JPH05118915A - 赤外線検出器において放射線を結合する方法とその装置 - Google Patents

赤外線検出器において放射線を結合する方法とその装置

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JPH05118915A JP4085166A JP8516692A JPH05118915A JP H05118915 A JPH05118915 A JP H05118915A JP 4085166 A JP4085166 A JP 4085166A JP 8516692 A JP8516692 A JP 8516692A JP H05118915 A JPH05118915 A JP H05118915A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出器が入射放射線の角度に関係なく高度の
量子効率を有し入射放射線の偏光方向に敏感でない技法
と、その装置とを提供する。 【構成】 二次元反射格子（６）、所謂交差格子は、入
射光線（５）がそれを通って検出器に進入する表面の反
対側の側部における検出器の検出器メサの頂上に構成さ
れる。該格子（６）は、入射光線を種々な方向へ広げ
る。一実施例によると、該検出器は、交差格子と共に導
波管を形成するクラッド層（１４）をも有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線検出器において
放射線を結合する方法と、その装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】量子ウエルに基づく長波赤外線検出器
は、極めて敏感かつ効率的であることが判明した。該赤
外線検出器の性能は、市販のマーカド検出器（mercadde
tectors)、即ち、テルル化水銀カドミウム検出器によっ
て得られるものに近い。波長応答は、狭帯域応答であ
り、３マイクロメータと１５マイクロメータとの間で選
択されてもよい。
【０００３】量子ウエルを使用する赤外線（ＩＲ）検出
器は、例えばヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡ
ｓ）によって包囲されるヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）の薄
い層を備えている。最も一般的な型式のＩＲ検出器は、
各々が約５nmの厚さを有する５０個の該量子ウエルを有
している。
【０００４】正しいエネルギの赤外放射線が検出器に当
たるとき、電子は、量子ウエルから量子ウエルへ容易に
移動可能な状態に励起され、電流を流通させる。検出器
がその最大の応答を有する波長は、量子ウエルの寸法お
よび化学的成分の適当な選択によって意図的に変更可能
である。
【０００５】最も一般的な検出器は、光導電性である。
しかしながら、光電池検出器を製造することも可能であ
る。量子ウエル検出器は、ＭＯＶＰＥ（金属有機物エピ
タクシー）技法またはＭＢＥ（分子ビームエピタクシ
ー）技法のいづれかによって製造される。
【０００６】導体バンドにおける所謂サブバンド間遷移
に基づく量子ウエル検出器に共通の１つの重要な問題
は、その電場ベクトルが量子ウエル面に垂直の成分を有
するＩＲ放射線に対してのみ感度があることである。こ
れは、量子効率の程度を制限し、検出器形状の大部分を
偏光に敏感にする。特に、該検出器は、量子ウエル層に
対して垂直に入射する放射線に対して敏感ないし応答可
能ではない。
【０００７】
【発明の要約】本発明は、この問題を解決し、検出器が
入射放射線の角度に関係なく高度の量子効率を有し入射
放射線の偏光方向に敏感でない技法を提供する。
【０００８】従って、本発明は、例えばヒ化アルミニウ
ムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）によって包囲されるヒ化ガ
リウム（ＧａＡｓ）の薄い層を有する量子ウエルを使用
する型式の赤外線検出器において放射線を結合する方法
に関し、二次元反射格子、所謂交差格子が検出器へ入射
光線の進入する表面に対して反対側の側部における検出
器のメサ、即ち検出器の量子ウエル構造の頂上に形成さ
れ、該格子が入射光線を種々な方向へ広げることを特徴
とする。
【０００９】また、本発明は、請求項５に記載されそれ
に述べられる特徴を有する種類の装置に関する。以下、
添付図面を参照し本発明の例示の実施例に関して本発明
を詳細に説明する。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明が適用される検出器を示す。
該検出器は、赤外放射線を検出する様に作用する赤外線
検出器である。該検出器は、量子ウエルを使用する種類
のものであり、該ウエルは、例えばヒ化アルミニウムガ
