検出器感度の短波長の限界を決定する。短波長の限界波長より短い波長を有する、放射検出器に入射された放射は、基本的にフィルタリング層に完全に吸収され、限界波長を下回る波長領域では、実質的に検出器信号は生成されない。

ＧａＰ含有またはＡｌＧａＡｓ含有の半導体材料が、眼の感度による検出器に設けられるフィルタリング層に特に適している。というのもこのような半導体材料は、眼の感度に適した波長領域に相応する直接的なバンドギャップも間接的なバンドギャップも有するからである。

第２の有利な発展形態では、フィルタリング層構造体は複数のフィルタリング層を有する。これらのフィルタリング層のバンドギャップおよび／または厚さは、有利には異なる。とりわけ、フィルタリング構造体の任意の各２つのフィルタリング層が、異なるバンドギャップおよび／または厚さを有することができる。フィルタリング層構造体は特に有利には、各フィルタリング層の直接的なバンドギャップを介して、λ₀を下回る波長を含む波長領域で波長を吸収することにより、検出器感度の短波長側を決定する。特に有利なのは、フィルタリング層構造体の有利には任意のフィルタリング層のバンドギャップ、とりわけ直接的なバンドギャップが、半導体ボディの側でフィルタリング層構造体に後置された有利には任意の機能層のバンドギャップより大きいことである。

間接的なバンドギャップを介して検出器感度の短波長側を決定する個別のフィルタリング層と比較して、複数のフィルタリング層を使用して、基本的に該フィルタリング層の直接的なバンドギャップを介して各フィルタリング層で吸収を行うことにより、フィルタリング層構造体の厚さ全体が有利には小さく抑えられる。

厚さが１μｍ以下である複数のフィルタリング層を有するフィルタリング層構造体を使用するだけで、検出器感度を所定のスペクトル感度分布に対して、非常に良好に適合することができる。

さらに、フィルタリング層の層厚さが比較的小さいことにより、短波長の限界波長を下回る波長で検出器感度の急激な低下が発生するのが回避される。このようにして、フィルタリング層構造体のフィルタリング層の最大の直接的バンドギャップを下回る波長でも、有意な信号が生成される。

別の有利な構成では、このような機能層を有する半導体ボディはモノリシックに統合化され、たとえば成長基板上にエピタキシャル成長を行うことによって製造される。このようにして、本発明による放射検出器の製造は容易になる。

有利な発展形態では半導体ボディは、活性領域、機能層およびフィルタリング層構造体とともにモノリシックに統合化されて製造される。

それによれば、モノリシックに統合化されたこのような半導体チップは、半導体チップの感度が所定の感度分布にしたがって得られるように構成される。このようにモノリシック統合化によって構成された半導体ボディにより、このような放射検出器では有利には、干渉フィルタまたはモノクロメータ等の外部に配置されたフィルタが省略される。このことにより、放射検出器を小さい所要スペースで構成するのが容易になる。

本発明はとりわけ、所定のスペクトル感度分布に相応する周辺光センサとして使用される。

放射検出器の別の用途に、照明装置または表示部の輝度の制御、照明装置のスイッチオン時点および／またはスイッチオフ時点の制御が含まれる。このような照明装置は、住居、道路または自動車用の屋内照明または屋外照明としても、またディスプレイの後方照明装置としても実現することができる。前記ディスプレイはたとえば、移動電話機または他の通信機器のディスプレイ、自動車用のディスプレイ、インスツルメントパネルまたはＬＣＤスクリーン等である。後者のアプリケーションでは、放射検出器の所要スペースが小さいことが特に重要である。

本発明の上記の用途では、所定の感度は有利には人間の眼によって決められる。このことによっておおよそ、上記の照明装置の輝度が、該輝度の上昇または低下により、有利には人間の眼による知覚に相応して制御される。

本発明の別の利点、特徴および有効性を、以下の実施例の説明において添付の図面と関連して説明する。

図面
図１ 本発明による放射検出器の第１の実施例を示す概略的な断面図である。

図２ 図２ａおよび２ｂにおいて第１の実施例の２つの変形形態に関し、人間の眼の所定の感度分布のスペクトル特性と、検出器感度のスペクトル特性とを定性的に示す図である。

図３ 本発明による放射検出器の第２の実施例を示す概略的な断面図である。

図４ 図４ａおよび４ｂにおいて第２の実施例の２つの変形形態に関し、人間の眼の所定の感度分布のスペクトル特性と、検出器感度のスペクトル特性とを定性的に示す図である。

図５ 第１の実施例による検出器と、第２の実施例による検出器とで、人間の眼の所定の感度分布と検出器感度との比較を定性的に示す図である。

これらの図面では、同種類の要素および同機能の要素には同一の参照番号が付されている。

図１には、本発明による放射検出器の第１の実施例が、概略的な断面図で示されている。

半導体ボディ１が担体２上に配置されており、該半導体ボディ中において担体２側に、ｎ導電型層３が配置されている。この層３には、異なるバンドギャップおよび／または異なる厚さの機能層４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄが後置されており、これらの機能層は半導体ボディの活性領域５を構成し、検出器信号の生成に使用される。有利には、各２つずつの任意の機能層が、異なるバンドギャップおよび異なる厚さを有する。これらの機能層にはｐ導電型層６が後置されており、その後にフィルタリング層構造体が設けられている。このフィルタリング層構造体は、フィルタリング層７を有する。ｎ導電型層およびｐ導電型層のフィルタリング層と機能層とを有する半導体ボディは、有利にはモノリシック統合化によって構成される。特に有利には、担体は半導体ボディの成長基板によって実現される。半導体ボディは有利には、適切な成長基板上でエピタクシー（たとえばＭＯＶＰＥ）を行うことによって製造される。

