JP7061761B2 - 赤外線検出装置 - Google Patents
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Description
この発明の実施の形態によれば、赤外線検出装置は、検出器と、操作部と、検出部と、算出部とを備える。検出器は、量子ドットと、量子ドットの周囲を覆う第1の量子井戸層と、量子ドットおよび第1の量子井戸層を両側から挟む第1の障壁層とを含む量子ドット積層構造によって構成される光電変換層を有する。操作部は、光電変換層において赤外線を検出するときの受光感度ピーク波長を第1の受光感度ピーク波長に設定するための第1の電圧と、受光感度ピーク波長を第1の受光感度ピーク波長と異なる第2の受光感度ピーク波長に設定するための第2の電圧とを光電変換層に印加する。検出部は、第1の電圧が光電変換層に印加されたとき検出器から出力される第1の光電流を検出し、第2の電圧が光電変換層に印加されたとき検出器から出力される第2の光電流を検出する。算出部は、検出部によって検出された第1および第2の光電流に基づいて対象物の温度を算出する。
構成1において、光電変換層は、積層された複数の量子ドット積層構造によって構成される。
構成1または構成2において、算出部は、2色法によって第1および第2の光電流に基づいて対象物の温度を算出する。
構成1から構成3のいずれかにおいて、検出器は、第1の受光感度ピーク波長における放射率と、第2の受光感度ピーク波長における放射率とが等しい対象物から放射された赤外線を検出する。
構成1から構成4のいずれかにおいて、第1および第2の受光感度ピーク波長は、光電変換層におけるキャリアの同じ遷移に起因する。
構成1から構成5のいずれかにおいて、第1および第2の受光感度ピーク波長は、同じ大気の窓の波長範囲内に設定される。
構成6において、第1および第2の受光感度ピーク波長以外の受光感度ピーク波長は、大気の窓の波長範囲以外の波長範囲に設定される。
構成1から構成3のいずれかにおいて、第1の受光感度ピーク波長は、光電変換層におけるキャリアの第1の遷移に起因し、第2の受光感度ピーク波長は、第1の遷移と異なり、かつ、光電変換層におけるキャリアの第2の遷移に起因する。
構成8において、第1の電圧が光電変換層に印加されたとき、第1の受光感度ピーク波長における受光感度である第1の受光感度を第2の受光感度ピーク波長における受光感度である第2の受光感度で除算した第1の受光感度/第2の受光感度は、2以上であり、第2の電圧が光電変換層に印加されたとき、第2の受光感度ピーク波長における受光感度である第3の受光感度を第1の受光感度ピーク波長における受光感度である第4の受光感度で除算した第3の受光感度/第4の受光感度は、2以上である。
構成8において、第1の受光感度ピーク波長は、第1の波長範囲を有する第1の大気の窓の領域内に設定され、第2の受光感度ピーク波長は、第1の波長範囲よりも長い第2の波長範囲を有する第2の大気の窓の領域内に設定される。
構成10において、量子ドットは、InAsからなり、第1の量子井戸層は、InGaAsからなり、第1の障壁層は、AlGaAsからなる。
構成10において、光電変換層は、第1の量子井戸層と第1の障壁層との間に第2の量子井戸層を更に含む。
構成12において、量子ドットは、InAsからなり、第1の量子井戸層は、InGaAsからなり、第1の障壁層は、AlGaAsからなる。
構成8から構成10のいずれかにおいて、検出器は、コンタクト層と、第2の障壁層とを更に備える。第2の障壁層は、光電変換層とコンタクト層との間に配置され、第1の障壁層よりもバンドギャップが大きい。
構成14において、量子ドットは、InAsからなり、第1の量子井戸層は、InGaAsからなり、第1の障壁層は、第1のバンドギャップを有するAlGaAsからなり、第2の障壁層は、第1のバンドギャップよりも大きい第2のバンドギャッを有するAlGaAsからなる。
構成8から構成15のいずれかにおいて、第1および第2の電圧は、正側の電圧または負側の電圧である。
図1は、この発明の実施の形態1による赤外線検出装置の概略図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1による赤外線検出装置10は、検出器1と、検出部2と、操作部3と、制御部4と、算出部5とを備える。
図10は、実施の形態2による赤外線検出装置の概略図である。図10を参照して、実施の形態2による赤外線検出装置10Aは、図1に示す赤外線検出装置10の検出器1を検出器1Aに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置10と同じである。
図17は、実施の形態3による赤外線検出装置の概略図である。図17を参照して、実施の形態3による赤外線検出装置10Bは、図10に示す赤外線検出装置10Aの検出器1Aを検出器1Cに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置10Aと同じである。
量子ドットと、量子ドットの周囲を覆う第1の量子井戸層と、量子ドットおよび第1の量子井戸層を両側から挟む第1の障壁層とを含む量子ドット積層構造によって構成される光電変換層を有する検出器と、
光電変換層において赤外線を検出するときの受光感度ピーク波長を第1の受光感度ピーク波長に設定するための第1の電圧と、受光感度ピーク波長を第1の受光感度ピーク波長と異なる第2の受光感度ピーク波長に設定するための第2の電圧とを光電変換層に印加する操作部と、
第1の電圧が光電変換層に印加されたとき検出器から出力される第1の光電流を検出し、第2の電圧が光電変換層に印加されたとき検出器から出力される第2の光電流を検出する検出部と、
検出部によって検出された第1および第2の光電流に基づいて対象物の温度を算出する算出部とを備えていればよい。
Claims (16)
- 量子ドットと、前記量子ドットの両側に接して配置される第1の量子井戸層と、前記第1の量子井戸層を前記量子ドットと挟む第1の障壁層とを含む量子ドット積層構造によって構成される光電変換層を有する検出器と、
