WO2006128407A1 - Detector array and method for identifying spectral portions in radiation incident upon a detector array - Google Patents

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WO2006128407A1
WO2006128407A1 PCT/DE2006/000447 DE2006000447W WO2006128407A1 WO 2006128407 A1 WO2006128407 A1 WO 2006128407A1 DE 2006000447 W DE2006000447 W DE 2006000447W WO 2006128407 A1 WO2006128407 A1 WO 2006128407A1
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radiation detector
spectral
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PCT/DE2006/000447
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Arndt Jaeger
Peter Stauss
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L31/08Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
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    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645Colour imagers

Definitions

  • the invention relates to a detector arrangement having a plurality of radiation detectors and to a method for determining spectral components from a radiation incident on a detector arrangement.
  • a detector arrangement with a plurality of juxtaposed Si photodiode chips for radiation detection is often used.
  • the spectral sensitivity distribution of the respective Si photodiode chip is adapted to the desired detection range via external filters assigned via the individual Si photodiode chips.
  • Such a detector arrangement with a plurality of Si photodiode elements is known from the preliminary data sheet for the component "MTCSiCT" from Laser Components. However, this component is relatively expensive due to the complex dielectric filtering.
  • Si photodiode chips furthermore usually have their maximum sensitivity in the infrared spectral range. In the visible spectral range, however, Si photodiode chips generally generate a comparatively low signal, so that radiation detection by means of Si photodiode chips in the visible spectral range is ineffective compared to detection in the infrared spectral range.
  • An object of the present invention is to specify an improved detector arrangement, in particular for the efficient detection of radiation in the visible spectral range. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for determining spectral components in an incident on an efficient detector array radiation that the - -
  • a detector arrangement comprises a plurality of discrete radiation detectors, in particular arranged laterally side by side, wherein a first radiation detector and a second radiation detector of the detector arrangement each have a semiconductor body with an active area provided for radiation reception and signal generation and one detection area associated with the respective radiation detector.
  • the detection region is preferably a, in particular contiguous, wavelength range in which the respective radiation detector is sensitive, that is to say in which a significant signal, which is visibly contrasted by a background noise, is generated by the respective radiation detector.
  • the detection range lies in a wavelength range for which the detector arrangement or the respective radiation detector is provided for radiation detection.
  • the respective radiation detector can be designed specifically for detection in a predetermined detection area.
  • the semiconductor body in particular the active area, at least one radiation detector, in particular the active area of the first radiation detector and the active area of the second radiation detector, contains a III-V semiconductor material and / or it is the active area of the first radiation detector of the active one Area of the second radiation detector performed differently.
  • an advantageously high internal quantum efficiency in the generation of electron-hole pairs due to photons striking the active region can be achieved.
  • a high internal quantum efficiency is usually accompanied by an advantageously increased efficiency of the radiation detector.
  • Various embodiments of the active regions of the first and second radiation detectors facilitate the matching of the detection regions of the respective radiation detectors for radiation detection in different spectral ranges.
  • a discrete and separate, that is not monolithically integrated, embodiment of the radiation detectors of the detector arrangement the production cost can be reduced with advantage. Due to the separate embodiment, individual radiation detectors of the detector arrangement, in particular their semiconductor body, can be manufactured in a coordinated manner to a predetermined detection area assigned to the respective radiation detector.
  • a band gap and / or a thickness of a functional layer of the active region of the first radiation detector is different from a band gap or a thickness of a functional layer of the active region of the second radiation detector.
  • Detection areas can be facilitated.
  • the detection range can be selectively influenced or shaped.
  • the functional layer preferably absorbs substantially radiation in a wavelength range which comprises wavelengths smaller than the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer.
  • the thickness of the functional layer determines the proportion of radiant power absorbed in the functional layer from the radiation incident on the detector array.
  • the strength of the detector signal, for example the photocurrent or variables derived therefrom, of the respective radiation detector can be set in a targeted manner.
  • An increase in the thickness of the functional layer usually results in an increase in the radiation power absorbed therein, which in turn usually yields higher signals.
  • the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the first radiation detector and / or the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the second radiation detector lies in the visible spectral range.
  • CIE Commission Internationale de l'Eclairage
  • the wavelength range between 420 nm inclusive and 700 nm inclusive can be regarded as a visible ⁇ spectral range, in particular for the light-adapted human eye.
  • the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the first radiation detector and the wavelength corresponding to the band gap of the puncturing layer of the active region of the second radiation detector lie in different-colored spectral regions. The detection or determination of different colored spectral components in an incident on the detector array radiation is facilitated.
  • the detector arrangement can be provided or designed in particular for the detection of spectral components of different colors, for example, portions of the primary colors red, green and blue.
  • the detection range of the first radiation detector and the detection range of the second radiation detector overlap, in particular only partially or completely.
  • the detection of radiation over a coherent wavelength range is facilitated.
  • the detector arrangement is preferably arranged over a coherent, in particular predetermined, detection wavelength range, e.g. over the visible spectral range, sensitive.
  • the detection wavelength range may be formed by means of the overlapping detection ranges of the individual radiation detectors.
  • the first and / or the second radiation detector has a predetermined spectral sensitivity distribution assigned to the respective radiation detector with one, local or global, maximum at a predetermined maximum wavelength.
  • the maximum wavelength and / or the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the radiation detector preferably lies in the detection region assigned to this radiation detector.
  • the generation of a comparatively high detector signal in the detection range of the radiation detector can thus be achieved in a simplified manner.
  • this is to be seen in contrast to comparatively inefficient detectors whose band gap or sensitivity maximum lies outside the detection range, as is often the case, for example, in the case of detection in the visible spectral range with conventional Si photodiode chips.
  • At least one radiation detector, in particular a plurality of radiation detectors, of the detector arrangement has a filter layer structure with at least one filter layer.
  • the filter layer structure is monolithically integrated in the semiconductor body of the radiation detector.
  • the filter layer structure it is possible to absorb fractions from the incident radiation which do not reach the active region of the radiation detector for signal generation.
  • the filter layer structure is arranged and / or formed between a radiation entrance side of the radiation detector, in particular a radiation entrance side of the semiconductor body of this radiation detector, and the active region of the semiconductor body.
  • the filter layer structures of radiation detectors for different detection areas are furthermore expediently designed differently from one another.
  • the filter layer structure preferably absorbs radiation in a wavelength range which has wavelengths smaller than the maximum wavelength of the spectral sensitivity distribution of the radiation detector and / or wavelengths smaller than the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the radiation detector.
  • the spectral sensitivity distribution of the radiation detector or the detection range of the radiation detector in particular on the short wavelength side for wavelengths smaller than the Maxitnumswellendorf and / or the band gap of the functional layer of the radiation detector corresponding wavelength can be selectively formed.
  • the filter layer structure can determine a short-wave cut-off wavelength of the spectral sensitivity distribution of the radiation detector and / or a short-wave cutoff wavelength of the detection range of the radiation detector. Radiation absorbed in the filter layer structure does not reach the active region, so that only a correspondingly reduced signal is generated in the absorption wavelength range of the filter layer structure.