しかし、担体２を半導体ボディの成長基板と異なるものにすることもできる。たとえば担体を、次のような層によって実現することができる。すなわち、半導体ボディが成長基板上に形成された後に、該成長基板に対向する面に配置される層によって実現することができる。成長基板は有利には、半導体ボディが担体層上に配置された後に剥離される。担体層と半導体ボディとの間には、有利には鏡面層が配置される。この鏡面層は、たとえばＡｇ，Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ等の金属を含むか、またはこのような金属から形成されるか、または前記材料のうち少なくとも１つを含む合金を含むか、またはこのような合金から形成される。このような構成により、有利には放射検出器の効率が向上される。このように成長基板を剥離して製造される半導体チップは、薄膜チップとも称される。ここでは、ｎ導電型層およびｐ導電型層と機能層およびフィルタリング層との相対的な配置は、このような担体層上での半導体ボディの配置に相応して、場合によっては図１に示されたのと異なる順序で行われる。フィルタリング層は場合によっては、担体上に配置された後に、機能層とｎ導電型層とｐ導電型層とを有する構造体上に設けられる。

ｎ導電型層およびｐ導電型層は有利には高ドーピングされ、ｐ導電型層からｎ導電型層まで及ぶ拡大された空間電荷ゾーンを構成するようにされる。機能層は有利には、空間電荷ゾーン内部に配置される。このような空間電荷ゾーンの垂直方向の寸法は、たとえば１１００ｎｍ以上であり、有利には１２００ｎｍ以上であり、ドーピング材の濃度に応じて決定される。

空間電荷ゾーンの精確な構成に応じて、とりわけ厚さおよびバンドギャップに関する精確な構成に応じて、機能層は、半導体ボディに入射された放射８のうち特定の波長を吸収する。このような吸収により、空間電荷ゾーンで生成されたものである限りは光電流に寄与する電子‐正孔対が生成される。ここでは、波長に依存する光電流の強度が、放射検出エレメントとして前記のような半導体ボディないしは半導体チップ（担体上に設けられた半導体ボディ）を有する検出器の感度を決定する。

フィルタリング層構造体は活性領域５に後置される。目的に適っているのは、有利には検出すべき放射の大部分が半導体ボディに入射する該半導体ボディの放射入射面１１側に、フィルタリング層構造体を後置することである。とりわけフィルタリング層構造体は、活性領域５と放射入射面１１との間に配置される。

フィルタリング層７と機能層４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄの配置および構成とによって、半導体ボディの感度は、波長λ₀の最大値を有する所定のスペクトル感度分布に整合される。

ここで有利には、フィルタリング層７によって、波長λ₀を下回る入射された放射の波長を吸収することにより、検出器感度が所定の感度に適合される。この構成により、このような領域内にある波長を有する放射は、強度が低減されてのみ活性領域に現れ、この波長領域で生成された信号は吸収によって、所定の感度分布に適合される。

放射の吸収によってフィルタリング層で生成される電子‐正孔対は、有利には実質的に光電流に寄与しない。このためには、フィルタリング層は空間電荷ゾーン外部に配置される。このようにフィルタリング層を空間電荷ゾーン外部に配置することにより、検出器感度を所定の感度分布に整合するのが、有利には容易になる。というのも、フィルタリング層は機能層から分離され、フィルタリング層で生成された電子‐正孔対が、機能層の領域において所定の感度分布にしたがって生成される光電流に悪影響を及ぼす危険性が低減されるからである。検出器感度を決定づける光電流は、有利には実質的に活性領域において生成される。

フィルタリング層７は検出器感度の短波長側の特性を、有利には間接的なバンドギャップを介して吸収を行うことにより決定する。こうするためには、フィルタリング層が相応に厚く形成されるのが目的に適っている。

有利には、フィルタリング層の直接的なバンドギャップが検出器感度の短波長の限界を決定する。短波長の限界を下回る波長では、検出器感度は消失するか、または無視できる程度になる。

機能層で生成される光電流は、有利には少なくとも、λ₀を上回る波長領域で所定の感度分布による検出器感度の長波長側を決定する。特に有利には、機能層のバンドギャップは少なくとも部分的に、λ₀を上回る波長を有する。このような構成により、検出器感度を所定の感度に短波長側で整合するのが容易になる。というのも、この短波長側は実質的に、フィルタリング層によってのみ決定され、機能層とフィルタリング層とを相互に整合する手間が低減されるからである。

機能層は有利には、担体からの距離が大きくなるにつれて、吸収を決定づける機能層のバンドギャップが増大するように構成される。この構成によれば、入射される放射８の主入射平面から半導体ボディまで最も離れている機能層４ａは有利には、機能層の中で最も小さいバンドギャップを有し、入射される放射８に対して向かい合う機能層４ｄは、機能層の中で最も大きいバンドギャップを有する。

このような機能層のバンドギャップを介して、各機能層の吸収すべき波長ないしは吸収すべき波長領域を調節することができ、機能層の厚さが、吸収される放射パワーの割合ひいては各機能層で生成される光電流を決定する。有利には半導体ボディは、入射される放射８の大部分が半導体ボディにおいて、半導体ボディの信号生成領域に対するウィンドウ層として使用されるフィルタリング層７に現れるように方向づけられる。

