JPH11295146A - マルチバンド放射検知器 - Google Patents
マルチバンド放射検知器Info
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- JPH11295146A JPH11295146A JP80000691A JP80000691A JPH11295146A JP H11295146 A JPH11295146 A JP H11295146A JP 80000691 A JP80000691 A JP 80000691A JP 80000691 A JP80000691 A JP 80000691A JP H11295146 A JPH11295146 A JP H11295146A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単一の放射検知器を用いて、２つのスペクト
ルバンドの放射に対する応答性が得られる２端子放射検
知器を提供する。 【構成】 第１の電気接点１８と第２の電気接点２０と
の間に電気的に相互に直列結合される２つのヘテロ接合
１４Ａ及び１６Ａが形成されるように設けられた少なく
とも３つの半導体層１２（ｎ型）１４（ｐ型）１６（ｎ
型）から構成される。２つのヘテロ接合は２つの逆直列
接続ダイオードとして電気的に動作し、バイアス電源２
２により検知器に＋Ｖｂを印加すると、ヘテロ接合１４
Ａが順バイアス状態になり、ヘテロ接合１６Ａが逆バイ
アス状態になり、該接合１６Ａが一方のスペクトル領域
の光子フラックスに比例して回路電流を変調する。−Ｖ
ｂを検知器に印加すると、ヘテロ接合１６Ａが順バイア
ス状態になり、ヘテロ接合１４Ａが逆バイアスされ、他
方のスペクトル領域に関連する入射フラックスに比例す
る電流変調を生ずる。
ルバンドの放射に対する応答性が得られる２端子放射検
知器を提供する。 【構成】 第１の電気接点１８と第２の電気接点２０と
の間に電気的に相互に直列結合される２つのヘテロ接合
１４Ａ及び１６Ａが形成されるように設けられた少なく
とも３つの半導体層１２（ｎ型）１４（ｐ型）１６（ｎ
型）から構成される。２つのヘテロ接合は２つの逆直列
接続ダイオードとして電気的に動作し、バイアス電源２
２により検知器に＋Ｖｂを印加すると、ヘテロ接合１４
Ａが順バイアス状態になり、ヘテロ接合１６Ａが逆バイ
アス状態になり、該接合１６Ａが一方のスペクトル領域
の光子フラックスに比例して回路電流を変調する。−Ｖ
ｂを検知器に印加すると、ヘテロ接合１６Ａが順バイア
ス状態になり、ヘテロ接合１４Ａが逆バイアスされ、他
方のスペクトル領域に関連する入射フラックスに比例す
る電流変調を生ずる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は放射（ｒａｄｉａｔｉｏ
ｎ）検知器に関し、特に、少なくとも２つのスペクトル
バンド内の赤外線放射（ＩＲ）に応答する２端子半導体
光起電力型放射検知器に関する。
ｎ）検知器に関し、特に、少なくとも２つのスペクトル
バンド内の赤外線放射（ＩＲ）に応答する２端子半導体
光起電力型放射検知器に関する。
【０００２】
【従来の技術】II−VI族のＩＲ放射検知器等の放射検知
器は、一般に単一スペクトルバンドの放射を吸収するの
に適しているエネルギバンドギャップをもっていること
を特徴としている。単一の検知器で、２以上のスペクト
ル領域の放射を検知することができるようにすることが
望まれている。しかしながら、現在のところ、この機能
を実現するために使用できる技術として最適といえるも
のは存在しない。例えば、２つの別々の焦点面を１つの
光学装置と組み合わせて用いて、入射する放射ビームを
スペクトル別に区分してビームの一部を各焦点面に指向
させることは可能である。しかしながら、この方法は比
較的複雑な光学装置と光学的整合（ｏｐｔｉｃａｌ ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）を必要とするうえ、２系列の焦点面
の放射検知器に関連する経費を必要とする。
器は、一般に単一スペクトルバンドの放射を吸収するの
に適しているエネルギバンドギャップをもっていること
を特徴としている。単一の検知器で、２以上のスペクト
ル領域の放射を検知することができるようにすることが
望まれている。しかしながら、現在のところ、この機能
を実現するために使用できる技術として最適といえるも
のは存在しない。例えば、２つの別々の焦点面を１つの
光学装置と組み合わせて用いて、入射する放射ビームを
スペクトル別に区分してビームの一部を各焦点面に指向
させることは可能である。しかしながら、この方法は比
較的複雑な光学装置と光学的整合（ｏｐｔｉｃａｌ ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）を必要とするうえ、２系列の焦点面
の放射検知器に関連する経費を必要とする。
【０００３】別の方法には、入射する放射ビームを分光
分散させるためのくさび型（ｗｅｄｇｅ）フィルターを
含んでいるものがある。しかし、くさび型フィルター
は、製造及び整合が比較的困難であり、しかも検出され
た放射の空間的同時処理ができない。更に、くさび型フ
ィルターによる方法ではステアリング型放射検知アレイ
の製造は容易でない。
