JPH07101241B2 - 半導体光フィルタ - Google Patents
半導体光フィルタInfo
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- JPH07101241B2 JPH07101241B2 JP5173247A JP17324793A JPH07101241B2 JP H07101241 B2 JPH07101241 B2 JP H07101241B2 JP 5173247 A JP5173247 A JP 5173247A JP 17324793 A JP17324793 A JP 17324793A JP H07101241 B2 JPH07101241 B2 JP H07101241B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
- G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/207—Filters comprising semiconducting materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
- H01L31/02165—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors using interference filters, e.g. multilayer dielectric filters
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光フィルタに関する。特
に本発明は基体およびその上に付着されている多重層の
薄い光学フィルムを有する半導体光フィルタに関する。
に本発明は基体およびその上に付着されている多重層の
薄い光学フィルムを有する半導体光フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明は特定の応用について図示した実
施例を参照して説明されているが、本発明はそれに限定
されないことが理解されよう。当業者は本発明の技術的
範囲内で付加的な変形、応用、実施例および本発明の有
用な分野を認識するであろう。
施例を参照して説明されているが、本発明はそれに限定
されないことが理解されよう。当業者は本発明の技術的
範囲内で付加的な変形、応用、実施例および本発明の有
用な分野を認識するであろう。
【０００３】光検出器は光空間センサおよびその他の応
用で使用されている。多くの場合に赤外線センサの検出
器は光フィルタと結合している。光フィルタは検出器に
より感知される放射のスペクトル帯域を限定する。この
ような光フィルタは長波長赤外線多重誘電体（ＭＬＤ）
干渉フィルタとして知られている。
用で使用されている。多くの場合に赤外線センサの検出
器は光フィルタと結合している。光フィルタは検出器に
より感知される放射のスペクトル帯域を限定する。この
ような光フィルタは長波長赤外線多重誘電体（ＭＬＤ）
干渉フィルタとして知られている。
【０００４】ＬＷＩＲ ＭＬＤフィルタは半導体または
誘電基体を高い屈折率と低屈折率の交互の薄い光学フィ
ルム材料の層で被覆することにより構成される。適切な
光学的厚さの高屈折率および低屈折率の材料を付着する
ことにより、これらの干渉フィルタは帯域外波長を反射
し、帯域内波長を透過するように構成されることができ
る。従ってフィルタの各層の厚さを変更することにより
周波数の狭い帯域における制御された量の放射が検出器
に入ることを可能にされる。
誘電基体を高い屈折率と低屈折率の交互の薄い光学フィ
ルム材料の層で被覆することにより構成される。適切な
光学的厚さの高屈折率および低屈折率の材料を付着する
ことにより、これらの干渉フィルタは帯域外波長を反射
し、帯域内波長を透過するように構成されることができ
る。従ってフィルタの各層の厚さを変更することにより
周波数の狭い帯域における制御された量の放射が検出器
に入ることを可能にされる。
【０００５】通常の長波長赤外線（ＬＷＩＲ）フィルタ
の典型的な構造の目標は、１）広帯域幅排除、即ちフィ
ルタは低い帯域外透過を有する、２）選択された透過帯
域が最小の減衰で検出器に入ることを可能にする高い帯
域内透過、３）鋭いカットオフスロ−プ即ち透過および
透過しない波長領域間の変化が明白に限定されることを
達成することである。
の典型的な構造の目標は、１）広帯域幅排除、即ちフィ
ルタは低い帯域外透過を有する、２）選択された透過帯
域が最小の減衰で検出器に入ることを可能にする高い帯
域内透過、３）鋭いカットオフスロ−プ即ち透過および
透過しない波長領域間の変化が明白に限定されることを
達成することである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】広帯域排除の必要性は
多くの層を有する通常の構造のＭＬＤフィルタを必要と
する。300 もの層がフィルタの構造で使用されることも
稀ではない。各層は屈折率により割算される動作波長の
４分の１である。従って20ミクロンの動作波長と例えば
２の屈折率で各層は少なくとも2.5 ミクロンの厚さでな
ければならない。このような300 の層は750 ミクロンの
厚さである。この厚さで干渉フィルタは誘電体または半
導体基体より厚い。従ってフィルタは２または３の基体
間で分離されなければならない。これはパッケ−ジの問
題が生じる。
多くの層を有する通常の構造のＭＬＤフィルタを必要と
する。300 もの層がフィルタの構造で使用されることも
稀ではない。各層は屈折率により割算される動作波長の
４分の１である。従って20ミクロンの動作波長と例えば
２の屈折率で各層は少なくとも2.5 ミクロンの厚さでな
ければならない。このような300 の層は750 ミクロンの
厚さである。この厚さで干渉フィルタは誘電体または半
導体基体より厚い。従ってフィルタは２または３の基体