このような半導体ボディを有する放射検出器で、フィルタリング層および機能層の配置および構成を介して、該放射検出器の特性を所定の感度分布にしたがって形成することができる。機能層に関しては、このことは有利には、検出器感度の長波長側に当てはまり、フィルタリング層７は有利には、検出器感度の短波長側を所定のスペクトル感度分布にしたがって決定する。

このような検出器は、非常に省スペースかつ簡単に製造することができ、所定の感度に適合するための付加的な外部のフィルタを省略することができる。

機能層の数は有利には、所定の感度分布のスペクトル幅に依存する。分布幅が広いほど、機能層の数は大きくなる。４つの異なる機能層をヘテロ構造で配置することが、生成される光電流を所定のスペクトル感度分布に、とりわけ人間の眼のスペクトル感度分布に整合するのに非常に適していることが多いことが判明している。

図１に示された半導体ボディ１に電気的な端子を設けて、該半導体ボディで生成された信号をさらに処理できるようにすることができる。このような電気的な端子はたとえば、半導体ボディ上に配置されたメタライジング部に設けられる。ここでは前記端子は、担体の異なる面に配置されるか、または半導体ボディを有する担体の面に配置される。端子が担体の異なる面に配置される場合、該担体の導電性を上昇するために、有利にはこの担体に相応にドーピングされる。

さらに、半導体ボディを放射検出器のケーシング内に配置し、これによって半導体ボディを外部の損傷的な影響から保護することができる。また、半導体ボディを少なくとも部分的に被覆部によって包囲するか、または半導体ボディを包囲するように被覆部を成形し、これをたとえば、ケーシングボディの切欠部に配置することもできる。有利にはこのような被覆部は、たとえばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂またはシリコーン等である反応性樹脂を含む。ケーシングボディの切欠部の壁に、反射を向上する材料を設けることができる。このような材料は、たとえば実質的に金属性の材料である。これによって有利には、半導体ボディに入射される放射パワーが上昇される。

特に有利には、放射検出器は表面実装素子（ＳＭＤ：Surfice Mountable Device）として構成される。

放射検出器の有利な構成では、この検出器は人間の眼の感度にしたがって放射を検出するように構成される。人間の眼の最大感度はおおよそ、λ₀＝５５５ｎｍ（明順応、日中）またはλ₀＝５００ｎｍ（暗順応、夜間）である。

眼の感度による放射検出器、とりわけ明順応の人間の眼の感度による放射検出器では、半導体ボディ１は有利には、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰまたはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＡｓのIII‐Ｖ族半導体材料体系を基礎としている。機能層４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄは有利には、前記の材料体系によって構成される。ここではバンドギャップは、Ａｌ含有率を変化することによって調節される。Ａｌ含有率が高くなると、バンドギャップが大きくなることに相応する。このことは少なくとも、上記半導体材料体系が、機能層を形成するのに有利な直接的な半導体を構成する際のＡｌ含有率に当てはまる。特に有利には、半導体ボディはＩｎ_0.5（Ｇａ_1-xＡｌ_x）_0.5ＰまたはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＡｓを基礎とする。これによって、定義されたバンドギャップを有する機能層を、たとえばＡｌ含有率の変化によって製造するのが容易になる。

フィルタリング層７は眼の感度による検出器では、有利にはＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＧａＰから形成される。有利には半導体ボディは、上記の機能層材料ないしはフィルタリング層材料とともに、モノリシックに統合化されて製造される。たとえば担体は成長基板によって実現され、この成長基板は上記の材料体系では、たとえばＧａＡｓを含むか、またはＧａＡｓから形成される。

フィルタリング層に挙げられた材料は、直接的なバンドギャップと間接的なバンドギャップとを有する。直接的なバンドギャップは有利には、λ₀を下回る波長に相応し、特に有利には検出器感度の短波長の限界を決定する。

たとえばＧａＰは、約４５５ｎｍの波長に相応する直接的なバンドギャップ（Ｅ_G≒２．７３ｅＶ）を有し、Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓの直接的なバンドギャップ（Ｅ_G≒２．５３ｅＶ）は約４９０ｎｍに相応する。間接的なバンドギャップを介して行われる、入射された放射の吸収により、有利にはλ₀を下回る波長で検出器感度の短波長側が決定される。間接的なバンドギャップを介して吸収される放射パワーの割合は、フィルタリング層の厚さを介して調整される。

放射検出器または半導体ボディの別の有利な構成では、該放射検出器または半導体ボディの感度の最大値は波長λ_Dである。これは有利には、所定のスペクトル感度分布の最大値の波長λ₀から２０ｎｍずれており、特に有利には該最大値から１０ｎｍまたはそれ以下だけずれている。

とりわけ人間の眼のスペクトル感度分布である所定のスペクトル感度分布はしばしば、波長λ₀で値１ないしは１００％をとるように表される。信号強度に依存する検出器の感度は、入射された放射パワーのワットあたりのアンペアで表されることが多い。

それゆえ、検出器感度と所定のスペクトル感度分布とを比較する際には、所定の感度分布がλ₀で値１００％をとり、かつ検出器感度がλ_Dで値１００％をとるように（相対的な感度）、両感度を相互に適合するのが目的に適っている。本明細書は、特記がない限り、相対的な感度を基礎としている。