分散させるためのくさび型（ｗｅｄｇｅ）フィルターを
含んでいるものがある。しかし、くさび型フィルター
は、製造及び整合が比較的困難であり、しかも検出され
た放射の空間的同時処理ができない。更に、くさび型フ
ィルターによる方法ではステアリング型放射検知アレイ
の製造は容易でない。
【０００４】更に別の方法には、バイナリ光スペクトル
展開技術（ｂｉｎａｒｙ ｏｐｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒａ
ｌ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）があ
る。しかし、この技術は検知すべきスペクトル領域（即
ち色）毎に別の接続部、典型的にはインジウムバンプ、
を必要とする。またこの方法では検知すべき色毎に別々
の読出しセルを必要とする。更に、所要のバイナリ光パ
ターン（ｂｉｎａｒｙ ｏｐｔｉｃ ｐａｔｔｅｒｎ）
の整合及びパターン化（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）の仕上
げが困難であって歩留まりが悪い。
展開技術（ｂｉｎａｒｙ ｏｐｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒａ
ｌ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）があ
る。しかし、この技術は検知すべきスペクトル領域（即
ち色）毎に別の接続部、典型的にはインジウムバンプ、
を必要とする。またこの方法では検知すべき色毎に別々
の読出しセルを必要とする。更に、所要のバイナリ光パ
ターン（ｂｉｎａｒｙ ｏｐｔｉｃ ｐａｔｔｅｒｎ）
の整合及びパターン化（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）の仕上
げが困難であって歩留まりが悪い。
【０００５】従って本発明の目的は、単一の放射検知器
で２つ以上のスペクトルバンドの放射を感知するための
方法及びデバイスを提供することである。本発明の別の
目的は、単一の２端子放射検知器で少なくとも２つのス
ペクトルバンド内の光放射を検知するための方法及び装
置を提供することである。本発明の更に別の目的は、少
なくとも２つの別々のＩＲスペクトルバンドに対して同
一の感度を有する２端子放射検知デバイス及びアレイを
提供することである。
で２つ以上のスペクトルバンドの放射を感知するための
方法及びデバイスを提供することである。本発明の別の
目的は、単一の２端子放射検知器で少なくとも２つのス
ペクトルバンド内の光放射を検知するための方法及び装
置を提供することである。本発明の更に別の目的は、少
なくとも２つの別々のＩＲスペクトルバンドに対して同
一の感度を有する２端子放射検知デバイス及びアレイを
提供することである。
【０００６】
【発明の概要】上述の問題点は、第１の電極と第２の電
極の間に互いに直列に電気的に結合された第１のｐ−ｎ
接合及び第２のｐ−ｎ接合を含む放射検知器によって解
決され、従って本発明の目的が達成される。該検知器は
少なくとも３つの領域即ち層を含んでなる。第１の層は
第１の導電型をもち、第１の層に接する第２の層は第２
の導電型をもち、更に第２の層に接する第３の層は第１
の導電型をもつ。この２つのヘテロ接合は直列に結合し
ており、電気的には逆方向直列接続された２つのダイオ
ードとして機能する。使用状態において、検知器は正バ
イアス（＋Ｖｂ）電源と負バイアス（−Ｖｂ）電源を有
する切換え可能なバイアス電源に接続されている。検知
器＋Ｖｂ電源が印加されると、第１のヘテロ接合は大き
く順バイアスされ低抵抗電導体として機能し、そのた
め、回路への光電流の量には全く影響を与えない。しか
し第２のヘテロ接合は逆バイアス状態にあり、関連する
スペクトル領域即ち色の光子フラックスに比例して回路
電流を変調する。反対に、検知器に−Ｖｂ電源が印加さ
れると、第２のヘテロ接合は順バイアスされて回路の光
電流に寄与しないで第１のヘテロ接合が逆バイアスされ
て入射フラックスに比例する電流変調を起こす。そして
この場合のフラックスは前述の＋Ｖｂ電源供給の場合と
は異なるスペクトル領域に関連するものである。
極の間に互いに直列に電気的に結合された第１のｐ−ｎ
接合及び第２のｐ−ｎ接合を含む放射検知器によって解
決され、従って本発明の目的が達成される。該検知器は
少なくとも３つの領域即ち層を含んでなる。第１の層は
第１の導電型をもち、第１の層に接する第２の層は第２
の導電型をもち、更に第２の層に接する第３の層は第１
の導電型をもつ。この２つのヘテロ接合は直列に結合し
ており、電気的には逆方向直列接続された２つのダイオ
ードとして機能する。使用状態において、検知器は正バ
イアス（＋Ｖｂ）電源と負バイアス（−Ｖｂ）電源を有
する切換え可能なバイアス電源に接続されている。検知
器＋Ｖｂ電源が印加されると、第１のヘテロ接合は大き
く順バイアスされ低抵抗電導体として機能し、そのた
め、回路への光電流の量には全く影響を与えない。しか
し第２のヘテロ接合は逆バイアス状態にあり、関連する
スペクトル領域即ち色の光子フラックスに比例して回路
電流を変調する。反対に、検知器に−Ｖｂ電源が印加さ
れると、第２のヘテロ接合は順バイアスされて回路の光