間で分離されなければならない。これはパッケ−ジの問
題が生じる。
【０００７】また多くの被覆層は光システムの速度（ｆ
−番号）を限定する。これはこれらの厚さの干渉フィル
タの透過領域のスペクトル幅が大きい入射角（即ち低い
ｆ−番号）で入射する放射のためにシフトされる。従っ
て低いｆ−番号のシステムでは透過する領域と透過しな
い領域との間の変化は誤った波長で生じる。この限定は
所望ではないより大型の光学システム（即ち高いｆ−番
号）を生じる。
−番号）を限定する。これはこれらの厚さの干渉フィル
タの透過領域のスペクトル幅が大きい入射角（即ち低い
ｆ−番号）で入射する放射のためにシフトされる。従っ
て低いｆ−番号のシステムでは透過する領域と透過しな
い領域との間の変化は誤った波長で生じる。この限定は
所望ではないより大型の光学システム（即ち高いｆ−番
号）を生じる。
【０００８】これらの光フィルタは低温環境で機能する
ように設計され、それ故機能的であるのと共に耐久性が
なくてはならない。通常の設計技術により関連する応力
および粘着力のためにこのような環境のフィルタを製造
することは困難である。現時点では２、３の光フィルタ
製造業者のみがこれらのフィルタを製造する能力を有す
る。従ってフィルタは非常に高価である。
ように設計され、それ故機能的であるのと共に耐久性が
なくてはならない。通常の設計技術により関連する応力
および粘着力のためにこのような環境のフィルタを製造
することは困難である。現時点では２、３の光フィルタ
製造業者のみがこれらのフィルタを製造する能力を有す
る。従ってフィルタは非常に高価である。
【０００９】従って技術上、コンパクトで耐久性があ
り、フィルタ価格が効率的で、帯域内および帯域外の透
過の制御を与え、システムｆ−番号に非感知性であるフ
ィルタの必要性が存在する。
り、フィルタ価格が効率的で、帯域内および帯域外の透
過の制御を与え、システムｆ−番号に非感知性であるフ
ィルタの必要性が存在する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前述のような技術の必要
性は本発明の光フィルタにより達成され、本発明は最も
一般的な意味では、バンドギャップを有し、バンドギャ
ップ中にエネルギレベルを有する不純物でド−プされる
材料の第１の層を含み、第１の層は第１の波長より下で
光エネルギを吸収し、それより上の波長で光エネルギを
透過する。光材料の第２の層は第１の層上に配置され、
第１の波長より上の第２の波長で光エネルギを透過する
光エネルギを第２の波長より上の第３の波長で反射す
る。第１、第２の層の組合わせはフィルタに高い帯域内
透過と、低い帯域外透過と、それらの間の鋭いカットオ
フを提供する。
性は本発明の光フィルタにより達成され、本発明は最も
一般的な意味では、バンドギャップを有し、バンドギャ
ップ中にエネルギレベルを有する不純物でド−プされる
材料の第１の層を含み、第１の層は第１の波長より下で
光エネルギを吸収し、それより上の波長で光エネルギを
透過する。光材料の第２の層は第１の層上に配置され、
第１の波長より上の第２の波長で光エネルギを透過する
光エネルギを第２の波長より上の第３の波長で反射す
る。第１、第２の層の組合わせはフィルタに高い帯域内
透過と、低い帯域外透過と、それらの間の鋭いカットオ
フを提供する。
【００１１】フィルタはａ）バンドギャップを有する半
導体材料の層を基体上に付着し、ｂ）半導体層をバンド
ギャップ中のエネルギレベルを有するド−プ材料でド−
プし、ｃ）干渉フィルタを半導体材料の層上に付着する
ことにより構成される。より特定の実施例では、ド−プ
段階はさらに、ｂ１）フィルタに所望される帯域外透過
を与える所望の減衰を計算し、ｂ２）フィルタに所望さ
れる帯域外透過のカットオフパラメ−タに基づいてド−
プ材料のタイプを選択し、ｂ３）半導体材料の層の所望
の厚さを与え、フィルタに必要な吸収係数を計算し、ｂ
４）計算された吸収係数に基づいて選択されたド−プ材
料の濃度を決定し、ｂ５）半導体材料の所望の厚さの層
を確定された濃度にしたがってド−プ材料でド−プする
段階を含む。最後に干渉フィルタの透過特性は半導体材
料の層の透過特性に基づいて特定される。
導体材料の層を基体上に付着し、ｂ）半導体層をバンド
ギャップ中のエネルギレベルを有するド−プ材料でド−
プし、ｃ）干渉フィルタを半導体材料の層上に付着する
ことにより構成される。より特定の実施例では、ド−プ
段階はさらに、ｂ１）フィルタに所望される帯域外透過
を与える所望の減衰を計算し、ｂ２）フィルタに所望さ
れる帯域外透過のカットオフパラメ−タに基づいてド−
プ材料のタイプを選択し、ｂ３）半導体材料の層の所望
の厚さを与え、フィルタに必要な吸収係数を計算し、ｂ
４）計算された吸収係数に基づいて選択されたド−プ材
料の濃度を決定し、ｂ５）半導体材料の所望の厚さの層
を確定された濃度にしたがってド−プ材料でド−プする
段階を含む。最後に干渉フィルタの透過特性は半導体材
料の層の透過特性に基づいて特定される。
【００１２】本発明は従来の長波長赤外線（ＬＷＩＲ）
光フィルタの状態より２〜３桁程度高い帯域外排除の達
成を可能にする。従って本発明により与えられた技術は
大部分の帯域外排除が不純物半導体基体の吸収により達
成されたとき与えられた性能レベルに対して実質上より
少ない被覆層を有するフィルタを可能にする。
光フィルタの状態より２〜３桁程度高い帯域外排除の達
成を可能にする。従って本発明により与えられた技術は
大部分の帯域外排除が不純物半導体基体の吸収により達
成されたとき与えられた性能レベルに対して実質上より
少ない被覆層を有するフィルタを可能にする。
【００１３】
【実施例】本発明の図示の実施例および例示的な応用を
添付の図面を参照して説明する。図１は典型的な光感知
システム10の動作ブロック図である。システム10は、光
フィルタ18上に焦点を結ばせ入射放射16を導く前端部光
学装置12,14 を備えている。フィルタ18は干渉フィルタ