リウム（ＡｌＧａＡｓ）によって包囲されるヒ化ガリウ
ム（ＧａＡｓ）の薄い層を有している。図１では、符号
（１）は、複数の該量子ウエル層を示す。例えば、該層
は、１．７マイクロメータの厚さを共に有するＧａＡｓ
およびＡｌＧａＡｓの５０枚の薄い層を備えてもよい。
夫々の接触層２，３は、量子ウエル層の下および上に設
けられる。該検出器は、半絶縁用ヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）の基層４上に組立てられる。入射光線は、矢印５に
よって示す様に図１の下方から当たる様に意図される。
【００１１】本発明によると、入射光線５がそれを通っ
て検出器に進入する様に意図される表面７に対して反対
側の側部における検出器の検出器メサ１の頂上、即ち、
検出器の量子ウエル構造上に二次元反射格子６、所謂交
差格子ないし２倍の周期的格子が設けられる。該反射格
子は、例えば上に横たわる金属層を有し腐蝕されるヒ化
ガリウムを備えている。格子６は、入射光線を種々な方
向へ広げる様に意図される。
【００１２】該格子は、４つの方向、即ち（１，０）、
（−０，０）、（０，１）、（０，−１）へ光線を広げ
る様に構成される。これ等の方向は、下記では（１，
０）方向として示される。良好な吸収を達成するため、
これ等の方向の所謂カットオフに近く横たわることは、
最適であり、このとき、広がり角度は、９０°に近く、
真空中の波長は、Ｎ×ｄに等しく、ここに、Ｎは、屈折
率であり、ｄは、格子定数である。
【００１３】しかしながら、広がる放射線は、量子ウエ
ル面および格子面に平行に横たわる電場ベクトルを有す
るＴＥ（横方向電気）でもよい。この場合には、量子ウ
エル吸収は、存在しない。代りに、電場ベクトルは、こ
の方向に対して垂直に方向づけられてもよく、即ち、Ｔ
Ｍ（横方向磁気）でもよく、この場合には、量子ウエル
吸収が行われる。交差格子の寸法は、ＴＭ偏光を有し広
がる放射線が吸収を最適化するＴＥ偏光を有する放射線
の費用で向上される様に熟達者によって選定されてもよ
い。
【００１４】更に、順序（０，０）を有する反射は、こ
れがいづれの吸収をも生じないため、最小限にされても
よい。上述のことは、下から格子を示す矢印５によって
入射光線の方向を表示する図２に例示される。入射光線
ないし放射線は、非偏光または偏光のいづれでもよい。
両者の場合には、電場は、２つの中実円の間の実線８に
よって示されるＸ成分（ＥＸ）と、２つの中空正方形の
間の実線９によって示されるＹ成分（ＥＹ）とに分割さ
れてもよい。電場の大きさおよび方向は、実線の長さお
よび方向によって夫々与えられる。
【００１５】図２に示す様に、その電場ベクトルが格子
面に平行である入射放射線は、電場ベクトルが格子面に
垂直である大きい成分のＴＭ放射線が形成され従って吸
収を生じる様に、格子の作用によって変換され、光線１
０，１１を参照せよ。広がる光線の場合には、入射放射
線のＸ方向に由来する電場は、この様にして示され、即
ち、２つの中実円の間の実線によって示され、一方、Ｙ
方向に由来する電場は、２つの中空正方形の間の実線に
よって示される。
【００１６】この様にして、格子は、前記反射を介して
入射放射線を量子ウエルに効果的に結合する。従って、
格子は、如何に入射放射線が偏光されるかに対して検出
器を鈍感にする。
【００１７】一好適実施例によると、交差格子は、正方
形または六角形の対称に形成される。これは、検出器を
入射光線の偏光に対して全く鈍感にする。格子輪郭の正
確な形状は、高度の量子効率を得るのに重要でないこと
を示すことが出来る。
【００１８】例えば、格子は、図１に示す様に０．９×
２．１×２．１マイクロメータの寸法の平行六面体の体
部から成ってもよい。しかしながら、格子は、代りに格
子面における円形体部または或るその他の形状の体部を
備えてもよい。
【００１９】図示しないが、金属層は、格子に当る入射
光線を量子ウエル層１へ逆に反射するために格子の上に
設けられる。この層は、例えば金、銀またはアルミニウ
ムの層で良好な導体である。
【００２０】最も好適な実施例によると、所謂クラッド
層１４、即ち、低い屈折率を有する鏡は、量子ウエル構
造１の下に装着される。この層は、ヒ化アルミニウム層
または代りにヒ化アルミニウムガリウム層でもよい。該
層１４は、全体の反射を与える低い屈折率を有してい
る。図３は、如何に入射光線ないし放射線５が格子６お
よびクラッド層１４で反射され、光線が何回か量子ウエ
ルを通過し、これにより、量子効率の程度を著しく増大
することを示す。従って、格子を該クラッド層に組合わ
すことは、非常に好ましい。格子およびクラッド層は、
共に導波管を限定する。クラッド層は、例えば３マイク
ロメータの厚さを有してもよい。
【００２１】代りの実施例によると、該層１４に相当す
る層は、存在しないが、包囲する大気から成る鏡が存在