電流に寄与しないで第１のヘテロ接合が逆バイアスされ
て入射フラックスに比例する電流変調を起こす。そして
この場合のフラックスは前述の＋Ｖｂ電源供給の場合と
は異なるスペクトル領域に関連するものである。
【０００７】図示する実施例では、検知器はＨｇＣｄＴ
ｅからなり、中間波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）放射に応答する
エネルギバンドギャップをもつｎ型基板層を具備する。
基板層上には高濃度に不純物ドーピングしたｐ型短波長
ＩＲ（ＳＷＩＲ）応答層が存在する。このｐ型層は基板
層とヘテロ接合を形成するが、大部分のＳＷＩＲの光子
は基板層まで入射しないから、この層はＳＷＩＲ光子に
よって生ずるキャリヤ数にはあまり影響しない。ＳＷＩ
Ｒの上にはｎ型長波長ＩＲ（ＬＷＩＲ）応答層が形成さ
れる。該ＬＷＩＲ層は十分に厚く形成され、下にある２
つの層に入射するＬＷＩＲ放射を吸収する。もう一つの
ヘテロ接合がＬＷＩＲ層とＳＷＩＲ層の間に形成され、
該ヘテロ接合は実質的にＬＷＩＲの放射にのみ応答す
る。
ｅからなり、中間波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）放射に応答する
エネルギバンドギャップをもつｎ型基板層を具備する。
基板層上には高濃度に不純物ドーピングしたｐ型短波長
ＩＲ（ＳＷＩＲ）応答層が存在する。このｐ型層は基板
層とヘテロ接合を形成するが、大部分のＳＷＩＲの光子
は基板層まで入射しないから、この層はＳＷＩＲ光子に
よって生ずるキャリヤ数にはあまり影響しない。ＳＷＩ
Ｒの上にはｎ型長波長ＩＲ（ＬＷＩＲ）応答層が形成さ
れる。該ＬＷＩＲ層は十分に厚く形成され、下にある２
つの層に入射するＬＷＩＲ放射を吸収する。もう一つの
ヘテロ接合がＬＷＩＲ層とＳＷＩＲ層の間に形成され、
該ヘテロ接合は実質的にＬＷＩＲの放射にのみ応答す
る。
【０００８】１次元又は２次元アレイの検知器をメサ型
又はプレーナー型として製造することができる。付加的
なヘテロ接合を形成することによって材料に領域を付加
して、デバイスを３或いはそれ以上のスペクトル領域に
応答するように製造することもできる。本発明の上述お
よびその他の特徴は、添付の図面を参照して、以下に記
載する実施例の詳細な説明を読めば、更に明らかにな
る。
又はプレーナー型として製造することができる。付加的
なヘテロ接合を形成することによって材料に領域を付加
して、デバイスを３或いはそれ以上のスペクトル領域に
応答するように製造することもできる。本発明の上述お
よびその他の特徴は、添付の図面を参照して、以下に記
載する実施例の詳細な説明を読めば、更に明らかにな
る。
【０００９】
【実施例】本発明を、Ｈｇ(1.0-x) ＣｄｘＴｅからなる
裏面照射型半導体放射検知器の好ましい実施例につい
て、以下に説明する。しかし、本発明は他のII−VI族材
料からなる放射検知器を用いて実施することもできる。
本発明は、また、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ及びＩｎＰの
ようなIII −Ｖ族材料からなる検知器、或いは白金をド
ープしたＳｉのようなＳｉデバイスを用いても実施でき
る。一般に本発明は、選択的に半導体材料をドープした
り或いは成長させることによって作られる異なるエネル
ギギャップをもつ半導体光起電力型放射検知器に適用で
きる。
裏面照射型半導体放射検知器の好ましい実施例につい
て、以下に説明する。しかし、本発明は他のII−VI族材
料からなる放射検知器を用いて実施することもできる。
本発明は、また、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ及びＩｎＰの
ようなIII −Ｖ族材料からなる検知器、或いは白金をド
ープしたＳｉのようなＳｉデバイスを用いても実施でき
る。一般に本発明は、選択的に半導体材料をドープした
り或いは成長させることによって作られる異なるエネル
ギギャップをもつ半導体光起電力型放射検知器に適用で
きる。
【００１０】図１には本発明の構成を表す２端子３層ヘ
テロ接合（ＴＬＨＪ）半導体放射検知器１０が示されて
いる。検知器１０はＨｇ(1.0-x) ＣｄｘＴｅからなり、
中間波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）放射に対応するエネルバンド
ギャップをもつｎ型基板層１２を有する。層１２の上に
は不純物濃度の高いｐ型短波長ＩＲ（ＳＷＩＲ）応答層
１４がある。層１４は基板層１２とヘテロ接合１４ａと
形成する。しかし大部分のＳＷＩＲ放射は基板層１２の
中までは到達しないから、ＳＷＩＲ光子が発生させるキ
ャリヤー数には該層１４はあまり影響を与えない。従っ
て、放射が入射する検知器１０の裏面にフィルター（図
示しない）を具備させ、基板層１２において全くＳＷＩ
Ｒ応答が起こらないようにしてもよい。このようにし
て、接合１４ａは実質的にはＭＷＩＲ放射にのみ応答す
る。ＳＷＩＲ層１４の上にはｎ型長波長ＩＲ（ＬＷＩ
Ｒ）応答層１６が設けられる。ＬＷＩＲ層は十分厚く形
成して、下方にある２つの層１２及び１４に浸透するＬ
ＷＩＲ放射を吸収するようにする。ヘテロ接合１６ａは
層１４と層１６の間に形成され、このヘテロ接合１６ａ