  • a band gap of the filter layer determines the absorption wavelength range of the filter layer and a thickness of the filter layer determines the proportion of radiant power absorbed from the incident radiation.
  • two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that a composition of a filter layer of the filter layer structure of one radiation detector is equal to the composition of the functional layer of the active region of the other radiation detector of the detector arrangement.
  • the other radiation detector preferably has a detection region which comprises wavelengths smaller than the wavelength of the band gap of the wavelength corresponding to one radiation detector.
  • the coordination of the detection areas of the two radiation detectors of the detector arrangement to one another such that a comparatively small overlap of their detection areas and / or their sensitivity distributions results can thus be facilitated.
  • the filter layer of the one radiation detector has a thickness that is equal to the thickness of the functional layer of the other radiation detector.
  • the filter layer structure has a plurality of filter layers.
  • the filter layers of the filter layer structure can be designed, for example, to absorb radiation having wavelengths from different wavelength ranges, so that the targeted shaping of the spectral sensitivity distribution of a radiation detector, in particular for wavelengths smaller than the maximum wavelength, can be simplified.
  • the filter layers of the filter layer structure preferably have different band gaps and / or thicknesses for this purpose. The absorption wavelength range of the filter layer structure can thus be more favorably influenced or widened than a structure having a single filter layer in this way.
  • two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the detection range of one radiation detector includes the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the other radiation detector.
  • the detection range of the other radiation detector has wavelengths outside of
  • the other radiation detector is provided as compared to the one longer wavelength radiation detector.
  • the other radiation detector thus generates signals both in the detection area assigned to it and in the detection area of the one radiation detector.
  • the radiation detectors can advantageously be manufactured at lower cost.
  • the maximum wavelength of the other radiation detector may be within the detection range of the one radiation detector.
  • two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the band gap of the functional layer of the one - -
  • Radiation detector corresponding wavelength is outside the detection range of the other radiation detector.
  • a suitable filter layer structure such as the above-mentioned type, optionally in combination with a suitable formation of the active region.
  • a suitable filter layer structure such as the above-mentioned type, optionally in combination with a suitable formation of the active region.
  • two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the detection area of one radiation detector only partially or completely covers the detection area of the other radiation detector.
  • the assignment of the spectral components to the respective radiation detector can be facilitated, whereas with complete coverage, the radiation detectors can possibly be manufactured more cost-effectively due to a waiver of the adaptation of the spectral sensitivity distributions or the detection regions.
  • two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the spectral sensitivity distribution of one radiation detector of the detector arrangement overlaps, in particular only partially or completely, with the spectral sensitivity distribution of the other radiation detector. Due to the overlap, the formation of a predetermined detection wavelength range, in which the detector arrangement is provided for radiation detection and / or formed, can be facilitated. In particular, the detection wavelength range compared to the Detection range of a single radiation detector to be widened.
  • two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the maximum wavelength of the spectral
  • Sensitivity distribution of the one radiation detector of the detector array is different from the maximum wavelength of the spectral sensitivity distribution of the other radiation detector of the detector array, wherein the spectral sensitivity distribution of the radiation detector of the detector array with the larger maximum wavelength with that spectral sensitivity distribution of the radiation detector of the detector array with the smaller maximum wavelength, especially for wavelengths below the smaller maximum wavelength, at least partially coincident.
  • the spectral sensitivity distribution of the radiation detector having the larger maximum wavelength completely covers that of the radiation detector having the smaller maximum wavelength.
  • a radiation detector of the detector arrangement can thus generate a significant signal in, possibly over the entire detection range, of a further radiation detector.
  • an arithmetic operation for example the formation of the difference between the signals of the radiation detector and the further radiation detector, can be carried out after detecting the signals of the detectors. From the signal of the one radiation detector, in particular directly, a first spectral component and from the result obtained from the arithmetic operation, a second spectral component in the incident radiation can be determined.
  • the detector arrangement is provided for determining color components, in particular portions of the primary colors red, green and blue, in radiation incident on the detector arrangement and / or _ 1 ⁇ _
  • the detector arrangement is designed to determine the color impression, for example the color locus and / or the color temperature, of the incident radiation.
  • the color locus is usually given by the color coordinates (x and y) in the CIE diagram. If, for example, the incident radiation contains blue components to an increased extent, a correspondingly high signal is generated in a radiation detector sensitive in this spectral range, while correspondingly low signals are preferably generated in the radiation detectors for the red and green spectral ranges.
  • the three mutually independent signals which can preferably be assigned to the respective color component to be determined, signals can accordingly be obtained about the color locus of the incident radiation.
  • Color fraction determination three radiation detectors wherein the first radiation detector for detecting radiation in the blue spectral range, the second radiation detector for detecting radiation in the green spectral range and the third radiation detector for detecting radiation in the red spectral range provided and / or formed. These radiation detectors are preferably only significantly sensitive in one of the visible spectral ranges mentioned.
  • the first radiation detector is sensitive in the blue, green and red spectral range
  • the second radiation detector is sensitive only in the green and blue spectral range
  • the third radiation detector is only in the blue spectral range - ⁇
  • the first radiation detector generates a signal in both the blue, green and red spectral range
  • the determination of spectral components, in particular blue and green components, from the signal of the detector arrangement is in contrast to immediate acquisition of the information about the color components from those in the individual components
  • the detectors of the detector arrangement can be manufactured more cheaply, since an adaptation of the detection ranges of the individual detectors, such as filter layers, can be dispensed with each other.
  • the radiation detectors thus generate signals in the blue spectral range.
  • a radiation detector which generates a signal not only in the detection area assigned to it but also in the detection area assigned to another radiation detector can be correlated with the signal of the other radiation detector.
  • a signal generated in the radiation detector can be easily distinguished from an uncontrolled background noise by comparison with the signal of the other radiation detector, which is likewise sensitive to the spectral component in question.
  • the color components can be obtained, for example, by means of forming differences from signals of discrete radiation detectors.
  • the semiconductor body in particular the active region, the functional layer and / or the filter layer structure, the first radiation detector and / or the second radiation detector contains a III-V semiconductor material, in particular a material from the III-V semiconductor material system In x Ga y Ali_ x - y P, where O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ l, preferably y ⁇ O and / or y ⁇ l, In x Ga 7 Al 1 -X -7 As, with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ l, preferably y ⁇ O and / or y ⁇ l, and / or In x Ga y Al x-y N, with O ⁇ x ⁇ l , O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ l, preferably y ⁇ O and / or y ⁇ l.
  • III-V semiconductor materials can, as already mentioned above, be distinguished by particularly advantageous high internal quantum efficiencies.
  • In x Ga y Ali_ x _ y P can be easily formed active areas or functional layers, by means of which the entire visible spectral range can be covered.
  • a filter layer comprising a III-V semiconductor material, in particular from the material system In x Ga y Ali. x _y P or In x Ga y Ali_ x - y As, for a filter layer structure simplified in a semiconductor body, in particular in a semiconductor body on In x Ga 7 Ali_ x . y P- and / or In x Ga y Ali- X. y As base, monolithically integrated.