図２に、本発明による放射検出器の第１の実施例の２つの変形形態における所定の眼の感度および相対的な検出器感度（Ｓｒｅｌ）の特性が、入射される放射の波長に依存して、図２ａないしは２ｂに定性的に示されている。眼の感度は図２では、ＣＩＥ（Commission Internationale l'Eclairage）に準じてＶ（λ）曲線によって示されている。

図２ａおよび２ｂに示された依存関係はシミュレーション計算から得られたものであり、このシミュレーション計算における後述の半導体ボディの組成は、相応のデータを基礎としている。

図２ａに示されたような第１の変形形態では、放射検出器は図１に示された半導体ボディを有する。この半導体ボディはモノリシック統合化によって製造され、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰを基礎とする。ＧａＡｓから成る成長基板２上に、半導体ボディはたとえばＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長される。まず、ＧａＡｓ含有の基板２上に、Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐから成る約１００ｎｍの厚さの高ドーピング’（ｎ⁺）ｎ導電型層３が成長される。次に、活性領域５が形成される。この活性領域５は、実質的にドーピングされていない機能層４ａ（Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ、厚さ≒５０ｎｍ、Ｅ_G≒１．９１ｅＶ、λ_G＝６５０ｎｍ）、４ｂ（Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.9Ａｌ_0.1）_0.5Ｐ、厚さ≒１００ｎｍ、Ｅ_G≒１．９７ｅＶ、λ_G＝６３０ｎｍ）、４ｃ（Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.7Ａｌ_0.3）_0.5Ｐ、厚さ≒４００ｎｍ、Ｅ_G≒２．０７ｅＶ、λ_G＝６００ｎｍ）および４ｄ（Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ、厚さ≒５００ｎｍ、Ｅ_G≒２．２０ｅＶ、λ_G≒５６５ｎｍ）を含む。ここでＥ_Gは、各材料の重要なバンドギャップを示し、λ_Gは、このバンドギャップに相応する波長を示す。その次に、約１００ｎｍの厚さのｐ導電型の高ドーピング（ｐ⁺）Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐ層６が形成され、その後にフィルタリング層７が形成される。ｎ導電型層３およびｐ導電型層６によって生じる空間電荷ゾーンは、機能層を通って延在し、フィルタリング層７は空間電荷ゾーンの外部に配置される。

機能層のＡｌ含有率は、ここに記載された含有率からずれもよいことに留意されたい。したがってたとえば、Ａｌ含有率が上記のＡｌ含有率から１０％以下だけずれている機能層、有利には５％以下だけずれている機能層によって、眼の感度による放射検出器を実現できる場合がある。

図２ａに示された第１の変形形態では、フィルタリング層はＧａＰから、約１５μｍの厚さで形成されており、検出器感度１０は眼の感度９に対して示されている。

ここでは、眼の感度の最大値および検出器感度の最大値はほぼ一致しており、λ_Dはλ₀を若干上回る。これらの波長の相互間のずれは、有利には１０ｎｍ以下であり、特に有利には５ｎｍ以下である。検出器感度１０の短波長側１０１は、ここではフィルタリング層７によって決定される。限界波長λ₁（≒４５５〜４６５ｎｍ）を下回ると、検出器感度はほぼゼロになる。この限界波長は、ＧａＰの直接的なバンドギャップ（Ｅ_G＝２．７３ｅＶ）にほぼ相応する。λ₁を上回る波長では、フィルタリング層７は検出器感度の短波長側の特性を、該フィルタリング層７の間接的なバンドギャップを介して行われる吸収によって決定する。ＧａＰの吸収特性プロフィールは比較的フラットであるため、フィルタリング層は１５μｍの比較的大きい厚さで形成される。このようにして、検出器感度はλ₀を下回る波長領域で所定の感度分布に適合される。

検出器感度の長波長側１０２は、機能層の構成によって決定される。検出器感度および所定の感度が高い値をとる約５５０〜約６２０ｎｍの波長領域では、相応の機能層４ｄおよび４ｃは上記のように、５００ｎｍないしは４００ｎｍで比較的厚く形成される。このようにして放射検出器では、この波長領域で相応に高い光電流信号が生成される。それに対して層４ｂは、１００ｎｍで比較的薄く形成される。というのも、約６２０ｎｍを上回る領域にある波長では、眼の感度は比較的低いからである。約６４０〜６８０ｎｍを上回る領域とりわけ約６４０〜７００ｎｍを上回る領域と、μｍ領域とにおいて、眼の感度は非常に低いので、相応の機能層４ａは５０ｎｍで比較的薄く形成される。

放射検出器は有利には、任意の所定の波長で、検出器感度と所定の感度分布との相対的な値のずれが、有利には２０％を下回るように構成され、特に有利には１５％を下回るように構成される。約６０％を上回る感度値では、任意の所定の波長において両感度のずれは、有利には１０％を下回り、特に有利には５％を下回る。

しかし１５μｍの厚さのフィルタリング層では、放射検出器用のこのような半導体ボディ１は、比較的厚い。

図２に示された第２の変形形態では、フィルタリング層７は基本的にＡｌ_0.80Ｇａ_0.20Ａｓから、約１．５μｍの厚さで形成される。

検出器感度１０の長波長側１０２は図２ａのように、機能層によって決定される。図２ａと比較して、フィルタリング層の組成は異なっているので、機能層の構成は変化している。図２ｂにおけるシミュレーション計算では、機能層の下記の構成に基づいた。