は実質的にはＬＷＩＲ放射にのみ応答する。本明細書で
はＳＷＩＲ放射は約１０００ｎｍ乃至約４０００ｎｍの
範囲のスペクトル領域を含むものとする。またＭＷＩＲ
放射は約３０００ｎｍ乃至約８０００ｎｍの範囲のスペ
クトル領域を、またＬＷＩＲ放射は約７０００ｎｍ乃至
約１４０００ｎｍの範囲のスペクトル領域を含むものと
する。更にＶＬＷＩＲ放射は約１２０００ｎｍ乃至約２
００００ｎｍの範囲のスペクトル領域を含むものとす
る。
テロ接合（ＴＬＨＪ）半導体放射検知器１０が示されて
いる。検知器１０はＨｇ(1.0-x) ＣｄｘＴｅからなり、
中間波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）放射に対応するエネルバンド
ギャップをもつｎ型基板層１２を有する。層１２の上に
は不純物濃度の高いｐ型短波長ＩＲ（ＳＷＩＲ）応答層
１４がある。層１４は基板層１２とヘテロ接合１４ａと
形成する。しかし大部分のＳＷＩＲ放射は基板層１２の
中までは到達しないから、ＳＷＩＲ光子が発生させるキ
ャリヤー数には該層１４はあまり影響を与えない。従っ
て、放射が入射する検知器１０の裏面にフィルター（図
示しない）を具備させ、基板層１２において全くＳＷＩ
Ｒ応答が起こらないようにしてもよい。このようにし
て、接合１４ａは実質的にはＭＷＩＲ放射にのみ応答す
る。ＳＷＩＲ層１４の上にはｎ型長波長ＩＲ（ＬＷＩ
Ｒ）応答層１６が設けられる。ＬＷＩＲ層は十分厚く形
成して、下方にある２つの層１２及び１４に浸透するＬ
ＷＩＲ放射を吸収するようにする。ヘテロ接合１６ａは
層１４と層１６の間に形成され、このヘテロ接合１６ａ
は実質的にはＬＷＩＲ放射にのみ応答する。本明細書で
はＳＷＩＲ放射は約１０００ｎｍ乃至約４０００ｎｍの
範囲のスペクトル領域を含むものとする。またＭＷＩＲ
放射は約３０００ｎｍ乃至約８０００ｎｍの範囲のスペ
クトル領域を、またＬＷＩＲ放射は約７０００ｎｍ乃至
約１４０００ｎｍの範囲のスペクトル領域を含むものと
する。更にＶＬＷＩＲ放射は約１２０００ｎｍ乃至約２
００００ｎｍの範囲のスペクトル領域を含むものとす
る。
【００１１】例えば、ｎ型ＭＷＩＲ応答基板層１２はＨ
ｇ0.7 Ｃｄ0.3 Ｔｅで構成され、約８０，０００ｎｍの
厚さを有する。基板層１２は濃度約２×１０15cm-3のイ
ンジウムがドーピングされる。ｐ型ＳＷＩＲ応答層１４
はＨｇ0.6 Ｃｄ0.4 Ｔｅで構成され、約３０００ｎｍの
厚さを有する。ｐ型ＳＷＩＲ応答層１４は濃度約１×１
０17cm-3のヒ素がドーピングされる。ｎ型ＬＷＩＲ応答
層１６はＨｇ0.8 Ｃｄ0.2 Ｔｅで構成され、約６０００
ｎｍの厚さを有する。ｎ型ＬＷＩＲ応答層１６は濃度約
２×１０15cm-3のインジウムがドーピングされる。層１
２、１４及び１６はＬＰＥ、ＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ或いは
その他の適当な方法で形成される。
ｇ0.7 Ｃｄ0.3 Ｔｅで構成され、約８０，０００ｎｍの
厚さを有する。基板層１２は濃度約２×１０15cm-3のイ
ンジウムがドーピングされる。ｐ型ＳＷＩＲ応答層１４
はＨｇ0.6 Ｃｄ0.4 Ｔｅで構成され、約３０００ｎｍの
厚さを有する。ｐ型ＳＷＩＲ応答層１４は濃度約１×１
０17cm-3のヒ素がドーピングされる。ｎ型ＬＷＩＲ応答
層１６はＨｇ0.8 Ｃｄ0.2 Ｔｅで構成され、約６０００
ｎｍの厚さを有する。ｎ型ＬＷＩＲ応答層１６は濃度約
２×１０15cm-3のインジウムがドーピングされる。層１
２、１４及び１６はＬＰＥ、ＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ或いは
その他の適当な方法で形成される。
【００１２】前述の多層化された検知器１０には、イン
ジウムバンプが形成されたニッケルパッドからなる電気
接点１８及びニッケル又は適当な電気伝導体からなる基
板接点２０が設けられる。接点１８及び２０は通常のホ
トリソグラフィ技術で形成される。典型的には複数の検
知器１０が１次元又は２次元アレイ、例えば焦点面アレ
イ（ＦＰＡ）、を形成する。作動時には、これらの検知
器は接点１８及び２０を介してバイアス回路及び読出し
回路に接続される。
ジウムバンプが形成されたニッケルパッドからなる電気
接点１８及びニッケル又は適当な電気伝導体からなる基
板接点２０が設けられる。接点１８及び２０は通常のホ
トリソグラフィ技術で形成される。典型的には複数の検
知器１０が１次元又は２次元アレイ、例えば焦点面アレ
イ（ＦＰＡ）、を形成する。作動時には、これらの検知
器は接点１８及び２０を介してバイアス回路及び読出し
回路に接続される。
【００１３】３層の検知器１０には、２つのヘテロ接合
１４Ａ及び１６Ａが直列に接続され、電気的には２つの
逆方向直列接続ダイオードとして作動する。作動時に
は、検知器１０は切り換え可能なバイアス電源２２に接
続される。該電源２２は正バイアス（＋Ｖｂ）電源２２
Ａと負バイアス（−Ｖｂ）電源２２Ｂとを備えている。
電源２２Ａ及び２２Ｂは便宜上電池として図示してあ
る。電源２２Ａ及び２２Ｂはそれぞれトランジスタスイ
ッチのようなスイッチング素子２２Ｃに接続され、＋Ｖ
ｂ又は−Ｖｂのいずれかを検知器１０に印加する。
１４Ａ及び１６Ａが直列に接続され、電気的には２つの