を提供する薄い光学フィルム材料26の多重層でそれぞれ
被覆される１以上の基体22を含む。フィルタ18は光検出
器20に入る波長の狭い帯域を限定する。検出器20は関心
のある波長を吸収し、対応する出力を提供するように適
合されるセンサ（図示せず）を含む。
添付の図面を参照して説明する。図１は典型的な光感知
システム10の動作ブロック図である。システム10は、光
フィルタ18上に焦点を結ばせ入射放射16を導く前端部光
学装置12,14 を備えている。フィルタ18は干渉フィルタ
を提供する薄い光学フィルム材料26の多重層でそれぞれ
被覆される１以上の基体22を含む。フィルタ18は光検出
器20に入る波長の狭い帯域を限定する。検出器20は関心
のある波長を吸収し、対応する出力を提供するように適
合されるセンサ（図示せず）を含む。
【００１４】図２のａは通常のＬＷＩＲ ＭＬＤ干渉ス
タック光フィルタ18' を表した断面図である。フィルタ
18' は複数の半導体または誘電体基体22' 、24' を含
む。前述のように通常のＭＬＤフィルタ18' は基体24'
を交互に高屈折率と低屈折率の薄い光学フィルム材料で
被覆することにより構成される。高低屈折率材料を交互
に付着することにより、ある波長を反射し、他を透過す
る干渉フィルタ18' が構成される。従ってフィルタの各
層の厚さを変化することにより周波数の狭い帯域の制御
された量が検出器に入ることを許容される。
タック光フィルタ18' を表した断面図である。フィルタ
18' は複数の半導体または誘電体基体22' 、24' を含
む。前述のように通常のＭＬＤフィルタ18' は基体24'
を交互に高屈折率と低屈折率の薄い光学フィルム材料で
被覆することにより構成される。高低屈折率材料を交互
に付着することにより、ある波長を反射し、他を透過す
る干渉フィルタ18' が構成される。従ってフィルタの各
層の厚さを変化することにより周波数の狭い帯域の制御
された量が検出器に入ることを許容される。
【００１５】通常の長波長の赤外線（ＬＷＩＲ）フィル
タの典型的な設計の目標は、１）広帯域排除、即ちフィ
ルタは低い帯域外透過を有する、２）選択された透過帯
域が最小の減衰で検出器に入ることを可能にする高い帯
域内透過、３）鋭いカットオフスロ−プ、即ち透過する
波長領域と透過しない波長領域との間の転移が明白に限
定されることを達成することである。図２のｂは通常の
ＬＷＩＲ ＭＬＤフィルタ18' の透過特性を表したグラ
フである。
タの典型的な設計の目標は、１）広帯域排除、即ちフィ
ルタは低い帯域外透過を有する、２）選択された透過帯
域が最小の減衰で検出器に入ることを可能にする高い帯
域内透過、３）鋭いカットオフスロ−プ、即ち透過する
波長領域と透過しない波長領域との間の転移が明白に限
定されることを達成することである。図２のｂは通常の
ＬＷＩＲ ＭＬＤフィルタ18' の透過特性を表したグラ
フである。
【００１６】広帯域排除の必要性は通常の構造の多くの
層を有するＭＬＤフィルタを必要とする。300 もの層が
そのようなフィルタ構造で使用されることは稀ではな
い。即ち図２のａを参照すると各層26' は屈折率ｎによ
り割算される動作波長λの４分の１である。20ミクロン
の動作波長λと例えば２の屈折率ｎで各層は少なくとも
2.5 ミクロンの厚さでなければならない。このような30
0 の層は750 ミクロンの厚さである。この厚さで干渉層
は誘電体または半導体基体より厚い。従ってフィルタは
２または３の基体の間で分離される。このことは複合フ
ィルタを厚くし、パッケ−ジに問題が生じる。また被覆
の多くの層はこれらの厚い干渉フィルタの透過領域のス
ペクトル幅が大きい入射角（即ち低いｆ−番号）で入射
する放射の設計値からのシフトを生じるので、光学シス
テムの速度（ｆ−番号）を限定する。さらにＬＷＩＲ
ＭＬＤ光フィルタは低温環境で機能するように設計さ
れ、それ故機能的で耐久性でなくてはならない。通常の
技術によると関連する応力および粘着問題によりこのよ
うな環境のフィルタを製造するのは困難である。即ちフ
ィルタ18' の多重層26' は高温で付着されなくてはなら
ない。これは各層を多量の応力下で配置する。このよう
な高い応力の下で多数の層の付着は問題がある。現時点
では僅かの光フィルタ製造業者のみがこれらのフィルタ
を製造する能力を有する。従って通常のＬＷＩＲ ＭＬ
Ｄフィルタは非常に高価である。従って技術上、コンパ
クトで耐久性があり、フィルタ価格が効率的で、フィル
タが帯域内および帯域外の透過の制御を与え、システム
ｆ−番号に非感知性である必要がある。
層を有するＭＬＤフィルタを必要とする。300 もの層が
そのようなフィルタ構造で使用されることは稀ではな
い。即ち図２のａを参照すると各層26' は屈折率ｎによ
り割算される動作波長λの４分の１である。20ミクロン
の動作波長λと例えば２の屈折率ｎで各層は少なくとも
2.5 ミクロンの厚さでなければならない。このような30
0 の層は750 ミクロンの厚さである。この厚さで干渉層
は誘電体または半導体基体より厚い。従ってフィルタは
２または３の基体の間で分離される。このことは複合フ
ィルタを厚くし、パッケ−ジに問題が生じる。また被覆
の多くの層はこれらの厚い干渉フィルタの透過領域のス
ペクトル幅が大きい入射角（即ち低いｆ−番号）で入射
する放射の設計値からのシフトを生じるので、光学シス
テムの速度（ｆ−番号）を限定する。さらにＬＷＩＲ
ＭＬＤ光フィルタは低温環境で機能するように設計さ
れ、それ故機能的で耐久性でなくてはならない。通常の
技術によると関連する応力および粘着問題によりこのよ
うな環境のフィルタを製造するのは困難である。即ちフ
ィルタ18' の多重層26' は高温で付着されなくてはなら
ない。これは各層を多量の応力下で配置する。このよう
な高い応力の下で多数の層の付着は問題がある。現時点
では僅かの光フィルタ製造業者のみがこれらのフィルタ
を製造する能力を有する。従って通常のＬＷＩＲ ＭＬ