機能層４ａ（Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ、厚さ≒５０ｎｍ、Ｅ_G≒１．９１ｅＶ、λ_G≒６５０ｎｍ）
機能層４ｂ（Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.9Ａｌ_0.1）_0.5Ｐ、厚さ≒１００ｎｍ、Ｅ_G≒１．９７ｅＶ、λ_G≒６３０ｎｍ）
機能層４ｃ（Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.7Ａｌ_0.3）_0.5Ｐ、厚さ≒３００ｎｍ、Ｅ_G≒２．０７ｅＶ、λ_G≒６００ｎｍ）
機能層４ｄ（Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5）_0.5Ｐ、厚さ≒７００ｎｍ、Ｅ_G≒２．２０ｅＶ、λ_G≒５６５ｎｍ）図２ａにおける構成と異なるのは、機能層４ｃおよび４ｄの厚さである。これらの厚さは、フィルタリング層の組成が異なるため、図２ａの構成より薄く形成されているか、ないしは厚く形成されている。図２ｂに示された検出器感度１０の長波長側１０２の基本的な特性は実質的に、図２ａに示された検出器感度と一致する。

しかし、フィルタリング層７によって決定される短波長側１０１は図２ｂでは、図２ａに示された特性と眼の感度９とからずれている。図２ｂに示された変形形態における短波長側はＡｌＧａＡｓ含有のフィルタリング層によって決定され、Ａｌ_0.80Ｇａ_0.20Ａｓの吸収特性プロフィールはＧａＰと比較して急峻であるため、検出器感度１０の短波長領域１０１における特性は、図２ａに示された特性と比較して急峻である。

検出器感度λ_Dの最大値は約５６０〜５６５ｎｍであり、λ₀で約５５５ｎｍである人間の眼の所定のスペクトル感度分布の最大値から右方に若干ずれている。短波長の限界波長λ₁は約４７５ｎｍ〜４９０ｎｍであり、これはＡｌ_0.80Ｇａ_0.20Ａｓの直接的なバンドギャップ（Ｅ_G≒２．５３ｅＶ）にほぼ相応する。

図３に本発明による放射検出器の第２の実施例が、断面図で概略的に示されている。

基本的に、図３に示された第２の実施例は、図１に示された第１の実施例に相応する。ここで図１と異なるのは、フィルタリング層構造体７０が複数のフィルタリング層７ａ，７ｂおよび７ｃとともに、半導体ボディ１にモノリシックに統合化されていることである。これらのフィルタリング層は、有利には異なるバンドギャップおよび／または厚さを有する。とりわけ、ｐ導電型層６をフィルタリングのためにも構成することが可能であるが、このことは必ずしも必須というわけではない。有利には、フィルタリング層構造体の少なくとも１つのフィルタリング層、特に有利にはすべてのフィルタリング層に高ドーピングし、たとえばｐ導電型（ｐ⁺）で高ドーピングする。

フィルタリング層構造体のフィルタリング層で行われる吸収は基本的に、各フィルタリング層の直接的なバンドギャップを介して行われる。短波長側でのフィルタリングととりわけ検出器感度の適合とが、主に間接的なバンドギャップを介する吸収によって行われる図１の実施例と比較して、図３に示されたフィルタリング層構造体は薄く形成される。とりわけ、フィルタリング層構造体７０の厚さは総じて１μｍ以下であり、有利には０．９μｍ以下または０．８μｍ以下である。さらに有利には、半導体ボディ１はモノリシック統合化によって構成される。

フィルタリング層構造体の厚さが低減されると、たとえばエピタクシー時間が低減されるので、有利にはこのような半導体ボディの製造コストは低減される。

とりわけ、複数のフィルタリング層を有するフィルタリング層構造体７０を介して、フィルタリング層の直接的なバンドギャップの領域における検出器感度の比較的急速な降下、たとえば図２ａまたは２ｂに示されたλ₁を含む領域における検出器感度の比較的急速な降下が回避される。このようにして、フィルタリング層の直接的なバンドギャップの領域でも、また所定のスペクトル感度分布の短波長の特性プロフィールが消失する領域でも、該所定のスペクトル感度分布に対する検出器感度の適合が改善される。

図４に、第２の実施例の２つの変形形態に関して、人間の眼の所定の感度分布のスペクトル特性と検出器感度のスペクトル特性とが、図４ａおよび４ｂに定性的に示されている。

図４では、第２の実施例の両変形形態に関してそれぞれ、放射検出器の応答性が、入射された放射パワーのワットあたりで生成された光電流のアンペアで、該放射検出器に入射された放射８の波長に依存してプロットされている。前記応答性に対して相対的に、人間の眼のスペクトル感度分布が示されている。図４に示された依存関係は図２のように、相応のシミュレーション計算を介して得られたものである。

図４ａおよび４ｂに示された検出器感度１０の長波長側１０２は、活性領域５に含まれる機能層４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄによって決定される。図４ａでは、機能層は図２ａの構成にしたがって構成されており、図４ｂでは、機能層は図２ｂの構成に従って構成されている。

長波長側１０２の特性は実質的に、人間の眼の所定のスペクトル感度分布９の長波長側に相応する。基本的に、図４に示された長波長側の特性は、図２に示された特性に相応する。

相違するのは、検出器感度の短波長側１０１である。図２ａまたは２ｂに示された検出器感度１０と比較して、異なるバンドギャップおよび／または異なる厚さの複数のフィルタリング層がフィルタリング層構造体に含まれているので、適合が有利に改善されている。