逆方向直列接続ダイオードとして作動する。作動時に
は、検知器１０は切り換え可能なバイアス電源２２に接
続される。該電源２２は正バイアス（＋Ｖｂ）電源２２
Ａと負バイアス（−Ｖｂ）電源２２Ｂとを備えている。
電源２２Ａ及び２２Ｂは便宜上電池として図示してあ
る。電源２２Ａ及び２２Ｂはそれぞれトランジスタスイ
ッチのようなスイッチング素子２２Ｃに接続され、＋Ｖ
ｂ又は−Ｖｂのいずれかを検知器１０に印加する。
【００１４】検知器１０に＋Ｖｂを印加することによっ
てｎ−ｐ接合１６Ａは高順バイアス状態になり、低抵抗
の導電体として作動するから、回路への光子流の量には
あまり寄与しない。しかし、接合１４Ａは逆バイアス状
態になり、ＭＷＩＲ光子フラックスに比例して回路電流
を変調する。反対に、検知器１０に−Ｖｂを印加する
と、接合１４Ａは順バイアス状態になり、回路への光子
流の量にはあまり寄与しない。接合１６Ａは逆バイアス
状態になり、検知器１０に入射するＬＷＩＲフラックス
に比例する電流変調を起こす。変調電流は通常の方法で
接点１８及び２０を介して読出し回路（図示しない）に
読み出される。
てｎ−ｐ接合１６Ａは高順バイアス状態になり、低抵抗
の導電体として作動するから、回路への光子流の量には
あまり寄与しない。しかし、接合１４Ａは逆バイアス状
態になり、ＭＷＩＲ光子フラックスに比例して回路電流
を変調する。反対に、検知器１０に−Ｖｂを印加する
と、接合１４Ａは順バイアス状態になり、回路への光子
流の量にはあまり寄与しない。接合１６Ａは逆バイアス
状態になり、検知器１０に入射するＬＷＩＲフラックス
に比例する電流変調を起こす。変調電流は通常の方法で
接点１８及び２０を介して読出し回路（図示しない）に
読み出される。
【００１５】図４のＡは接合１６Ａの電流−電圧特性
（Ｉ−Ｖ特性）を示し、図４のＢは接合１４ＡのＩ−Ｖ
特性を示す。また図４のＣは接合１４Ａと接合１６Ａと
を結合した場合のＩ−Ｖ特性を示す。図４のＣにおい
て、記号ａは接合１４Ａを高い順バイアスに保持してお
いて接合１６Ａから光子応答電荷を読み出すのに適する
バイアス点を示す。記号ｂは接合１６Ａを高い順バイア
スに保持しておいて接合１４Ａから光子応答電荷を読み
出すのに適するバイアス点を示す。
（Ｉ−Ｖ特性）を示し、図４のＢは接合１４ＡのＩ−Ｖ
特性を示す。また図４のＣは接合１４Ａと接合１６Ａと
を結合した場合のＩ−Ｖ特性を示す。図４のＣにおい
て、記号ａは接合１４Ａを高い順バイアスに保持してお
いて接合１６Ａから光子応答電荷を読み出すのに適する
バイアス点を示す。記号ｂは接合１６Ａを高い順バイア
スに保持しておいて接合１４Ａから光子応答電荷を読み
出すのに適するバイアス点を示す。
【００１６】上述の実施例ではＭＷＩＲ／ＬＷＩＲ「２
色」放射検知デバイスの作動について説明した。しか
し、半導体層のカットオフエネルギバンドギャップの選
択を変えれば、応答特性も変わる。例えば、図２に示す
ＭＷＩＲ／ＬＷＩＲ／ＭＷＩＲ検知器は接合３４Ａから
ＭＷＩＲ変調電流とＬＷＩＲ変調電流を生じ、接合３６
ＡからはＬＷＩＲ変調電流のみを生ずる。ＬＷＩＲ／Ｍ
ＷＩＲ／ＶＬＷＩＲ検知器（図示しない）は図１の実施
例に類似の２色応答特性を示すが、その波長帯は異なっ
てくる。このように、本発明は各種の所望の応答特性を
備える放射検知器の構成に適用できる。
色」放射検知デバイスの作動について説明した。しか
し、半導体層のカットオフエネルギバンドギャップの選
択を変えれば、応答特性も変わる。例えば、図２に示す
ＭＷＩＲ／ＬＷＩＲ／ＭＷＩＲ検知器は接合３４Ａから
ＭＷＩＲ変調電流とＬＷＩＲ変調電流を生じ、接合３６
ＡからはＬＷＩＲ変調電流のみを生ずる。ＬＷＩＲ／Ｍ
ＷＩＲ／ＶＬＷＩＲ検知器（図示しない）は図１の実施
例に類似の２色応答特性を示すが、その波長帯は異なっ
てくる。このように、本発明は各種の所望の応答特性を
備える放射検知器の構成に適用できる。
【００１７】本発明は放射検知器がｎ−ｐ−ｎ又はｐ−
ｎ−ｐのいずれの極性をもっていても適用できる。ｎ−
ｐ−ｎ構造の選択が現在のところ好ましく、検知器のほ
ぼ全露出表面がバンドギャップの広いII−VI族の安定化
層（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）で好適に安
定化（ｐａｓｓｉｖａｔｅ）される点において有利であ
る。部分的に図１及び図２に示した層２４及び層４２は
ＣｄＴｅで形成された安定化層の例である。ＣｄＴｅ安
定化層は正の固定電荷を呈する傾向もある。このように
してｎ型の検知器表面がこれらの低濃度の不純物ドーピ
ング層の望ましい状態を保つように保持される。介在す
るｐ型層（１４又は３４）は、好ましくは比較的高レベ
ルにドーピングされる。この層では、上層の安定化層２
４又は４２からの正電荷はあまり影響しない。反対に、
負帯電の安定化を行う場合には、ｐ−ｎ−ｐ構造のほう
が好ましい。このようなｐ−ｎ−ｐ構造が図３に示され
ており、以下に詳述する。
ｎ−ｐのいずれの極性をもっていても適用できる。ｎ−
ｐ−ｎ構造の選択が現在のところ好ましく、検知器のほ
ぼ全露出表面がバンドギャップの広いII−VI族の安定化
層（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）で好適に安
定化（ｐａｓｓｉｖａｔｅ）される点において有利であ