  • a particularly compact and small design of the radiation detector with the filter layer structure can be achieved in a simplified manner.
  • the functional layer, in particular the semiconductor body, the filter layer structure and / or the active region, of a radiation detector of the detector arrangement and the functional layer, in particular the semiconductor body, the filter layer structure and / or the active region, are based on a further radiation detector of the detector arrangement same semiconductor material system. The manufacture of the radiation detectors of the detector arrangement can thus be simplified.
  • Detector arrangement comprises a Halbleiterk ⁇ rper with an active signal area provided for the active area, are first a first wavelength range for a first to be determined spectral Proportion and a second wavelength range for a second, different from the first spectral component to be determined spectral component.
  • the detection range of the first radiation detector comprises the first wavelength range
  • the detection range of the second radiation detector comprises the second wavelength range
  • the detection range of the second radiation detector overlaps with the first wavelength range.
  • the radiation detectors are preferably arranged laterally next to each other and / or implemented discretely as individual detectors.
  • the first and the second radiation detector preferably have a semiconductor body with an active region provided for signal generation.
  • the signals generated, in particular due to the incident radiation, by means of the first radiation detector and by means of the second radiation detector are detected.
  • the first spectral component can be determined.
  • the second spectral component and / or the second wavelength range comprises wavelengths greater than those of the first spectral component or the first wavelength range.
  • the difference of the signal generated by the second radiation detector and the signal generated by the first radiation detector is formed.
  • the spectral components in the incident radiation can be determined by means of the signal generated by the first radiation detector and by means of the result of the previously formed difference.
  • the first spectral component in the incident radiation is preferred by means of the signal generated by the first radiation detector and / or the second - -
  • Spectral component in the incident radiation determined by means of the difference previously formed.
  • the detection range of the second radiation detector completely covers the first wavelength range.
  • the second radiation detector is thus sensitive to the first and the second spectral component.
  • An adaptation of the detection range of a radiation detector of the detector arrangement, for example by expensive filtering, can thus be dispensed with with advantage.
  • the detection area and / or the sensitivity distribution can be determined essentially solely by the active area, in particular the functional layer, of the radiation detector.
  • the semiconductor body, in particular the active region, of the first radiation detector and / or of the second radiation detector contains a III-V semiconductor material, in particular a material from the III-V semiconductor material system
  • a III-V semiconductor material in particular a material from the III-V semiconductor material system
  • In x Ga y Ali_ x _ y P with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ l, preferably y ⁇ O and / or y ⁇ l
  • In x Ga 7 Ali- X _ y As ' with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ l, preferably y ⁇ O and / or y ⁇ l, and / or In x Ga y Ali_ x _ y N, where O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ l, preferably y ⁇ O and / or y ⁇ l.
  • Such semiconductor materials are, as already mentioned above, particularly suitable for a radiation detector in the visible spectral range.
  • a detector arrangement according to the invention is preferably used, so that the features described above and below for the detector arrangement can also be used for the method according to the invention, and vice versa.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • Embodiment of a detector arrangement according to the invention in Figure IA a qualitative representation of the spectral sensitivity distribution of a radiation detector in Figure IB and in Figure ID the spectral sensitivity distribution of the detector arrangement of Figure IA with corresponding to the table in Figure IC formed elements and
  • FIG. 2 shows in FIG. 2A a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of a detector arrangement according to the invention, in FIG. 2C the spectral one
  • Sensitivity distribution of a detector arrangement according to FIG. 2A with elements corresponding to the table in FIG. 2B and in FIG. 2D difference curves of the spectral sensitivity distributions of radiation detectors according to FIG. 2C.
  • FIG. 1A a first exemplary embodiment of a detector arrangement according to the invention is schematically illustrated by means of a sectional view.
  • the detector arrangement 10 comprises a first radiation detector 1, a second radiation detector 2 and a third radiation detector 3.
  • the radiation detectors 1, 2 and 3 of the detector arrangement each comprise a semiconductor body 11, 21 and 31, respectively.
  • the semiconductor bodies of the radiation detectors each have an active region 12 , 22 _ -y ⁇ _
  • the active region of the respective radiation detector preferably comprises at least one functional layer which can absorb radiation components from a radiation 40 incident on the detector arrangement.
  • the active region can be formed by a functional layer.
  • the active region 12, 22 or 32 of at least one radiation detector of the detector arrangement preferably of the first, of the second and of the third radiation detector, contains a III-V semiconductor material and / or it is the active region of a first radiation detector of the detector arrangement of that of another Radiation detector of the detector arrangement executed differently.
  • the active regions of the first radiation detector, the second radiation detector and the third radiation detector are made in pairs different from each other.
  • the active region of the first radiation detector, of the second radiation detector and / or of the third radiation detector is preferably arranged between a first barrier layer 13, 23 or 33 and a second barrier layer 14, 24 and 34, respectively.
  • the barrier layers of a radiation detector such.
  • As the layers 13 and 14 of the first radiation detector 1, preferably have different conductivity types (n-type or p-type).
  • the semiconductor bodies of the radiation detectors are furthermore preferably each arranged on a carrier 15, 25 or 35.
  • the carrier advantageously mechanically stabilizes the respective semiconductor body arranged thereon.
  • the carrier may comprise the growth substrate on which the semiconductor body arranged on the carrier has grown, in particular epitaxially, or the carrier may be formed by this growth substrate.
  • the supports 15, 25 and 35 preferably contain a same material or are formed from the same materials.
  • the radiation detectors of the detector arrangement are preferably different, in particular different in pairs, Detection areas, ie areas in which the radiation detectors generate a significant signal assigned. If the detector arrangement is designed to detect radiation over the visible spectral range, for example the first radiation detector 1 is assigned a detection area which comprises the blue spectral range, the second radiation detector 2 is assigned a detection area comprising the green spectral range, and the third radiation detector 3 Assigned detection range, which includes the red spectral range.
  • the detection areas are preferably matched to one another in such a way that a detection area comprising a smaller wavelength overlaps with, in particular only, the adjacent longer-wavelength detection area.
  • the detection of radiation over a coherent detection wavelength range for example the visible spectral range
  • the detection range of the respective radiation detector can be determined by the formation of the functional layer of the active region. Expediently, the functional layers of radiation detectors which have different detection areas are designed differently.
  • Radiation detectors which are intended for different detection areas, different band gaps and / or thicknesses.
  • the band gap essentially defines the wavelength range absorbed by the incident radiation.
  • the bandgap defines an upper limit of this wavelength range.
  • the detection range in particular an upper limit wavelength of the detection range, can thus be set via the band gap of the functional layer.
  • the radiation detectors are preferably such -. -
  • the radiation detectors preferably have a first electrical contact 16, 26 or 36 and a second electrical contact 17, 27 and 37, respectively.
  • the first and second contacts are particularly preferably arranged on opposite sides of the carrier 15, 25 and 35, respectively.
  • the first and second contacts are electrically connected to the respective active region.
  • the active region is preferably arranged between the first and the second contact.
  • the carrier contains a semiconductor material, such as GaAs, it may be doped to increase the conductivity.
  • the radiation detectors are preferably arranged laterally next to one another.