Ｄフィルタは非常に高価である。従って技術上、コンパ
クトで耐久性があり、フィルタ価格が効率的で、フィル
タが帯域内および帯域外の透過の制御を与え、システム
ｆ−番号に非感知性である必要がある。
【００１７】このような技術の必要性は図３のａで示さ
れているように本発明の光フィルタ18により解決され
る。最も一般的な意味では本発明のフィルタ18は、第１
の（しきい値）波長λthより下の光エネルギを吸収し、
それより上の光エネルギを透過するように半導体材料の
禁止帯中のエネルギレベルを有する不純物のイオン（ア
クセプタ、またはドナ−）23でド−プされた半導体材料
22の第１の層を含む。好ましい実施例では第１の層の材
料は長波長の赤外線領域で透明であるシリコン（Ｓ
ｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル化カドミウム（Ｃ
ｄＴｅ）、アンチモンインジウム（ＩｎＳｂ）等のよう
な半導体基体である。低い格子の吸収を有する半導体が
使用される。冷却するときこのド−プされた、すなわち
不純物半導体は不純物イオン23のエネルギレベルにより
決定されるしきい値波長λthより下で吸収する。不純物
半導体はしきい値波長λthより大きい波長でも透過す
る。
れているように本発明の光フィルタ18により解決され
る。最も一般的な意味では本発明のフィルタ18は、第１
の（しきい値）波長λthより下の光エネルギを吸収し、
それより上の光エネルギを透過するように半導体材料の
禁止帯中のエネルギレベルを有する不純物のイオン（ア
クセプタ、またはドナ−）23でド−プされた半導体材料
22の第１の層を含む。好ましい実施例では第１の層の材
料は長波長の赤外線領域で透明であるシリコン（Ｓ
ｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル化カドミウム（Ｃ
ｄＴｅ）、アンチモンインジウム（ＩｎＳｂ）等のよう
な半導体基体である。低い格子の吸収を有する半導体が
使用される。冷却するときこのド−プされた、すなわち
不純物半導体は不純物イオン23のエネルギレベルにより
決定されるしきい値波長λthより下で吸収する。不純物
半導体はしきい値波長λthより大きい波長でも透過す
る。
【００１８】図３のａに示す実施例では薄い光学フィル
ム層26の第２の層は第１の層22上に配置される。第２の
層は第１の波長λthより上の第２の波長で光エネルギを
透過し、第２の波長より上の第３の波長の光エネルギを
反射する通常のＭＬＤ干渉フィルタである。第１、第２
の層22,26 の組合わせはフィルタ18に高い帯域内透過と
低い帯域外透過とその間の鋭いカットオフを提供する。
図３のｂは本発明により構成された例示的なＬＷＩＲ
ＭＬＤ光干渉フィルタ18の透過特性を表したグラフであ
る。
ム層26の第２の層は第１の層22上に配置される。第２の
層は第１の波長λthより上の第２の波長で光エネルギを
透過し、第２の波長より上の第３の波長の光エネルギを
反射する通常のＭＬＤ干渉フィルタである。第１、第２
の層22,26 の組合わせはフィルタ18に高い帯域内透過と
低い帯域外透過とその間の鋭いカットオフを提供する。
図３のｂは本発明により構成された例示的なＬＷＩＲ
ＭＬＤ光干渉フィルタ18の透過特性を表したグラフであ
る。
【００１９】本発明は実質上少ない層で従来のＬＷＩＲ
光フィルタの状態より２〜３桁程度大きい帯域外排除の
達成を可能にする。従って本発明により与えられた技術
は大部分の帯域外排除のように所定のレベルの性能に対
して実質的に少ない被覆層のフィルタが不純物半導体基
体の吸収により達成されることを可能にする。
光フィルタの状態より２〜３桁程度大きい帯域外排除の
達成を可能にする。従って本発明により与えられた技術
は大部分の帯域外排除のように所定のレベルの性能に対
して実質的に少ない被覆層のフィルタが不純物半導体基
体の吸収により達成されることを可能にする。
【００２０】例えばガリウムでド−プしたシリコン（Ｓ
ｉＧａ）は18°Ｋより低い温度に冷却されるとき19ミク
ロン以下の波長で吸収する。図４のａはガリウムでド−
プしたシリコンで構成され、本発明により18°Ｋより低
い温度に冷却された例示的なＬＷＩＲ ＭＬＤ光干渉フ
ィルタ18の透過特性を表したグラフである。フィルタは
20乃至28ミクロンの領域の放射用の反射防止被覆（Ａ
Ｒ）で被覆されると効率的な長波長の通過フィルタ（Ｌ
ＷＰ）は図４のｂで示されているように高い帯域外排除
が可能になる。
ｉＧａ）は18°Ｋより低い温度に冷却されるとき19ミク
ロン以下の波長で吸収する。図４のａはガリウムでド−
プしたシリコンで構成され、本発明により18°Ｋより低
い温度に冷却された例示的なＬＷＩＲ ＭＬＤ光干渉フ
ィルタ18の透過特性を表したグラフである。フィルタは
20乃至28ミクロンの領域の放射用の反射防止被覆（Ａ
Ｒ）で被覆されると効率的な長波長の通過フィルタ（Ｌ
ＷＰ）は図４のｂで示されているように高い帯域外排除
が可能になる。
【００２１】約19μｍのλthより下の透過は以下のよう
にして与えられる。 Ｔ＝ｅ−αｘ ［１］ 約１０17ｃｍ-3のｎではαは約52ｃｍ-1であり、ｘ＝２
ｍｍに対して、 Ｔ＝ｅ-10.4 ＝３×１０-5 ［２］ 従って20乃至28μｍ帯域に対してＡＲ被覆される２ｍｍ
の厚さの基体であるＳｉＧａ（ｎは約１０17ｃｍ-3）を
使用することにより、通常の技術により構成されるフィ
ルタに関して改良された性能と実質的に低価格で提供さ
れるＬＷＰフィルタが構成される。即ち通常のフィルタ
によって同一の性能を達成するには４つの全ての表面が
薄い光学フィルム材料の多重層で被覆された図２のａで
示されている２つの基体を必要とする。
にして与えられる。 Ｔ＝ｅ−αｘ ［１］ 約１０17ｃｍ-3のｎではαは約52ｃｍ-1であり、ｘ＝２
ｍｍに対して、 Ｔ＝ｅ-10.4 ＝３×１０-5 ［２］ 従って20乃至28μｍ帯域に対してＡＲ被覆される２ｍｍ