る。部分的に図１及び図２に示した層２４及び層４２は
ＣｄＴｅで形成された安定化層の例である。ＣｄＴｅ安
定化層は正の固定電荷を呈する傾向もある。このように
してｎ型の検知器表面がこれらの低濃度の不純物ドーピ
ング層の望ましい状態を保つように保持される。介在す
るｐ型層（１４又は３４）は、好ましくは比較的高レベ
ルにドーピングされる。この層では、上層の安定化層２
４又は４２からの正電荷はあまり影響しない。反対に、
負帯電の安定化を行う場合には、ｐ−ｎ−ｐ構造のほう
が好ましい。このようなｐ−ｎ−ｐ構造が図３に示され
ており、以下に詳述する。
【００１８】図３は別の実施例を示す３層ヘテロ接合検
知器５０のである。この検知器は第１の（色）ＬＷＩＲ
−ＳＷＩＲのｐ−ｎ接合５６Ａと第２の（色）ＭＷＩＲ
−ＳＷＩＲのｐ−ｎ接合５４Ａとを備えている。印加バ
イアスの極性の反転、又は大きさの変化によって、一方
の接合は逆バイアス（活性化）され、他方の接合は順バ
イアス（不活性化）される。こうして、バイアス極性が
反転するごとに検知器５０の信号出力は２色の間を交互
に切り換わる。検知器５０の上記動作状態は図３のＢ及
びＣに単純化して示されている。なお、図３のＤは本発
明の他の実施例である検知器５０の空間的なエネルギバ
ンドギャップの状態図であり、また、図３のＥは所望の
スペクトル応答特性の組合せを図示するものである。
知器５０のである。この検知器は第１の（色）ＬＷＩＲ
−ＳＷＩＲのｐ−ｎ接合５６Ａと第２の（色）ＭＷＩＲ
−ＳＷＩＲのｐ−ｎ接合５４Ａとを備えている。印加バ
イアスの極性の反転、又は大きさの変化によって、一方
の接合は逆バイアス（活性化）され、他方の接合は順バ
イアス（不活性化）される。こうして、バイアス極性が
反転するごとに検知器５０の信号出力は２色の間を交互
に切り換わる。検知器５０の上記動作状態は図３のＢ及
びＣに単純化して示されている。なお、図３のＤは本発
明の他の実施例である検知器５０の空間的なエネルギバ
ンドギャップの状態図であり、また、図３のＥは所望の
スペクトル応答特性の組合せを図示するものである。
【００１９】本発明によれば、単一の放射検知器を用
い、しかも検知デバイス即ち画素ごとにただ１つのイン
ジウムバンプを設けることによって、２つのスペクトル
バンド即ち色に対する応答性が得られる。したがって、
比較的簡単な２端子デバイスとしてそれぞれの検知器が
電気的に動作する多色検知器が得られる。このようにし
て、本発明によって構成される検知器アレイは生産性を
向上させ、その結果デバイスの生産量の増加及び経費の
減少をもたらす。
い、しかも検知デバイス即ち画素ごとにただ１つのイン
ジウムバンプを設けることによって、２つのスペクトル
バンド即ち色に対する応答性が得られる。したがって、
比較的簡単な２端子デバイスとしてそれぞれの検知器が
電気的に動作する多色検知器が得られる。このようにし
て、本発明によって構成される検知器アレイは生産性を
向上させ、その結果デバイスの生産量の増加及び経費の
減少をもたらす。
【００２０】図５において、ｐ−ｎ−ｐ−ｎ検知器７０
で示すように、付加的な半導体の領域又は層を設けるこ
ともまた本発明の請求範囲に含まれるものである。この
図で示す実施例では、１つのｎ−ｐ接合と２つのｐ−ｎ
接合が順次に直列に接続されている。２つのｐ−ｎ接合
の一方は比較的低い逆方向降伏電圧特性をもつ１つのｐ
−ｎ接合を設けることによって形成し、他のｐ−ｎ接合
には比較的高い逆方向降伏電圧特性をもたせるよう形成
する。低いほうの降伏電圧よりも低いバイアス電圧をか
けることによって、最も高いインピーダンスの接合から
の光子電流が読み出せる。低いほうの降伏電圧を越える
バイアスをかけると、高いほうの降伏電圧の接合のみが
光子電流を変調するだけである。この様子を図６に示
す。図６では、図４のＣで示したバイアス点ａ及びｂ及
び他のバイアス点ｃが示してある。バイアス点ａ及びｃ
は２つのｐ−ｎ接合のそれぞれに対応し、それらの間に
は相違がある。
で示すように、付加的な半導体の領域又は層を設けるこ
ともまた本発明の請求範囲に含まれるものである。この
図で示す実施例では、１つのｎ−ｐ接合と２つのｐ−ｎ
接合が順次に直列に接続されている。２つのｐ−ｎ接合
の一方は比較的低い逆方向降伏電圧特性をもつ１つのｐ
−ｎ接合を設けることによって形成し、他のｐ−ｎ接合
には比較的高い逆方向降伏電圧特性をもたせるよう形成
する。低いほうの降伏電圧よりも低いバイアス電圧をか
けることによって、最も高いインピーダンスの接合から
の光子電流が読み出せる。低いほうの降伏電圧を越える
バイアスをかけると、高いほうの降伏電圧の接合のみが
光子電流を変調するだけである。この様子を図６に示
す。図６では、図４のＣで示したバイアス点ａ及びｂ及
び他のバイアス点ｃが示してある。バイアス点ａ及びｃ
は２つのｐ−ｎ接合のそれぞれに対応し、それらの間に
は相違がある。
【００２１】ここまでは、本発明をメサ型デバイスに関
して説明してきた。しかし、本発明はプレーナー型構造
のデバイスに関しても実現可能であることは勿論であ
る。プレーナー型のｎ−ｐ−ｎデバイス８０の断面図が
図７に例示されている。第１の電極８２と第２の電極８
４の間に直列に接続される複数のヘテロ接合を形成する
よう、例えば、拡散又はインプラント／焼きなまし処理