人間の眼の所定のスペクトル感度分布では、個数が３のフィルタリング層７ａ，７ｂおよび７ｃが特に有利であることが判明している。

図４ａに示された検出器感度１０はたとえば、フィルタリング層７ａ（Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐ、厚さ≒４００ｎｍ）、７ｂ（Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐ、厚さ≒２５０ｎｍ）および７ｃ（ＧａＰ、厚さ≒１００ｎｍ）を含むフィルタリング層構造体によって得られる。有利には、ｐ導電型層６が図３に示されたようにフィルタリング層７ａとして形成された場合、ｎ導電型層３（Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐ、厚さ≒４００ｎｍ）はｐ導電型層６に相応する組成および厚さで形成される。したがって、フィルタリング層構造体の厚さは約７５０ｎｍとなる。

明順応の眼の感度の最大値の波長がλ₀≒５５５ｎｍである場合、放射検出器の応答性は、有利には約０．３７Ａ／Ｗである。約４６０ｎｍを下回る波長でも、検出器感度は所定のスペクトル感度分布に対して、複数のフィルタリング層７ａ，７ｂおよび７ｃによって適合される。ＧａＰ含有のフィルタリング層７ｃは、図２ａに示されたフィルタリング層７と比較して非常に薄く形成されており、基本的に、コンタクト層上に配置された金属含有の端子に対する該コンタクト層として使用される。というのもＧａＰは、金属含有の端子とのコンタクト特性が有利であり、かつＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料体系Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰから成る材料とのコンタクト特性が有利であることを特徴とするからである。前記金属含有の端子は、ここでは図示されていない。

ｐ導電型層６はフィルタリングのためのフィルタリング層７ａとして、図２ａおよび２ｂに示された変形形態と比較して、４００ｎｍで比較的厚く形成されている。

図４ｂに示された感度１０を有する放射検出器のためのフィルタリング層構造体７０は、たとえばフィルタリング層７ａ（Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐ、厚さ≒４００ｎｍ）、７ｂ（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ、厚さ≒２５０ｎｍ）および７ｃ（Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ、厚さ≒２００ｎｍ）を含む。放射検出器の応答性の最大値は、図４ａに示され約０．３４Ａ／Ｗにある検出器の最大値を幾らか下回る。フィルタリング層構造体の全体の厚さは、約８５０ｎｍである。

図４ｂでは短波長側１０１は、４９０ｎｍを幾らか下回る比較的短い波長の領域でも、所定のスペクトル感度分布９に良好に適合される。

総じて、複数のフィルタリング層および吸収によって、基本的にフィルタリング層の直接的なバンドギャップを介して、所定のスペクトル感度分布に対する検出器感度の適合は改善される。それと同時に、フィルタリング層構造体の厚さが有利に小さく実現される。

図５に、図１および図３に示された実施例と比較して、図２ａに示された放射検出器の感度１０２ａと、図４ｂに示された放射検出器の感度１０４ｂと、人間の眼の所定のスペクトル感度９とが相互に相対的に、定性的に示されている。これらの検出器感度は、相応に製造された半導体ボディを有する放射検出器で実施された感度測定を基礎としている。

曲線１０２ａでは、ＧａＰをベースとする比較的厚いフィルタリング層によって決定される短波長の限界λ₁が現れている。この限界を超えると、検出器感度は実質的に無視できる程度になる。それに対して曲線１０４ｂでは、複数のフィルタリング層を有するフィルタリング層構造体によって、λ₁を下回る波長の領域でも、眼の感度に対する検出器感度の良好な適合が実現される。

本発明では、放射検出器はとりわけ、任意の所定の波長において、相対的な検出器感度と所定のスペクトル感度分布との相互間のずれが２０％以下であり、有利には１０％以下であり、特に有利には５％以下であるように構成される。

本発明は、眼の感度による放射検出器にのみ制限されるわけではないことを述べておく。機能層およびフィルタリング層の適切な構成により、たとえば所定のスペクトルの矩形分布等による検出器感度等の、別の検出器感度も実現することができる。さらに、実施例で挙げられた機能層の個数‐４つの機能層は、限定的であると見なすべきではない。この個数と異なる個数の機能層を、本発明による放射検出器に設けることもできる。

さらに、本発明において活性領域の機能層は必ずしも、たとえばそれぞれのＡｌ含有率を有する機能層４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄの上記の組成のように、各機能層に固有の固定的な組成で連続的に形成しなければならないわけではないことも述べておく。

むしろ機能層は、機能領域の形成時に製造パラメータを所期のように変化することにより、該機能領域に形成することもできる。有利には、製造パラメータを介して機能領域におけるバンドギャップを、特に有利にはエピタクシー中に成長方向で変化することができる。製造パラメータは部分的に、または全体的に連続して、有利には線形に変化することができる。有利には製造パラメータを、所定の開始値から所定の終了値まで変化する。ここでは開始値および終了値は、所定のスペクトル感度分布に依存する。

比較的高い信号強度が望まれる波長領域では、エピタクシー中に製造パラメータを、成長速度を基準として垂直方向に比較的緩慢に変化することができる。このようにして機能領域において、垂直方向のプロフィールにわたって製造パラメータが比較的緩慢に変化するかまたは実質的に一定である比較的大きな「厚さ」の「機能層」が形成される。