  • the radiation detectors 1, 2 and 3 can be arranged on a common carrier element 100.
  • the carrier element 100 can be designed, for example, as part of a housing body, in particular a plastic housing body of an optoelectronic component, or as a printed circuit board.
  • a housing body protects the radiation detector chips (a carrier with the semiconductor body arranged thereon) from harmful external influences.
  • the radiation detector chips a carrier with the semiconductor body arranged thereon
  • Radiation detectors are electrically contacted, for example, by the contacts 17, 27 and 37 and 16, 26 and 36 are electrically connected to the conductor tracks of the circuit board.
  • Proportions of the radiation 40 entering the semiconductor body 11, 21, or 31 of the respective radiation detector 1, 2, or 3 on a radiation entrance side 18, 28, or 38 of the respective radiation detector can correspond to the band gap of FIG - -
  • the sensitivity distribution of the individual radiation detectors preferably has a maximum at a maximum wavelength, which expediently lies in the detection area assigned to the respective radiation detector.
  • FIG. 1B qualitatively shows the dependence of the spectral sensitivity distribution R on the wavelength ⁇ of the incident radiation for a single radiation detector.
  • the spectral sensitivity distribution 101 has a maximum 106 at the maximum wavelength ⁇ m and a short-wave limit ⁇ a and a long-wavelength cut-off wavelength X] 3 .
  • the detection range of the radiation detector is limited by the wavelengths ⁇ a and X] 3 .
  • High-energy short-wave radiation can also be absorbed in active regions or functional layers provided for detection of longer-wave radiation and accordingly generate a signal.
  • a filter layer structure which comprises at least one filter layer and absorbs radiation having a wavelength smaller or smaller than the maximum wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region, signal generation due to short-wave radiation can be reduced in accordance with the short-wave radiation fraction absorbed in the filter layer.
  • the detection range of the respective radiation detector can, if appropriate in combination with a functional layer of a suitable band gap, be adapted to a spectral component to be determined.
  • the filter layer structure is monolithically integrated in the semiconductor body and arranged between the radiation entrance side of the semiconductor body and the active region of the radiation detector.
  • the second radiation detector 2 and the third radiation detector 3 have a filter layer structure 29 and 39, respectively.
  • the filter layer structure 39 of the third radiation detector has a first filter layer 391 and a second filter layer 392, which preferably have different band gaps and thicknesses.
  • the filter layer structure makes it easier to reduce signal generation in active regions of radiation detectors provided for longer-wave radiation in the short-wave range-smaller than the maximum wavelength. Shortwave radiation is increasingly absorbed in the filter layer structure and thus can only generate signals in the active region to a reduced extent.
  • the semiconductor body can be terminated by a contact layer 160, 260 or 360.
  • the contact layer has advantageous electrical contact properties for the first contact.
  • radiation detectors for the visible spectral range are particularly suitable for the material system In x Ga y Ali_ x . y P. This material system is particularly suitable for the active area.
  • semiconductor bodies which have elements which are formed according to the table shown in FIG. 1C are particularly suitable for the radiation detectors.
  • the carrier 15, 25 and 35 can each be provided by an n-GaAs growth substrate on which the semiconductor bodies 11, 21 and 31 are grown epitaxially.
  • the semiconductor body is based on the material system 0, 5 (Ga x Al x) 0, sp 0 ⁇ x ⁇ 1, which is characterized by good lattice matching to a GaAs growth substrate.
  • the Band gap of a semiconductor layer can be adjusted from this material system.
  • D denotes the thickness
  • E G the band gap relevant for the absorption, in particular the direct band gap
  • ⁇ G the wavelength corresponding to this band gap
  • the filter layer structure 29 has a filter layer which is formed in thickness and composition corresponding to the active region 12 of the first radiation detector. The same applies to the first filter layer 391 of the third radiation detector 3.
  • the second filter layer 392 of the filter layer structure 39 of the third radiation detector 3 is formed in thickness and composition corresponding to the active region 22 of the second radiation detector.
  • a filter layer of a radiation detector having a detection region which, compared to that of a further radiation detector, comprises larger wavelengths, is accordingly designed in terms of composition and thickness in accordance with the functional layer of the further radiation detector.
  • the spectral sensitivity distribution of the individual radiation detectors of a detector arrangement formed in this way is shown schematically in FIG.
  • the spectral sensitivity distribution of a detector arrangement according to FIG. 1A was simulated, the simulation of the table in FIG. IC being based on corresponding data.
  • FIG. 1D the wavelength dependence of the responsivity of the generated photocurrent in amps per watt of the incident radiation power on the wavelength of the radiation incident on the detector array is plotted in nm.
  • the detection range of the first radiation detector 1 ranges from including ⁇ a] _ «400 nm up to and including X] 3 1 ⁇ 600 nm, that of the second radiation detector 2 by including ⁇ a, 2 ö 480 nm b ⁇ 13 including X] 3 ⁇ * 65 ° nm and d that of the third radiation detector 3 from including Xa 3 * 550 nm up to and including Xj 3 3 «675 nm.
  • the detector array substantially covers the entire visible spectral range, which is illustrated by curve 104, which represents the sensitivity of a brightly adapted human eye according to the CIE standard.
  • the detection areas of the radiation detectors overlap with each other.
  • the detection range of the longest wavelength radiation detector 3 overlaps that of the radiation detector 1 provided for the shortest wavelength radiation. This overlap can optionally be avoided by otherwise forming the active zone of the radiation detector 1 or suitable filtering. The determination of spectral components in the incident radiation 40 can thus be facilitated.
  • the first radiation detector 1 is assigned to the blue spectral range, the second radiation detector 102 to the green spectral range and the third radiation detector 103 to the red spectral range.
  • the short-wave edge of the spectral sensitivity distributions of the second radiation detector 2 and the third radiation detector 3 is shaped for wavelengths smaller than the respective maximum wavelength by absorbing wavelengths from the incident radiation smaller than the maximum wavelength in the filter layer structure of these radiation detectors.
  • the spectral sensitivity distributions are formed through the filter layer such that two spectral sensitivity distributions with adjacent ones Cut maximum latencies at a value less than half the maximum value. This is the case in the present training example. Half the maximum value is about 0.15 A / W.
  • the filter layer structure determines the short-wave limit of the detection range of the respective radiation detector. Since in the material system In x Ga 7 Al 1 . x . y P only comparatively low sensitivities can be achieved in the blue spectral range, an additional filter layer structure for shaping the short-wave edge of the sensitivity distribution can be dispensed with in the case of the first radiation detector.
  • the coordination of the radiation detectors on different-colored spectral regions can be obtained directly from the signals detected by the discrete radiation detectors on color components in the radiation incident on the detector array. Further, the color impression can be determined.
  • the radiation detectors of the detector arrangement are preferably matched to one another such that they have substantially the same maximum values. This can be achieved by suitable design of the active region, in particular the functional layer of the respective radiation detector.
  • the three radiation detectors essentially have the common maximum value of 0.3 A / W.