の厚さの基体であるＳｉＧａ（ｎは約１０17ｃｍ-3）を
使用することにより、通常の技術により構成されるフィ
ルタに関して改良された性能と実質的に低価格で提供さ
れるＬＷＰフィルタが構成される。即ち通常のフィルタ
によって同一の性能を達成するには４つの全ての表面が
薄い光学フィルム材料の多重層で被覆された図２のａで
示されている２つの基体を必要とする。
【００２２】本発明の技術は他の半導体およびド−プ材
料にも応用範囲が広げられる。例えば図５のａはシリコ
ン基体と種々のド−プ材料を有する本発明の技術により
構成されたフィルタのλミクロンの波長の関数としての
透過特性を示した図である。図５のｂはゲルマニウム基
体と種々のド−プ材料を有する本発明の技術により構成
されたフィルタのλミクロンの波長の関数としての透過
特性を示した図である。Ｙを不純物の材料として、Ｓ
ｉ：ＹおよびＧｅ：Ｙのその他の可能性は以下の表Ｉお
よびＩＩにそれぞれ示されている。
料にも応用範囲が広げられる。例えば図５のａはシリコ
ン基体と種々のド−プ材料を有する本発明の技術により
構成されたフィルタのλミクロンの波長の関数としての
透過特性を示した図である。図５のｂはゲルマニウム基
体と種々のド−プ材料を有する本発明の技術により構成
されたフィルタのλミクロンの波長の関数としての透過
特性を示した図である。Ｙを不純物の材料として、Ｓ
ｉ：ＹおよびＧｅ：Ｙのその他の可能性は以下の表Ｉお
よびＩＩにそれぞれ示されている。
【００２３】表Ｉ 基体 ド−プ材料（Ｙ） λco（μｍ） Ｓｉ Ａｓ 28.00 Ｓｉ Ｇａ 19.07 Ｓｉ Ｂｉ 17.97 Ｓｉ Ｍｇ 11.30 Ｓｉ Ｓ 11.30 Ｓｉ Ｔｅ 8.80 Ｓｉ Ｉｎ 7.75 表ＩＩ 基体 ド−プ材料（Ｙ） λco（μｍ） Ｇｅ Ｐ 31.00 Ｇｅ Ｃｒ 24.80 Ｇｅ Ｓｂ 20.70 Ｇｅ Ｈｇ 16.10 Ｇｅ Ｔｅ 12.40 Ｇｅ Ａｇ 12.40 Ｇｅ Ａｕ 8.80 図３のａに戻ると、フィルタ18は最初に（通常はコンピ
ュ−タで）干渉フィルタの通常の設計を行うことにより
構成され、ａ）バンドギャップを有する半導体材料の層
を基体上に付着するか、またはバンドギャップを有する
半導体材料の基体を使用し、ｂ）半導体材料の層または
基体をバンドギャップ中のエネルギレベルを有するド−
プ材料でド−プし、ｃ）干渉フィルタを半導体材料の層
または基体上に通常の方法で付着することにより構成さ
れる。
ュ−タで）干渉フィルタの通常の設計を行うことにより
構成され、ａ）バンドギャップを有する半導体材料の層
を基体上に付着するか、またはバンドギャップを有する
半導体材料の基体を使用し、ｂ）半導体材料の層または
基体をバンドギャップ中のエネルギレベルを有するド−
プ材料でド−プし、ｃ）干渉フィルタを半導体材料の層
または基体上に通常の方法で付着することにより構成さ
れる。
【００２４】ド−プ段階はさらに以下の段階を含む。第
１に必要な減衰αｘは前述の式［１］に従ってフィルタ
の所望の帯域外透過Ｔに基づいて計算される。第２にド
−プ材料のタイプはフィルタに所望される透過帯域のカ
ットオフパラメ−タに基づいて選択される。（しきい値
波長は使用される特定の不純物イオンのエネルギレベル
により決定される。輻射エネルギの吸収は低エネルギレ
ベルから高エネルギレベルへの価電子帯電子の泳動によ
り助長される。自由キャリアの吸収を回避しながら選択
可能な帯域通過透過と共に予測可能な吸収を確実にする
ために、ド−プした基体を低温環境に配置することによ
り最低のエネルギレベルにすることが必要である。）上
部透過波長は使用される半導体基体のバンドギャップに
より決定される。低い透過波長はド−プ材料の吸収特性
により決定される。半導体材料の層または基体の所望の
厚さｘを与えることにより、フィルタに必要な吸収係数
αは式［１］の両側の対数をとることにより計算され
る。選択されたド−プ材料の濃度は計算された吸収係数
αに基づいて文献の測定されたデ−タから決定される。
半導体材料の所望の厚さｘの基体層は確定し濃度にした
がってド−プ材料によってド−プされる。
１に必要な減衰αｘは前述の式［１］に従ってフィルタ
の所望の帯域外透過Ｔに基づいて計算される。第２にド
−プ材料のタイプはフィルタに所望される透過帯域のカ
ットオフパラメ−タに基づいて選択される。（しきい値
波長は使用される特定の不純物イオンのエネルギレベル
により決定される。輻射エネルギの吸収は低エネルギレ
ベルから高エネルギレベルへの価電子帯電子の泳動によ
り助長される。自由キャリアの吸収を回避しながら選択
可能な帯域通過透過と共に予測可能な吸収を確実にする
ために、ド−プした基体を低温環境に配置することによ
り最低のエネルギレベルにすることが必要である。）上
部透過波長は使用される半導体基体のバンドギャップに
より決定される。低い透過波長はド−プ材料の吸収特性
により決定される。半導体材料の層または基体の所望の
厚さｘを与えることにより、フィルタに必要な吸収係数
αは式［１］の両側の対数をとることにより計算され
る。選択されたド−プ材料の濃度は計算された吸収係数
αに基づいて文献の測定されたデ−タから決定される。
半導体材料の所望の厚さｘの基体層は確定し濃度にした
がってド−プ材料によってド−プされる。
【００２５】前述したようにド−プした基体は臨界的温
度より低い温度に冷却されなくてはならない。不純物半
導体はしきい値波長λthより大きい波長で透過し、しき
い値λthより低い波長で吸収し、従って長波長帯域通過
フィルタの選択可能なカットオフを形成する。
度より低い温度に冷却されなくてはならない。不純物半
導体はしきい値波長λthより大きい波長で透過し、しき
い値λthより低い波長で吸収し、従って長波長帯域通過
フィルタの選択可能なカットオフを形成する。
【００２６】最終的に干渉フィルタの透過特性は半導体
材料のド−プ層または基体の透過特性に基づいて特定さ
れる。
材料のド−プ層または基体の透過特性に基づいて特定さ