たとえばＡｌ含有率を、人間の眼の所定のスペクトル感度分布に相応する図２ａまたは２ｂに示された検出器感度の特性を有する図１の放射検出器の機能層４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄに相応して、機能領域の形成中に０（開始値）から０．１および０．３を介して０．５（終了値）まで連続的に変化する。ここでは、より厚く形成された機能層ではＡｌ含有率を、該機能層の成長速度を基準として、より薄く形成された機能層より緩慢に変化する。

機能層で望まれる製造パラメータの値間の値領域、たとえば０．１〜０．３の間のＡｌ含有率の値領域では、製造パラメータを成長速度を基準として、有利には比較的迅速に変化する。

製造パラメータを変化することによって形成されるこのような機能領域は、傾斜屈折率型分離閉じ込めヘテロ構造（略称：Grinsch構造）として構成される。「傾斜屈折率」という概念は、製造パラメータのたとえば漸次的な変化に関連する。これはしばしば、屈折率の変化と関連する。場合によって機能領域に設けられる、電荷担体に対するバリア層は、機能領域の外部に形成され（分離閉じ込め）、全体的に機能領域はヘテロ構造（heterostructure）として構成される。

製造パラメータを変化することによって形成される機能領域は有利には、該機能領域の形成中、機能層で望まれる製造パラメータの値の変動または軽いずれに対して比較的トレラントである。それぞれ別個に調節された一定の製造パラメータを有する機能層が別個に連続的に形成される場合、製造パラメータの値から僅かにずれるだけで、検出器のスペクトル感度分布が所定のスペクトル感度分布から比較的大きくずれてしまう危険性がある。

製造パラメータを開始値から終了位置まで変化させて機能領域を形成することにより、このような危険性は低減される。所定のスペクトル感度分布を介して設定された開始値および終了値を、機能領域の製造時に比較的精確に実施するだけでよく、かつ、この開始値と終了値との間の領域において、機能層で望まれる値からのずれに対する公差が有利には向上される。

本願は、２００４年３月３１日付のドイツ連邦共和国特許出願１０２００４０１５９３１．９の優先権、２００４年７月３０日付のドイツ連邦共和国特許出願１０２００４０３７０２０．６の優先権、および２００４年１１月４日付のドイツ連邦共和国特許出願１０２００４０５３３１７２の優先権を主張するものであり、これらの開示内容はすべて、参照によって明示的に、本願の開示内容に含まれるものであるとする。

なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明は、とりわけ請求項に記載の特徴の各組み合わせを含むすべての新たな特徴とすべての組み合わせとを含む。このことは、このような特徴または組み合わせ自体が請求項または実施例に明示的に記載されていない場合も同様である。

本発明による放射検出器の第１の実施例を示す概略的な断面図である。 図２ａおよび２ｂにおいて第１の実施例の２つの変形形態に関し、人間の眼の所定の感度分布のスペクトル特性と、検出器感度のスペクトル特性とを定性的に示す図である。 本発明による放射検出器の第２の実施例を示す概略的な断面図である。 図４ａおよび４ｂにおいて第２の実施例の２つの変形形態に関し、人間の眼の所定の感度分布のスペクトル特性と、検出器感度のスペクトル特性とを定性的に示す図である。 第１の実施例による検出器と、第２の実施例による検出器とで、人間の眼の所定の感度分布と検出器感度との比較を定性的に示す図である。

Claims (26)