によって、このデバイスを製造することができる。また
所望なら、検知器すなわちデバイス８０をｐ−ｎ−ｐデ
バイスとして製造してもよい。
して説明してきた。しかし、本発明はプレーナー型構造
のデバイスに関しても実現可能であることは勿論であ
る。プレーナー型のｎ−ｐ−ｎデバイス８０の断面図が
図７に例示されている。第１の電極８２と第２の電極８
４の間に直列に接続される複数のヘテロ接合を形成する
よう、例えば、拡散又はインプラント／焼きなまし処理
によって、このデバイスを製造することができる。また
所望なら、検知器すなわちデバイス８０をｐ−ｎ−ｐデ
バイスとして製造してもよい。
【００２２】ここでは本発明を好ましい実施例に関して
詳しく説明したが、様態及び細部の変更を本発明の範囲
及びその精神から逸脱することなく行うことができるこ
とは当業者の当然とするところである。
詳しく説明したが、様態及び細部の変更を本発明の範囲
及びその精神から逸脱することなく行うことができるこ
とは当業者の当然とするところである。
【図１】本発明によって構成され、駆動される放射検知
器の実施例の断面図である。
器の実施例の断面図である。
【図２】本発明によって構成され、駆動される放射検知
器の別の実施例の断面図である。
器の別の実施例の断面図である。
【図３】Ａは、本発明によって構成され、駆動される放
射検知器の更に別の実施例の断面図であり、Ｂ及びＣは
該放射検知器を模式的に表した模式図であり、Ｄ及びＥ
は該放射検知器の各種の動作特性を示すグラフである。
射検知器の更に別の実施例の断面図であり、Ｂ及びＣは
該放射検知器を模式的に表した模式図であり、Ｄ及びＥ
は該放射検知器の各種の動作特性を示すグラフである。
【図４】Ａ、Ｂ及びＣは、本発明によって構成される２
端子放射検知器の電気的な性能を示すＩ−Ｖ特性曲線で
ある。
端子放射検知器の電気的な性能を示すＩ−Ｖ特性曲線で
ある。
【図５】本発明の放射検知器の更に別の実施例を示す。
【図６】図５の検知器の最適バイアス点を示しているＩ
−Ｖ曲線である。
−Ｖ曲線である。
【図７】本発明によって構成され駆動されるプレーナー
型デバイスの断面図である。
型デバイスの断面図である。
【符号の説明】 １４Ａ、１６Ａ、３４Ａ、３６Ａ、５４Ａ、５６Ａ ヘ
テロ接合 ２２ バイアス電源 ２４ 安定化層
テロ接合 ２２ バイアス電源 ２４ 安定化層
Claims (20)
- 【請求項１】 第１の電気接点と第２の電気接点との間
に電気的に直列接続された第１のｐ−ｎ接合と第２のｐ
−ｎ接合を具備したことを特徴とする放射検知器。 - 【請求項２】 請求項１記載の検知器において、 第１の導電型を有する半導体材料からなる第１の領域
と、 第２の導電型を有する半導体材料からなり、前記第１の
領域に接する第２の領域と、 第１の導電型を有する半導体材料からなり、前記第２の
領域に接する第３の領域と を有する検知器。 - 【請求項３】 請求項２記載の検知器において、前記第
１及び前記第３の領域がｎ型領域であり、前記第２の領
域がｐ型領域である検知器。 - 【請求項４】 請求項２記載の検知器において、前記第
１及び前記第３の領域がｐ型領域であり、前記第２の領
域がｎ型領域である検知器。 - 【請求項５】 請求項２記載の検知器において、更に、
前記第２の導電型を有する半導体材料からなり、前記第
３の領域に接する第４の領域を設けた検知器。 - 【請求項６】 請求項１記載の検知器において、ＳＷＩ
Ｒ放射、ＭＷＩＲ放射、ＬＷＩＲ放射及びＶＬＷＩＲ放
射からなるグループから選ばれる少なくとも２つのスペ
クトル領域内のＩＲ放射に応答するよう構成された検知
器。 - 【請求項７】 請求項１記載の検知器において、II−IV
族グループ、III −Ｖ族グループ、シリコン又はそれら
の組合せから選ばれた材料で構成された検知器。 - 【請求項８】 請求項２記載の検知器において、第１及
び第３の領域がｎ型Ｈｇ(1.0-x) ＣｄｘＴｅ材料で構成
され、第２の領域がｐ型Ｈｇ(1.0-x) ＣｄｘＴｅ材料で
構成された検知器。 - 【請求項９】 請求項８記載の検知器において、更に、 検知器の外側表面上に形成された安定化層を設け、 該安定化層が、前記第１、第２及び第３の領域のＨｇ
(1.0-x) ＣｄｘＴｅ材料に関するエネルギバンドギャッ
プよりも大きいエネルギバンドギャップをもつように選
ばれたII−VI族で構成された検知器。 - 【請求項１０】 少なくとも２つのスペクトル領域の放
射を検知する方法であって、 第１の電気接点と第２の電気接点の間に電気的に相互に
逆順方向状態に直列接続される第１のｐ−ｎ接合及び第
２のｐ−ｎ接合を有する放射検知器を製造する過程と、 前記第１の電気接点と前記第２の電気接点との間の前記
検知器に第１の極性の第１のバイアス電圧を印加して、
前記第１のｐ−ｎ接合に順バイアスをかけ、前記第２の
ｐ−ｎ接合に逆バイアスをかける過程と、 第１のスペクトル領域内の放射フラックスの作用によっ
て変調された電流信号を読み出す過程と、 前記第１のバイアス電圧の印加を解き、前記第１の電気
接点と前記第２の電気接点との間の前記検知器に、逆極
性の第２のバイアス電圧を印加して、前記第２のｐ−ｎ
接合に順バイアスをかけ、前記第１のｐ−ｎ接合に逆バ
イアスをかける過程、及び 第２のスペクトル領域内の放射フラックスの作用によっ