  • the semiconductor body 31 of the radiation detector 3 provided for the long-wave radiation has, according to the table above, a considerable thickness of approximately 5 ⁇ m. This considerable thickness is due to the filter layer structure which serves to tune the detection areas and which absorbs wavelengths from wavelength ranges which are undesirable for signal generation.
  • the filter layer structure alone can serve to shape the short-wave edge of the spectral sensitivity distribution of the radiation detector.
  • the barrier layers arranged with respect to the active region on the radiation inlet side can also be provided for filtering.
  • the barrier layers of the radiation detectors of the detector arrangement have different thicknesses (compare the table in FIG. 1C). With the radiation detectors 2 and 3 designed for longer-wave radiation, short-wave radiation is thus increasingly absorbed in the respective barrier layers.
  • FIG. 2 shows in FIG. 2A a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of a detector arrangement according to the invention, in FIG. 2C the spectral
  • Sensitivity distribution of a detector arrangement according to FIG. 2A with elements corresponding to the table in FIG. 2B and in FIG. 2D difference curves of the spectral sensitivity distributions of radiation detectors according to FIG. 2C.
  • the detector arrangement according to the second exemplary embodiment again comprises a first radiation detector 1, a second radiation detector 2 and a third radiation detector 3.
  • the embodiment according to FIG. 2A essentially corresponds to the first exemplary embodiment.
  • the second radiation detector 2 and the third radiation detector 3 do not have the filter layer structures 29 or 39.
  • the third radiation detector 3 is sensitive over the detection range of the second and the first radiation detector.
  • the second radiation detector in turn is sensitive over the detection range of the first radiation detector, but insensitive in the detection range of the third.
  • the detection regions of the first, the second and the third radiation detector can in particular have a common lower limit wavelength.
  • D denotes the thickness
  • E G the absorption, in particular direct, band gap
  • ⁇ G the wavelength corresponding to this band gap.
  • FIG. 2C The spectral sensitivity distribution of the individual radiation detectors of a detector arrangement designed according to this table is shown schematically in FIG. 2C.
  • FIG. 2C the spectral sensitivity distribution of a detector arrangement according to FIG. 2A was simulated, the simulation of FIG. 2B being based on corresponding data.
  • FIG. 2C the wavelength dependence of the responsivity of the generated photocurrent in amperes per watt of the incident radiation power on the wavelength of the radiation incident on the detector array is plotted in nm.
  • the first radiation detector 1 for the blue spectral region has the same spectral sensitivity distribution as the detector of FIG. ID, since it is manufactured in accordance with that of FIG. 1D.
  • the filter layer structure was dispensed with, so that these detectors are sensitive to short-wavelength wavelength ranges compared to FIG.
  • the sensitivity distributions of the first, the second and the third radiation detector for wavelengths smaller than the maximum wavelength ⁇ m , i of the first radiation detector overlap.
  • the spectral sensitivity distributions of the first, the second and the third radiation detector for wavelengths smaller than ⁇ m , i are congruent in the region 105 of the spectral sensitivity distribution of the detector arrangement 10.
  • the detection range of the first radiation detector extending from including the common short wavelength cutoff wavelength of the three radiation detectors ⁇ a "400 nm to ⁇ j-, ⁇ « 600 nm, that of the second radiation detector by including ⁇ a to including XT 0 2 "650 nm and that of the third radiation detector of including ⁇ a up to and including X] 3 3 '675 nm.
  • the peak wavelength of the spectral sensitivity distribution of the first radiation detector ⁇ m, i is nm at about 490
  • the individual radiation detectors thus have significant overlapping or even overlapping ones
  • the determination of color components from the incident radiation can be carried out in the detector arrangement according to FIG. 2A by means of the formation of differences of the signals generated in the radiation detectors on the basis of the incident radiation.
  • it is preferred to subtract from a spectral sensitivity distribution of a radiation detector in particular exclusively that of a further radiation detector with a shorter-wavelength detection range.
  • FIG. 2D shows curves resulting from such a difference formation.
  • the curve 101 corresponds to the spectral sensitivity distribution of the first radiation detector 1.
  • the spectral sensitivity distribution of the first radiation detector 101 has been changed from the spectral
  • Sensitivity distribution of the second radiation detector 102 subtracted from Figure 2C.
  • the spectral sensitivity distribution 102 of the second radiation detector was determined from the spectral
  • Sensitivity distribution 103 of the third radiation detector deducted. From the signal of the first radiation detector 101, a blue spectral component can be determined.
  • the difference curve 112 has a maximum at ⁇ D / 2 «540 nm and is provided for determining spectral components in the green spectral range.
  • the difference curve 123 has a maximum at ⁇ D / 2 * 595 nm and is for determining spectral components in OQ
  • the difference curve 123 overlaps with the difference curve 112.
  • the spectral sensitivity distribution 101 of the first radiation detector for the short-wave radiation overlaps with the difference curve 112.
  • the wavelength range covered by the spectral sensitivity distribution 101 extends from 400 nm to 600 nm, the area covered by the difference curve 112 approximately from 450 nm to 665 nm, and Wavelength range of approximately 540 nm to 650 nm covered by the difference curve 123. Apart from the range between 655 nm and 700 nm, the entire visible spectral range is coherently covered by means of the difference curves and the detection range of the first radiation detector.

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Abstract

The invention relates to a detector array (10) with a number of discrete radiation detectors (1, 2, 3) of which a first radiation detector and a second radiation detector of the detector array each have a semiconductor body (11, 21, 31) with an active region (12, 22, 32), which is provided for receiving radiation and generating signals, and each have a detection region assigned to the respective radiation detector. The semiconductor body, particularly the active region, of at least one radiation detector contains a III-V semiconducting material and/or the active region of the first radiation detector is provided with a design different from that of the second radiation detector. A detector array of the aforementioned type is particularly suited for detecting radiation in varicolored spectral regions.

Description

Beschreibungdescription
Detektoranordnung und Verfahren zur Bestimmung spektraler Anteile in einer auf eine Detektoranordnung einfallenden StrahlungDetector arrangement and method for determining spectral components in a radiation incident on a detector arrangement
Die Erfindung betrifft eine Detektoranordnung mit einer Mehrzahl von Strahlungsdetektoren und ein Verfahren zur Bestimmung spektraler Anteile aus einer auf eine Detektoranordnung einfallenden Strahlung.The invention relates to a detector arrangement having a plurality of radiation detectors and to a method for determining spectral components from a radiation incident on a detector arrangement.
Zur Strahlungsdetektion in verschiedenen Wellenlängenbereichen wird oftmals eine Detektoranordnung mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Si-Photodiodenchips zur Strahlungsdetektion eingesetzt. Über den einzelnen Si- Photodiodenchips zugeordnete externe Filter wird die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des jeweiligen Si-Photodiodenchips an den gewünschten Detektionsbereich angepasst . Eine derartige Detektoranordnung mit einer Mehrzahl von Si-Photodiodenelementen ist aus dem vorläufigen Datenblatt zum Bauteil "MTCSiCT" der Firma Laser Components bekannt. Dieses Bauteil ist jedoch aufgrund der aufwendigen dielektrischen Filterung vergleichsweise kostenintensiv.For radiation detection in different wavelength ranges, a detector arrangement with a plurality of juxtaposed Si photodiode chips for radiation detection is often used. The spectral sensitivity distribution of the respective Si photodiode chip is adapted to the desired detection range via external filters assigned via the individual Si photodiode chips. Such a detector arrangement with a plurality of Si photodiode elements is known from the preliminary data sheet for the component "MTCSiCT" from Laser Components. However, this component is relatively expensive due to the complex dielectric filtering.