1. 所定の波長λ₀の最大値を有する所定のスペクトル感度分布（９）にしたがって放射（８）を検出するための放射検出器であって、
   検出器信号の生成に使用され放射受信のために設けられた活性領域（５）を有する、成長基板上にエピタキシャル成長により形成された半導体ボディ（１）を含んでいる形式のものにおいて、
   前記半導体ボディは少なくとも１つのIII-Ｖ半導体材料を含み、
   該活性領域（５）は複数の機能層（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を有し、
   該機能層のバンドギャップおよび厚さは異なり、
   波長が前記λ _０ より大きい、前記所定のスペクトル感度分布の長波長側にしたがって、前記放射検出器によって生成される検出器信号が振る舞うように、該機能層は、波長λ₀より大きい波長を含む波長領域にある放射を少なくとも部分的に吸収するように構成されており、
   前記半導体ボディ（１）は１つのｐｉｎダイオード構造に相当することを特徴とする放射検出器。
2. 前記所定のスペクトル感度分布（９）は、人間の眼のスペクトル感度分布である、請求項１記載の放射検出器。
3. 前記活性領域にフィルタリング層構造体（７０）が後置されており、
   該フィルタリング層構造体（７０）は、少なくとも１つのフィルタリング層（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）を含み、
   該フィルタリング層構造体（７０）は検出器感度（１０）の短波長側（１０１）を、所定のスペクトル感度分布（９）にしたがって、λ₀を下回る波長を含む波長領域にある放射の吸収によって決定する、請求項１または２記載の放射検出器。
4. 波長λ₀’の最大値を含む人間の眼の所定のスペクトル感度分布（９）にしたがって放射を検出するための放射検出器であって、
   検出器信号の生成に使用され放射受信のために設けられた活性領域（５）を含む、成長基板上にエピタキシャル成長により形成された半導体ボディ（１）を有する形式のものにおいて、
   該半導体ボディ（１）は少なくともＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料を含み、
   該活性領域（５）は、バンドギャップおよび厚さが異なる複数の機能層を有し、
   前記半導体ボディ（１）は１つのｐｉｎダイオード構造に相当することを特徴とする放射検出器。
5. 前記機能層（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）は、波長λ₀’を上回る波長を含む波長領域で放射（８）を少なくとも部分的に吸収する、請求項４記載の放射検出器。
6. 前記活性領域にフィルタリング層構造体（７０）が後置されており、
   該フィルタリング層構造体（７０）は、少なくとも１つのフィルタリング層（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）を含み、
   該フィルタリング層構造体（７０）は検出器感度（１０）の短波長側（１０１）を、所定のスペクトル感度分布（９）にしたがって、λ₀’を下回る波長を含む波長領域にある放射の吸収によって決定する、請求項４または５記載の放射検出器。
7. 所定の波長λ₀の最大値を有する所定のスペクトル感度分布（９）にしたがって放射（８）を検出するための放射検出器であって、
   検出器信号の生成に使用され放射受信のために設けられた活性領域（５）を有する、成長基板上にエピタキシャル成長により形成された半導体ボディ（１）を含んでいる形式のものにおいて、
   前記半導体ボディ（１）は少なくとも１つのIII-Ｖ半導体材料を含み、
   該活性領域にフィルタリング層構造体（７０）が後置されており、
   該フィルタリング層構造体（７０）は前記半導体ボディの一部であり、少なくとも１つのフィルタリング層（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）を含み、
   該フィルタリング層構造体（７０）は、所定のスペクトル感度分布（９）による検出器感度（１０）の短波長側（１０１）を、波長λ₀より小さい波長を含む波長領域にある波長を吸収することにより決定し、
   前記半導体ボディ（１）は１つのｐｉｎダイオード構造に相当し、
   前記所定のスペクトル感度分布（９）は人間の眼のスペクトル感度分布である
   ことを特徴とする、放射検出器。
8. 前記活性領域（５）は複数の機能層を含む、請求項７記載の放射検出器。
9. 機能層（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）は、波長λ₀を上回る波長を含む波長領域で放射（８）を少なくとも部分的に吸収する、請求項８記載の放射検出器。
10. 前記機能層（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）のバンドギャップおよび厚さは異なる、請求項８または９記載の放射検出器。
11. フィルタリング層構造体（７０）は、入射される放射（８）の方向で活性領域（５）に後置されている、請求項３，６から１０までのいずれか１項記載の放射検出器。
12. フィルタリング層構造体（７０）は１つの個別のフィルタリング層（７）を含み、
    該フィルタリング層（７）は、直接的なバンドギャップと間接的なバンドギャップとを有する、請求項３，６から１１までのいずれか１項記載の放射検出器。
13. 前記直接的なバンドギャップは、活性領域（５）の側で該フィルタリング層（７）に後置された機能層のバンドギャップより大きい、請求項１２記載の放射検出器。
14. 前記フィルタリング層（７）は、前記間接的なバンドギャップを介して、λ₀を下回る波長を含む波長領域で放射の吸収を行うことにより、検出器感度の短波長側を決定する、請求項１２または１３記載の放射検出器。
15. 前記直接的なバンドギャップが、検出器感度の短波長の限界を決定する、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の放射検出器。
16. 前記フィルタリング層（７）の厚さは１μｍを上回り、とりわけ１０μｍ以上である、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の放射検出器。
17. フィルタリング層構造体（７０）は、異なるバンドギャップおよび／または厚さの複数のフィルタリング層（７ａ，７ｂ，７ｃ）を含む、請求項３，６から１６までのいずれか１項記載の放射検出器。
18. 前記フィルタリング層構造体（７０）は、各フィルタリング層（７ａ，７ｂ，７ｃ）の直接的なバンドギャップを介して、λ₀を下回る波長を含む波長領域で放射を吸収することにより、検出器感度（１０）の短波長側を決定する、請求項１７記載の放射検出器。
19. フィルタリング層構造体（７０）の厚さは１μｍ以下である、請求項１７または１８記載の放射検出器。
20. 機能層（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）は該機能層の構成を介して、λ₀を上回る波長において検出器感度（１０）の長波長側（１０２）を所定のスペクトル感度分布（９）にしたがって決定する、請求項１，４，８のいずれか１項記載の放射検出器。
21. 半導体ボディ（１）において後置された機能層（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）のバンドギャップは、少なくとも部分的に、入射される放射（８）の方向に上昇するように構成されている、請求項１，４，１０，２０のいずれか１項記載の放射検出器。
22. 機能層（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）または該機能層の少なくとも一部は、実質的にドーピングされない、請求項１から２１までのいずれか１項記載の放射検出器。
23. 活性領域（５）は少なくとも１つのヘテロ構造部を含む、請求項１から２２までのいずれか１項記載の放射検出器。
24. 前記機能層は、少なくとも１つのＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料、有利にはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰ、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＡｓまたはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＮの半導体材料を含有し、ここではそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である、請求項１から２３までのいずれか１項記載の放射検出器。
25. 前記フィルタリング層構造体（７０）を有する半導体ボディ（１）は、モノリシックに統合化されている、請求項３，６から１９までのいずれか１項記載の放射検出器。
26. 前記フィルタリング層構造体は、少なくとも１つのIII-Ｖ半導体材料、有利にはＩｎ _ｘ Ｇａ _ｙ Ａｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｐ、Ｉｎ _ｘ Ｇａ _ｙ Ａｌ _{１−ｘ−ｙ} ＡｓまたはＩｎ _ｘ Ｇａ _ｙ Ａｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎを含み、ここではそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である、
    請求項３，６から１９までのいずれか１項記載の放射検出器。

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