し、このとき、大気の屈折率は、全体の反射を与える。
大気は、例えば空気または任意のその他の好適な気体で
もよい。
【００２２】この実施例によると、クラッド層１４がな
く、基層４がない。代りに、制御層２は、下側を形成す
る。しかしながら、ヒ化ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）の薄
い層は、接触層２に付着されてもよく、このとき、Ａｌ
ＧａＡｓの該層は、構造の下側を形成する。
【００２３】８０−９０％の様に高い量子効率の程度
は、上述の方法および装置によって得られる。また、ク
ラッド層１４と一緒の反射格子６は、検出器要素の配列
における隣接する該要素間の所謂混信の発生を著しく低
減する。本発明が緒言で述べた問題を解決することは、
明らかである。
【００２４】幾つかの例示の実施例は、前述において説
明された。しかしながら、該装置は、量子効率の程度を
向上するために格子を使用する独創的な観念から逸脱す
ることなく格子の材料、形状等に関して変更可能であ
る。従って、本発明は、変更が添付請求の範囲内で実施
可能なため、図示説明した実施例に制限されると見做さ
れるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が使用される検出器の部分的に切除され
た斜視図。
【図２】図１に示す格子が下から示される説明図。
【図３】図１による構造の横断面図。
【符号の説明】
１ 量子ウエル層（検出器メサ、量子ウエル構造） ５ 入射光線（入射放射線、矢印） ６ 二次元反射格子（交差格子） １４ クラッド層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 例えばヒ化アルミニウムガリウム（Ａｌ
    ＧａＡｓ）によって包囲されるヒ化ガリウム（ＧａＡ
    ｓ）の薄い層を有する量子ウエルを使用する種類の赤外
    線検出器において放射線を結合する方法において，二次
    元反射格子（６）、所謂交差格子が、前記検出器に進入
    する様に意図される入射光線（５）の通過する表面に対
    して反対側の側部において該検出器のメサの頂上に形成
    され，該格子（６）が、該入射光線を種々な方向へ広げ
    ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において，広がり
    角度が９０°に近い（１，０）方向の所謂カットオフに
    好ましくは近く４つの（１，０）方向へ光線を広げる様
    に前記格子（６）を構成することを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の方法に
    おいて，低屈折率の鏡が、量子ウエル構造（１）の下
    に、好ましくは所謂クラッド層（１４）の下に存在する
    ことを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいづれか１つの
    項に記載の方法において，方形または六角形の対称を前
    記交差格子（６）に与えることを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 例えばヒ化アルミニウムガリウム（Ａｌ
    ＧａＡｓ）によって包囲されるヒ化ガリウム（ＧａＡ
    ｓ）の薄い層を有する量子ウエルを使用する種類のもの
    であり赤外線放射を検出する赤外線検出器において，二
    次元反射格子（６）、所謂交差格子が、前記検出器へ進
    入する様に意図される入射光線（５）の通過する表面に
    対して反対側の側部において該検出器のメサの頂上に配
    置され，該格子（６）が、該入射光線を種々な方向へ広
    げる様に構成されることを特徴とする検出器。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の検出器において，前記
    格子（６）が、９０°に近い広がり角度の（１，０）方
    向の所謂カットオフに好ましくは近く４つの（１，０）
    方向へ光線を広げる様に構成されることを特徴とする検
    出器。
  7. 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載の検出器
    において，所謂クラッド層（１４）、即ち低屈折率の鏡
    が、前記量子ウエル構造（１）の下に設けられることを
    特徴とする検出器。
  8. 【請求項８】 請求項５から請求項７のいづれか１つの
    項に記載の検出器において，前記交差格子（６）が、正
    方形または六角形の対称に構成されることを特徴とする
    検出器。
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