Si-Photodiodenchips weisen weiterhin meist ihre maximale Empfindlichkeit im infraroten Spektralbereich auf. Im sichtbaren Spektralbereich dagegen erzeugen Si-Photodiodenchips in der Regel ein vergleichsweise geringes Signal, sodass eine Strahlungsdetektion mittels Si-Photodiodenchips im sichtbaren Spektralbereich gegenüber einer Detektion im infraroten Spektralbereich ineffizient ist.Si photodiode chips furthermore usually have their maximum sensitivity in the infrared spectral range. In the visible spectral range, however, Si photodiode chips generally generate a comparatively low signal, so that radiation detection by means of Si photodiode chips in the visible spectral range is ineffective compared to detection in the infrared spectral range.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Detektoranordnung, insbesondere zur effizienten Detektion von Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, anzugeben. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung spektraler Anteile in einer auf eine effiziente Detektoranordnung einfallenden Strahlung anzugeben, das die - -An object of the present invention is to specify an improved detector arrangement, in particular for the efficient detection of radiation in the visible spectral range. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for determining spectral components in an incident on an efficient detector array radiation that the - -
Bestimmung der spektralen Anteile mittels kostengünstig fertigbarer Strahlungsdetektoren ermöglicht.Determination of the spectral components by means of inexpensive manufacturable radiation detectors allows.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Detektoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a detector arrangement with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 18. Advantageous developments and refinements of the invention are the subject of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Detektoranordnung umfasst eine Mehrzahl von, insbesondere lateral nebeneinander angeordneten, diskreten Strahlungsdetektoren, wobei ein erster Strahlungsdetektor und ein zweiter Strahlungsdetektor der Detektoranordnung jeweils einen Halbleiterkörper mit einem zum Strahlungsempfang und zur Signalerzeugung vorgesehenen aktiven Bereich und jeweils einen, dem jeweiligen Strahlungsdetektor zugeordneten Detektionsbereich aufweisen.A detector arrangement according to the invention comprises a plurality of discrete radiation detectors, in particular arranged laterally side by side, wherein a first radiation detector and a second radiation detector of the detector arrangement each have a semiconductor body with an active area provided for radiation reception and signal generation and one detection area associated with the respective radiation detector.
Der Detektionsbereich ist hierbei bevorzugt ein, insbesondere zusammenhängender, Wellenlängenbereich, in dem der jeweilige Strahlungsdetektor empfindlich ist, das heißt, in dem vom jeweiligen Strahlungsdetektor ein signifikantes, sich erkennbar von einem Untergrundrauschen abhebendes Signal erzeugt wird.In this case, the detection region is preferably a, in particular contiguous, wavelength range in which the respective radiation detector is sensitive, that is to say in which a significant signal, which is visibly contrasted by a background noise, is generated by the respective radiation detector.
Zweckmäßigerweise liegt der Detektionsbereich in einem Wellenlängenbereich, für den die Detektoranordnung oder der jeweilige Strahlungsdetektor zur Strahlungsdetektion vorgesehen ist. Der jeweilige Strahlungsdetektor kann gezielt zur Detektion in einem vorgegebenen Detektionsbereich ausgebildet sein.Expediently, the detection range lies in a wavelength range for which the detector arrangement or the respective radiation detector is provided for radiation detection. The respective radiation detector can be designed specifically for detection in a predetermined detection area.
Bei der Erfindung enthält der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, mindestens eines Strahlungsdetektors, insbesondere der aktive Bereich des ersten Strahlungsdetektors und der aktive Bereich des zweiten Strahlungsdetektors, ein III- V-Halbleitermaterial und/oder es ist der aktive Bereich des ersten Strahlungsdetektors vom aktiven Bereich des zweiten Strahlungsdetektors verschieden ausgeführt . _ -In the invention, the semiconductor body, in particular the active area, at least one radiation detector, in particular the active area of the first radiation detector and the active area of the second radiation detector, contains a III-V semiconductor material and / or it is the active area of the first radiation detector of the active one Area of the second radiation detector performed differently. _ -
Von einer Strahlungseintrittsseite, die der Halbleiterkörper eines Strahlungsdetektors der Detektoranordnung zweckmäßigerweise aufweist, in den Halbleiterkörper eintretende Strahlung trifft auf den aktiven Bereich dieses Strahlungsdetektors . Enthält die einfallende Strahlung Wellenlängen für die der Strahlungsdetektor empfindlich ist, so wird ein entsprechender Anteil der Strahlungsleistung im Halbleiterkörper, insbesondere dem aktiven Bereich, des Strahlungsdetektors absorbiert. Die in der Folge im aktiven Bereich erzeugten Elektron-Loch-Paare tragen zum Signal des Strahlungsdetektors bei.Radiation entering the semiconductor body from a radiation entrance side, which the semiconductor body of a radiation detector of the detector arrangement expediently has, strikes the active region of this radiation detector. If the incident radiation contains wavelengths for which the radiation detector is sensitive, then a corresponding proportion of the radiation power is absorbed in the semiconductor body, in particular the active region, of the radiation detector. The electron-hole pairs subsequently generated in the active region contribute to the signal of the radiation detector.
Mittels eines III-V-Halbleitermaterials im signalerzeugenden aktiven Bereich kann, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich, eine vorteilhaft hohe interne Quanteneffizienz bei der Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren aufgrund von auf den aktiven Bereich treffender Photonen erreicht werden. Eine hohe interne Quanteneffizienz geht in der Regel mit einer vorteilhaft erhöhten Effizienz des Strahlungsdetektors einher.By means of a III-V semiconductor material in the signal-generating active region, particularly in the visible spectral range, an advantageously high internal quantum efficiency in the generation of electron-hole pairs due to photons striking the active region can be achieved. A high internal quantum efficiency is usually accompanied by an advantageously increased efficiency of the radiation detector.