て変調された電流信号を読み出す過程、 からなる過程を含むことを特徴とする放射検知方法。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の方法において、更
に、 前記第１及び前記第２のｐ−ｎ接合に直列に結合される
第３のｐ−ｎ接合を設ける過程と、 第２の極性の第３のバイアス電圧を、前記第１の電気接
点と前記第２の電気接点との間の前記検知器に印加し
て、前記第３のｐ−ｎ接合に前記第１のｐ−ｎ接合の降
伏電圧を越える逆バイアスをかける過程と、 第３のスペクトル領域内の放射フラックスの作用によっ
て変調された電流信号を読み出す過程、 からなる過程を含む放射検知方法。 - 【請求項１２】 アレイを構成するＩＲ放射検知器の各
々が、第１の電気的接点と第２の電気的接点との間に直
列接続された少なくとも第１のヘテロ接合と第２のヘテ
ロ接合とを有し、該ヘテロ接合の各々が、逆バイアス状
態において、対象とするスペクトル領域内のＩＲ放射フ
ラックスによって前記検知器を流れる電流を変調するこ
とにより、対象とするスペクトル領域内のＩＲ放射に応
答するように形成された検知器で構成されており、かつ
該各検知器が、第１の導電型を有するII−VI族からなる
第１の体積の半導体材料と、第２の導電型を有するII−
VI族からなる第２の体積の半導体材料と、第１の導電型
を有するII−VI族からなる第３の体積の半導体材料とを
含んでなる検知器でで構成されたＩＲ放射検知アレイ。 - 【請求項１３】 請求項１２記載のＩＲ放射検知器アレ
イにおいて、各検知器が更に実質的に外側表面の全面を
覆う安定化層を備え、前記安定化層が、前記第１、第２
及び第３の体積のII−VI族半導体材料に関連するエネル
ギバンドギャップよりも広いエネルギバンドギャップを
もつように選ばれたII−VI族で構成されたアレイ。 - 【請求項１４】 請求項１３記載のＩＲ放射検知アレイ
において、前記第１の体積及び前記第３の体積の半導体
材料が、それぞれｎ型のＨｇ(1.0-x) ＣｄｘＴｅで構成
され、前記第２の体積の半導体材料が、ｐ型のＨｇ
(1.0-x) ＣｄｘＴｅで構成され、前記安定化層がＣｄＴ
ｅで構成されたアレイ。 - 【請求項１５】 請求項１２記載のＩＲ放射検知アレイ
において、前記検知器の各々の前記第１の電気的接点
が、正極性の第１のバイアス電圧と負極性の第２のバイ
アス電圧とに切換え可能に結合されるように構成された
アレイ。 - 【請求項１６】 請求項１２記載のＩＲ放射検知器のア
レイにおいて、更に、前記第３の体積に接する第４の体
積の半導体材料を設け、該第４の体積の半導体材料は、
前記第２の導電型を有するII−VI族材料で構成されて、
前記第３の体積の半導体材料と第３のヘテロ接合を形成
するように構成されたアレイ。 - 【請求項１７】 請求項１６記載のＩＲ放射検知アレイ
において、前記検知器の各々の前記第１の電気的接点
が、第１の極性の第１のバイアス電圧と前記第１の極性
とは反対極性の第２のバイアス電圧とに切換え可能に結
合されるように構成されたアレイ。 - 【請求項１８】 請求項１２記載のＩＲ放射検知アレイ
において、放射検知器がメサ型デバイスで構成されたア
レイ。 - 【請求項１９】 請求項１２記載のＩＲ放射検知アレイ
において、放射検知器がプレーナー型デバイスで構成さ
れたアレイ。 - 【請求項２０】 請求項１２記載の放射検知アレイにお
いて、放射検知器が、ＳＷＩＲ放射、ＭＷＩＲ放射、Ｌ
ＷＩＲ放射及びＶＬＷＩＲ放射からなるグループから選
ばれる少なくとも２スペクトル領域内の放射に応答する
ように構成されたアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP80000691A JPH11295146A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | マルチバンド放射検知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP80000691A JPH11295146A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | マルチバンド放射検知器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295146A true JPH11295146A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=18528255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP80000691A Pending JPH11295146A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | マルチバンド放射検知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11295146A (ja) |
-
1991
- 1991-03-14 JP JP80000691A patent/JPH11295146A/ja active Pending
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