れる。
【００２７】前述の表で明白なように、低い透過カット
オフはド−プ材料の吸収波長により決定される。ド−プ
材料を変化することにより通過帯域の低いカットオフが
調節される。これはフィルタが帯域内透過を低下させる
ことなく広視野を受けるために製造されるので非常に有
効である。
オフはド−プ材料の吸収波長により決定される。ド−プ
材料を変化することにより通過帯域の低いカットオフが
調節される。これはフィルタが帯域内透過を低下させる
ことなく広視野を受けるために製造されるので非常に有
効である。
【００２８】大部分の帯域外排除が不純物半導体基体中
の吸収により達成されるとき、本発明は性能の与えられ
たレベルに対して実質上少ない被覆層で従来の長波長の
赤外線（ＬＷＩＲ）光フィルタより２〜３桁程度大きい
帯域外排除の達成を可能にする。
の吸収により達成されるとき、本発明は性能の与えられ
たレベルに対して実質上少ない被覆層で従来の長波長の
赤外線（ＬＷＩＲ）光フィルタより２〜３桁程度大きい
帯域外排除の達成を可能にする。
【００２９】図６は本発明の別の実施例であり、ここで
は薄い光学フィルム材料の多重層は本発明による検出器
のド−プにより置換される。図６で示されているように
検出器20''の基体は不純物25''によってド−プされ、そ
の結果フィルタ18''はバンドギャップを有し、バンドギ
ャップ中のエネルギレベルを有する不純物23''でド−プ
される材料の第１の層を提供し、フィルタ18''は第１の
波長より下の光エネルギを吸収し光エネルギを透過す
る。検出器20''は第１の層と光学的に整列する材料の第
２の層を提供し、第１の層はバンドギャップと、バンド
ギャップ中にエネルギレベルを有する不純物質25''でド
−プされ、検出器はしきい値波長まで第１の波長より上
の光エネルギを吸収する。このフィルタ／検出器の組合
わせによってＭＬＤ被覆の必要なく正確に限定された通
過帯域を有する装置が得られる。
は薄い光学フィルム材料の多重層は本発明による検出器
のド−プにより置換される。図６で示されているように
検出器20''の基体は不純物25''によってド−プされ、そ
の結果フィルタ18''はバンドギャップを有し、バンドギ
ャップ中のエネルギレベルを有する不純物23''でド−プ
される材料の第１の層を提供し、フィルタ18''は第１の
波長より下の光エネルギを吸収し光エネルギを透過す
る。検出器20''は第１の層と光学的に整列する材料の第
２の層を提供し、第１の層はバンドギャップと、バンド
ギャップ中にエネルギレベルを有する不純物質25''でド
−プされ、検出器はしきい値波長まで第１の波長より上
の光エネルギを吸収する。このフィルタ／検出器の組合
わせによってＭＬＤ被覆の必要なく正確に限定された通
過帯域を有する装置が得られる。
【００３０】従って本発明は特定の応用に対する特定の
実施例を参照して説明された。当業者は付加的は変形、
応用、実施例を本発明の技術的範囲内で認識することが
できる。例えば本発明は使用されたド−プ材料と基体の
組合わせに限定されない。本発明はド−プ材料が影響さ
れる方法にも制限されない。本発明は光フィルタでの使
用にも限定されない。
実施例を参照して説明された。当業者は付加的は変形、
応用、実施例を本発明の技術的範囲内で認識することが
できる。例えば本発明は使用されたド−プ材料と基体の
組合わせに限定されない。本発明はド−プ材料が影響さ
れる方法にも制限されない。本発明は光フィルタでの使
用にも限定されない。
【００３１】それ故全てのこのような応用、変形、実施
例は特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内
に包含される。
例は特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲内
に包含される。
【図１】典型的な光感知システムの動作ブロック図。
【図２】通常のＬＷＩＲ ＭＬＤ光フィルタの断面図お
よび透過特性図。
よび透過特性図。
【図３】本発明により構成された図示的なＬＷＩＲ Ｍ
ＬＤフィルタの断面図および透過特性図。
ＬＤフィルタの断面図および透過特性図。
【図４】ガリウムでド−プしたシリコンで構成され、本
発明により18°Ｋより低い温度に冷却されたＬＷＩＲ
ＭＬＤ光干渉フィルタの透過特性および20乃至28ミクロ
ンの領域の放射用に反射防止被覆で被覆されたＬＷＩＲ
ＭＬＤ光干渉フィルタの透過特性図。
発明により18°Ｋより低い温度に冷却されたＬＷＩＲ
ＭＬＤ光干渉フィルタの透過特性および20乃至28ミクロ
ンの領域の放射用に反射防止被覆で被覆されたＬＷＩＲ
ＭＬＤ光干渉フィルタの透過特性図。
【図５】種々のド−プ材料を有するシリコン基体および
ゲルマニウム基体の本発明により構成されたフィルタの
λをミクロンで示した波長関数としての透過特性図。
ゲルマニウム基体の本発明により構成されたフィルタの
λをミクロンで示した波長関数としての透過特性図。
【図６】薄い光学フィルム材料の多重層が正確に限定さ
れた通過帯域を光整列に提供するための本発明により検
出器のド−プによって置換された本発明の別の実施例の
概略図。
れた通過帯域を光整列に提供するための本発明により検
出器のド−プによって置換された本発明の別の実施例の
概略図。
Claims (10)
- 【請求項１】 第１の波長より低い光エネルギを吸収
し、それより高い光エネルギを透過するようにバンドギ
ャップを有する材料で構成され、このバンドギャップ中
にエネルギレベルを有する不純物でド−プされている第
１の層と、 前記第１の波長より上の第２の波長で光エネルギを透過
し、この第２の波長より上の第３の波長で光エネルギを
反射する前記第１の層上に配置されている光学材料の第
２の層とを具備し、 前記第１、第２の層の組合わせは前記フィルタに対して
高い帯域内透過、低い帯域外透過および鋭いカットオフ
の通過帯域を提供することを特徴とするフィルタ。 - 【請求項２】 前記第１の層は半導体基体によって構成