Über verschiedene Ausführungen der aktiven Bereiche des ersten und des zweiten Strahlungsdetektors wird die Abstimmung der Detektionsbereiche der jeweiligen Strahlungsdetektoren für eine Strahlungsdetektion in verschiedenen Spektralbereichen erleichtert. Über eine diskrete und separate, das heißt nicht monolithisch integrierte, Ausführung der Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung kann der Fertigungsaufwand mit Vorteil verringert werden. Aufgrund der separaten Ausführung können einzelne Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung, insbesondere deren Halbleiterkörper, vereinfacht auf einen dem jeweiligen Strahlungsdetektor zugeordneten, vorgegebenen Detektionsbereich hin abgestimmt gefertigt werden.Various embodiments of the active regions of the first and second radiation detectors facilitate the matching of the detection regions of the respective radiation detectors for radiation detection in different spectral ranges. A discrete and separate, that is not monolithically integrated, embodiment of the radiation detectors of the detector arrangement, the production cost can be reduced with advantage. Due to the separate embodiment, individual radiation detectors of the detector arrangement, in particular their semiconductor body, can be manufactured in a coordinated manner to a predetermined detection area assigned to the respective radiation detector.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Bandlücke und/oder eine Dicke einer Funktionsschicht des aktiven Bereichs des ersten Strahlungsdetektors von einer Bandlücke bzw. einer Dicke einer Funktionsschicht des aktiven Bereichs des zweiten Strahlungsdetektors verschieden. Die Ausbildung einer Detektoranordnung .mit Strahlungsdetektoren für verschiedene . -In a preferred embodiment, a band gap and / or a thickness of a functional layer of the active region of the first radiation detector is different from a band gap or a thickness of a functional layer of the active region of the second radiation detector. The formation of a detector array .with radiation detectors for various , -
Detektionsbereiche kann so erleichtert werden.Detection areas can be facilitated.
Über die Bandlücke der Funktionsschient kann der Detektionsbereich gezielt beeinflusst oder geformt werden. Die Funktionsschicht absorbiert bevorzugt im Wesentlichen Strahlung in einem Wellenlängenbereich, der Wellenlängen kleiner der der Bandlücke der Funktionsschicht entsprechenden Wellenlänge umfasst .About the band gap of the functional splitter, the detection range can be selectively influenced or shaped. The functional layer preferably absorbs substantially radiation in a wavelength range which comprises wavelengths smaller than the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer.
Die Dicke der Funktionsschicht bestimmt den in der FunktionsSchicht absorbierten Anteil an Strahlungsleistung aus der auf die Detektoranordnung einfallenden Strahlung. Hierüber kann die Stärke des Detektorsignals, etwa des Fotostroms oder davon abgeleiteten Größen, des jeweiligen Strahlungsdetektors gezielt eingestellt werden. Eine Erhöhung der Dicke der FunktionsSchicht resultiert in der Regel in einer Erhöhung der in dieser absorbierten Strahlungsleistung, was wiederum in der Regel höhere Signale liefert.The thickness of the functional layer determines the proportion of radiant power absorbed in the functional layer from the radiation incident on the detector array. By way of this, the strength of the detector signal, for example the photocurrent or variables derived therefrom, of the respective radiation detector can be set in a targeted manner. An increase in the thickness of the functional layer usually results in an increase in the radiation power absorbed therein, which in turn usually yields higher signals.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt die der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs des ersten Strahlungsdetektors entsprechende Wellenlänge und/oder die der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs des zweiten Strahlungsdetektors entsprechende Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich. Das Ausbilden einer Detektoranordnung zur effizienten Detektion von Strahlung bzw. zur Bestimmung eines spektralen Anteils im sichtbaren Spektralbereich wird in der Folge erleichtert .In a further preferred refinement, the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the first radiation detector and / or the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the second radiation detector lies in the visible spectral range. The formation of a detector arrangement for the efficient detection of radiation or for determining a spectral component in the visible spectral range is facilitated in the sequence.
Es sei angemerkt, dass hierbei als sichtbarer Spektralbereich derjenige Wellenlängenbereich, in dem das, insbesondere helladaptierte oder dunkeladaptierte, menschliche Auge, gemäß der CIE-Augenempfindlichkeitskurve (CIE: Commission Internationale de l'Eclairage) empfindlich ist, angesehen wird. Im Zweifel kann der Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 420 nm und einschließlich 700 nm als sichtbarer Spektralbereich, insbesondere für das helladaptierte menschliche Auge, angesehen werden . In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegen die der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs des ersten Strahlungsdetektors entsprechende Wellenlänge und die der Bandlücke der Punktionsschicht des aktiven Bereichs des zweiten Strahlungsdetektors entsprechende Wellenlänge in verschiedenfarbigen Spektralbereichen. Die Detektion bzw. die Bestimmung verschiedenfarbiger spektraler Anteile in einer auf die Detektoranordnung einfallenden Strahlung wird so erleichtert . Die Detektoranordnung kann insbesondere zur Detektion verschiedenfarbiger spektraler Anteile, etwa Anteile an den Grundfarben Rot, Grün und Blau, vorgesehen oder ausgebildet sein.It should be noted that in this case the spectral range which is considered to be the wavelength range in which the human eye, in particular light-adapted or dark-adapted, is sensitive according to the CIE eye sensitivity curve (CIE: Commission Internationale de l'Eclairage). In doubt, the wavelength range between 420 nm inclusive and 700 nm inclusive can be regarded as a visible spectral range, in particular for the light-adapted human eye. In a further preferred refinement, the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the first radiation detector and the wavelength corresponding to the band gap of the puncturing layer of the active region of the second radiation detector lie in different-colored spectral regions. The detection or determination of different colored spectral components in an incident on the detector array radiation is facilitated. The detector arrangement can be provided or designed in particular for the detection of spectral components of different colors, for example, portions of the primary colors red, green and blue.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung überlappen der Detektionsbereich des ersten Strahlungsdetektors und der Detektionsbereich des zweiten Strahlungsdetektors, insbesondere nur teilweise oder vollständig. Die Detektion von Strahlung über einen zusammenhängenden Wellenlängenbereich, etwa den sichtbaren Spektralbereich, wird so erleichtert. Mit Vorzug ist die Detektoranordnung über einen zusammenhängenden, insbesondere vorgegebenen, Detektionswellenlängenbereich, z.B. über den sichtbaren Spektralbereich, empfindlich. Der Detektionswellenlängenbereich kann mittels der sich überlappenden Detektionsbereiche der einzelnen Strahlungsdetektoren gebildet sein.In a further preferred embodiment, the detection range of the first radiation detector and the detection range of the second radiation detector overlap, in particular only partially or completely. The detection of radiation over a coherent wavelength range, such as the visible spectral range, is facilitated. The detector arrangement is preferably arranged over a coherent, in particular predetermined, detection wavelength range, e.g. over the visible spectral range, sensitive. The detection wavelength range may be formed by means of the overlapping detection ranges of the individual radiation detectors.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der erste und/oder der zweite Strahlungsdetektor eine dem jeweiligen Strahlungsdetektor zugeordnete, vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung mit einem, lokalen oder globalen, Maximum bei einer vorgegebenen Maximumswellenlänge auf.In a further preferred refinement, the first and / or the second radiation detector has a predetermined spectral sensitivity distribution assigned to the respective radiation detector with one, local or global, maximum at a predetermined maximum wavelength.
Für die spektrale Empfindlichkeitsverteilung eines Strahlungsdetektors ist hierbei die Abhängigkeit des im aktiven Bereich dieses Strahlungsdetektors erzeugten Signals (z.B. des Fotostroms oder davon abgeleiteten Größen) von der Wellenlänge der auf den Strahlungsdetektor einfallenden Strahlung maßgeblich. - -For the spectral sensitivity distribution of a radiation detector, the dependence of the signal generated in the active region of this radiation detector (for example, the photocurrent or the quantities derived therefrom) on the wavelength of the radiation incident on the radiation detector is decisive here. - -
Bevorzugt liegt die Maximumswellenlänge und/oder die der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs des Strahlungsdetektors entsprechende Wellenlänge in dem diesem Strahlungsdetektor zugeordneten Detektionsbereich.The maximum wavelength and / or the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the radiation detector preferably lies in the detection region assigned to this radiation detector.