前記光電変換層において赤外線を検出するときの受光感度ピーク波長を第1の受光感度ピーク波長に設定することが可能な第1の電圧値を有する第1の電圧と、前記受光感度ピーク波長を前記第1の受光感度ピーク波長と異なる第2の受光感度ピーク波長に設定することが可能な電圧値であって前記第1の電圧値とは異なる第2の電圧値を有する第2の電圧とを前記光電変換層に印加する操作部と、
前記第1の電圧を前記光電変換層に印加することで前記検出器から出力される第1の光電流を検出し、前記第2の電圧を前記光電変換層に印加することで前記検出器から出力される第2の光電流を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記第1および第2の光電流に基づいて検出対象の温度を算出する算出部とを備える赤外線検出装置において、
前記検出器は、
コンタクト層と、
前記光電変換層と前記コンタクト層との間に配置され、前記第1の障壁層よりもバンドギャップが大きい第2の障壁層とを更に備える赤外線検出装置。 - 量子ドットと、前記量子ドットの周囲を覆う第1の量子井戸層と、前記量子ドットおよび前記第1の量子井戸層を両側から挟む第1の障壁層とを含む量子ドット積層構造によって構成される光電変換層を有する検出器と、
前記光電変換層において赤外線を検出するときの受光感度ピーク波長を第1の受光感度ピーク波長に設定するための第1の電圧と前記受光感度ピーク波長を前記第1の受光感度ピーク波長と異なる第2の受光感度ピーク波長に設定するための第2の電圧とを前記光電変換層に印加する操作部と、
前記第1の電圧が前記光電変換層に印加されたとき前記検出器から出力される第1の光電流を検出し、前記第2の電圧が前記光電変換層に印加されたとき前記検出器から出力される第2の光電流を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記第1および第2の光電流に基づいて検出対象の温度を算出する算出部とを備える赤外線検出装置において、
前記検出器は、
コンタクト層と、
前記光電変換層と前記コンタクト層との間に配置され、前記第1の障壁層よりもバンドギャップが大きい第2の障壁層とを更に備える赤外線検出装置。 - 前記光電変換層は、複数の前記量子ドット積層構造を含む、請求項1または請求項2に記載の赤外線検出装置。
- 前記算出部は、2色法によって前記第1および第2の光電流に基づいて前記検出対象の温度を算出する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。
- 前記量子ドットは、InAsからなり、
前記第1の量子井戸層は、InGaAsからなり、
前記第1の障壁層は、AlGaAsからなる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。 - 前記量子ドットは、InAsからなり、
前記第1の量子井戸層は、InGaAsからなり、
前記第1の障壁層は、第1のバンドギャップを有するAlGaAsからなり、
前記第2の障壁層は、前記第1のバンドギャップよりも大きい第2のバンドギャッを有するAlGaAsからなる、請求項5に記載の赤外線検出装置。 - 前記光電変換層は、前記第1の量子井戸層と前記第1の障壁層との間に第2の量子井戸層を更に含む、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。
- 前記量子ドットは、InAsからなり、
前記第1の量子井戸層は、InGaAsからなり、
前記第2の量子井戸層は、GaAsからなり、
前記第1の障壁層は、AlGaAsからなる、請求項7に記載の赤外線検出装置。 - 前記検出器は、前記第1の受光感度ピーク波長における放射率と、前記第2の受光感度ピーク波長における放射率とが等しい前記検出対象から放射された赤外線を検出する、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。
- 前記第1および第2の受光感度ピーク波長は、前記光電変換層におけるキャリアの同じ遷移に起因する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。
- 前記第1および第2の受光感度ピーク波長は、同じ大気の窓の波長範囲内に設定される、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。
- 前記量子ドット積層構造は、前記第1の量子井戸層を挟む第2の量子井戸層を更に含み、
前記第1および第2の受光感度ピーク波長が生じる準位と異なる準位への遷移に起因して生じる受光感度ピーク波長は、前記同じ大気の窓の波長範囲以外の波長範囲に設定される、請求項11に記載の赤外線検出装置。 - 前記第1の受光感度ピーク波長は、前記光電変換層におけるキャリアの第1の遷移に起因し、
前記第2の受光感度ピーク波長は、前記第1の遷移と異なり、かつ、前記光電変換層におけるキャリアの第2の遷移に起因する、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。 - 前記第1の電圧が前記光電変換層に印加されたとき、前記第1の受光感度ピーク波長における受光感度である第1の受光感度を前記第2の受光感度ピーク波長における受光感度である第2の受光感度で除算した第1の受光感度/第2の受光感度は、2以上であり、
前記第2の電圧が前記光電変換層に印加されたとき、前記第2の受光感度ピーク波長における受光感度である第3の受光感度を前記第1の受光感度ピーク波長における受光感度である第4の受光感度で除算した第3の受光感度/第4の受光感度は、2以上である、請求項13に記載の赤外線検出装置。 - 前記第1の受光感度ピーク波長は、第1の波長範囲を有する第1の大気の窓の領域内に設定され、
前記第2の受光感度ピーク波長は、前記第1の波長範囲よりも長い第2の波長範囲を有する第2の大気の窓の領域内に設定される、請求項13に記載の赤外線検出装置。 - 前記第1および第2の電圧は、正側の電圧または負側の電圧である、請求項13から請求項15のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。
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