されている請求項１記載のフィルタ。 - 【請求項３】 前記第１の層が基体上に配置されている
請求項１記載のフィルタ。 - 【請求項４】 多重の第２の層を含む請求項１記載のフ
ィルタ。 - 【請求項５】 前記多重の第２の層が干渉フィルタを構
成している請求項４記載のフィルタ。 - 【請求項６】 前記第１の層が前記第２の層上に配置さ
れている請求項１記載のフィルタ。 - 【請求項７】 第１の波長より低い光エネルギを吸収
し、それより高い光エネルギを透過するようにバンドギ
ャップを有し、このバンドギャップ中にエネルギレベル
を有する不純物でド−プされている材料の第１の層と、 この第１の層と光学的に整列し、帯域通過フィルタ／検
出器の組合わせとして動作するように第１の波長より上
の光エネルギを吸収するようなバンドギャップを有する
材料で構成され、このバンドギャップ中にエネルギレベ
ルを有する不純物でド−プされている第２の層とを有す
ることを特徴とする検出器。 - 【請求項８】 光フィルタを製造する方法において、 ａ）バンドギャップを有する半導体材料の層を基体上に
付着し、 ｂ）半導体の前記層を前記バンドギャップ中にエネルギ
レベルを有するド−プ材料でド−プし、 ｃ）干渉フィルタを半導体材料の前記層上に付着するス
テップを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項９】 前記ステップｂ）において、 ｂ１）フィルタに所望される帯域外透過を与える所望の
減衰を計算し、 ｂ２）フィルタに所望される帯域外透過のカットオフパ
ラメ−タに基づいて前記ド−プ材料の種類を選択し、 ｂ３）半導体材料の層の所望の厚さを与え、フィルタに
必要な吸収係数を計算し、 ｂ４）計算された吸収係数に基づいて選択されたド−プ
材料の濃度を決定し、 ｂ５）半導体材料の所望の厚さの層を前記濃度にしたが
って前記ド−プ材料でド−プするステップを含む請求項
８記載の方法。 - 【請求項１０】 半導体材料の前記層の透過特性に基づ
いて前記干渉フィルタの透過特性を特定するステップを
含む請求項９記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US91240492A | 1992-07-13 | 1992-07-13 | |
| US912404 | 1997-08-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06174917A JPH06174917A (ja) | 1994-06-24 |
| JPH07101241B2 true JPH07101241B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=25431865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5173247A Expired - Lifetime JPH07101241B2 (ja) | 1992-07-13 | 1993-07-13 | 半導体光フィルタ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5463494A (ja) |
| EP (1) | EP0583069B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07101241B2 (ja) |
| DE (1) | DE69316105T2 (ja) |
| IL (1) | IL106265A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6002792A (en) * | 1993-11-16 | 1999-12-14 | Hamamatsu Photonics Kk | Semiconductor device inspection system |
| US6043550A (en) * | 1997-09-03 | 2000-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode and photodiode module |
| US6269202B1 (en) * | 1997-10-10 | 2001-07-31 | Dicon Fiberoptics, Inc. | Highly temperature stable filter for fiberoptic applications and system for altering the wavelength or other characteristics of optical devices |
| FI105598B (fi) * | 1997-12-10 | 2000-09-15 | Vaisala Oyj | Optisesti musta pinta ja menetelmä sen valmistamiseksi |
| WO2002016976A2 (en) * | 2000-08-21 | 2002-02-28 | 3M Innovative Properties Company | Loss enhanced reflective optical filters |
| US6809859B2 (en) * | 2002-07-31 | 2004-10-26 | Semrock, Inc. | Optical filter and fluorescence spectroscopy system incorporating the same |
| US7411679B2 (en) * | 2002-07-31 | 2008-08-12 | Semrock, Inc. | Optical filter and fluorescence spectroscopy system incorporating the same |
| US6835914B2 (en) * | 2002-11-05 | 2004-12-28 | Mattson Technology, Inc. | Apparatus and method for reducing stray light in substrate processing chambers |
| US8107167B2 (en) * | 2009-05-04 | 2012-01-31 | The Regents Of The University Of Michigan | Spatial-dispersion-free spectral combining of pulsed high peak power fiber laser beams |
| US20130057959A1 (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-07 | Theodore D. Fay | Highly dispersive optical element with binary transmissibility |
| KR102171020B1 (ko) | 2013-10-16 | 2020-10-29 | 삼성전자주식회사 | 엑스레이 흡수 필터를 갖는 엑스레이 시스템, 반도체 패키지, 및 트레이 |
| KR20210132176A (ko) * | 2019-03-05 | 2021-11-03 | 퀀텀-에스아이 인코포레이티드 | 통합 디바이스를 위한 광학 흡수 필터 |
| EP4100764A1 (en) * | 2020-02-06 | 2022-12-14 | ams-OSRAM International GmbH | A light pixel projection module |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE787599A (fr) * | 1971-08-16 | 1973-02-16 | Battelle Memorial Institute | Vitrage filtrant antisolaire et isolant thermique |
| DE2637616A1 (de) * | 1976-08-20 | 1978-02-23 | Siemens Ag | Filter fuer fotodetektoren |
| JPS5945943A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-03-15 | Nippon Soken Inc | 熱線遮断ガラス |
| US4497974A (en) * | 1982-11-22 | 1985-02-05 | Exxon Research & Engineering Co. | Realization of a thin film solar cell with a detached reflector |
| JPS60171775A (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-05 | Hitachi Ltd | 発光素子用フイルタ |
| US4528418A (en) * | 1984-02-24 | 1985-07-09 | Energy Conversion Devices, Inc. | Photoresponsive semiconductor device having a double layer anti-reflective coating |
| FR2586485B1 (fr) * | 1985-08-23 | 1991-04-19 | Thomson Csf | Dispositif optique a filtrage spectral selectif |
| JPS6249335A (ja) * | 1985-08-29 | 1987-03-04 | Agency Of Ind Science & Technol | 光制御素子 |
| JPH02177379A (ja) * | 1988-12-27 | 1990-07-10 | Kyocera Corp | 赤外線受光素子 |
-
1993
- 1993-07-07 IL IL10626593A patent/IL106265A/en not_active IP Right Cessation
- 1993-07-13 EP EP93305463A patent/EP0583069B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-13 JP JP5173247A patent/JPH07101241B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-13 DE DE69316105T patent/DE69316105T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-12-23 US US08/174,573 patent/US5463494A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06174917A (ja) | 1994-06-24 |
| US5463494A (en) | 1995-10-31 |
| DE69316105T2 (de) | 1998-04-23 |
| EP0583069B1 (en) | 1998-01-07 |
| IL106265A (en) | 1999-07-14 |
| EP0583069A1 (en) | 1994-02-16 |
| DE69316105D1 (de) | 1998-02-12 |
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