Die Erzeugung eines vergleichsweise hohen Detektorsignals im Detektionsbereich des Strahlungsdetektors kann so vereinfacht erreicht werden. Insbesondere ist dies im Gegensatz zu vergleichsweise ineffizienten Detektoren zu sehen, deren Bandlücke bzw. Empfindlichkeitsmaximum außerhalb des Detektionsbereichs liegt, wie es zum Beispiel bei Detektion im sichtbaren Spektralbereich mit herkömmlichen Si-Photodiodenchips oftmals der Fall ist.The generation of a comparatively high detector signal in the detection range of the radiation detector can thus be achieved in a simplified manner. In particular, this is to be seen in contrast to comparatively inefficient detectors whose band gap or sensitivity maximum lies outside the detection range, as is often the case, for example, in the case of detection in the visible spectral range with conventional Si photodiode chips.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Detektoranordnung weist mindestens ein Strahlungsdetektor, insbesondere eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren, der Detektoranordnung eine Filterschichtstruktur mit mindestens einer Filterschicht auf. Bevorzugt ist die Filterschichtstruktur im Halbleiterkörper des Strahlungsdetektors monolithisch integriert. In der Filterschichtstruktur können aus der einfallenden Strahlung Anteile absorbiert werden, die nicht zur Signalerzeugung in den aktiven Bereich des Strahlungsdetektors gelangen. Zweckmäßigerweise ist die Filterschichtstruktur zwischen einer Strahlungseintrittsseite des Strahlungsdetektors, insbesondere einer Strahlungseintrittsseite des Halbleiterkörpers dieses Strahlungsdetektors, und dem aktiven Bereich des Halbleiterkδrpers angeordnet und/oder ausgebildet . Die Filterschichtstrukturen von Strahlungsdetektoren für verschiedene Detektionsbereiche sind weiterhin zweckmäßigerweise voneinander verschieden ausgeführt .In a further preferred embodiment of the detector arrangement, at least one radiation detector, in particular a plurality of radiation detectors, of the detector arrangement has a filter layer structure with at least one filter layer. Preferably, the filter layer structure is monolithically integrated in the semiconductor body of the radiation detector. In the filter layer structure, it is possible to absorb fractions from the incident radiation which do not reach the active region of the radiation detector for signal generation. Expediently, the filter layer structure is arranged and / or formed between a radiation entrance side of the radiation detector, in particular a radiation entrance side of the semiconductor body of this radiation detector, and the active region of the semiconductor body. The filter layer structures of radiation detectors for different detection areas are furthermore expediently designed differently from one another.
Ferner absorbiert die Filterschichtstruktur bevorzugt Strahlung in einem Wellenlängenbereich, der Wellenlängen kleiner der Maximumswellenlänge der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors und/oder Wellenlängen kleiner der der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs des Strahlungsdetektors entsprechenden Wellenlänge aufweist. - -Furthermore, the filter layer structure preferably absorbs radiation in a wavelength range which has wavelengths smaller than the maximum wavelength of the spectral sensitivity distribution of the radiation detector and / or wavelengths smaller than the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region of the radiation detector. - -
Mittels der Filterschichtstruktur kann die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors bzw. der Detektionsbereich des Strahlungsdetektors, insbesondere auf der kurzwelligen Seite für Wellenlängen kleiner der Maxitnumswellenlänge und/oder der der Bandlücke der Funktionsschicht des Strahlungsdetektors entsprechende Wellenlänge, gezielt geformt werden. Die FilterschichtStruktur kann eine kurzwellige Grenzwellenlänge der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors und/oder eine kurzwellige Grenzwellenlänge des Detektionsbereichs des Strahlungsdetektors bestimmen. In der Filterschichtstruktur absorbierte Strahlung gelangt nicht zum aktiven Bereich, so dass im Absorptionswellenlängenbereich der Filterschichtstruktur nur ein entsprechend verringertes Signal erzeugt wird. Eine Bandlücke der Filterschicht bestimmt hierbei den Absorptionswellenlängenbereich der Filterschicht und eine Dicke der Filterschicht den Anteil an aus der einfallenden Strahlung absorbierter Strahlungsleistung.By means of the filter layer structure, the spectral sensitivity distribution of the radiation detector or the detection range of the radiation detector, in particular on the short wavelength side for wavelengths smaller than the Maxitnumswellenlänge and / or the band gap of the functional layer of the radiation detector corresponding wavelength can be selectively formed. The filter layer structure can determine a short-wave cut-off wavelength of the spectral sensitivity distribution of the radiation detector and / or a short-wave cutoff wavelength of the detection range of the radiation detector. Radiation absorbed in the filter layer structure does not reach the active region, so that only a correspondingly reduced signal is generated in the absorption wavelength range of the filter layer structure. A band gap of the filter layer determines the absorption wavelength range of the filter layer and a thickness of the filter layer determines the proportion of radiant power absorbed from the incident radiation.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zwei Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung derart ausgebildet, dass eine Zusammensetzung einer Filterschicht der Filterschichtstruktur des einen Strahlungsdetektors gleich der Zusammensetzung der Funktionsschicht des aktiven Bereichs des anderen Strahlungsdetektors der Detektoranordnung ist. Der andere Strahlungsdetektor weist hierbei bevorzugt einen Detektionsbereich auf, der Wellenlängen kleiner der der Bandlücke des einen Strahlungsdetektors entsprechenden Wellenlänge umfasst . Die Abstimmung der Detektionsbereiche der beiden Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung aufeinander, derart dass ein vergleichsweise geringer Überlapp ihrer Detektionsbereiche und/oder ihrer Empfindlichkeitsverteilungen resultiert, kann so erleichtert werden. Besonders bevorzugt weist die Filterschicht des einen Strahlungsdetektors eine Dicke auf, die gleich der Dicke der Funktionsschicht des anderen Strahlungsdetektors ist . Die Ausbildung der einzelnen Strahlungsdetektoren für die Detektoranordnung und deren Abstimmung aufeinander kann so weitergehend erleichtert werden. - -In an advantageous development, two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that a composition of a filter layer of the filter layer structure of one radiation detector is equal to the composition of the functional layer of the active region of the other radiation detector of the detector arrangement. In this case, the other radiation detector preferably has a detection region which comprises wavelengths smaller than the wavelength of the band gap of the wavelength corresponding to one radiation detector. The coordination of the detection areas of the two radiation detectors of the detector arrangement to one another such that a comparatively small overlap of their detection areas and / or their sensitivity distributions results can thus be facilitated. Particularly preferably, the filter layer of the one radiation detector has a thickness that is equal to the thickness of the functional layer of the other radiation detector. The formation of the individual radiation detectors for the detector arrangement and their coordination with each other can be further facilitated. - -
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Filterschichtstruktur eine Mehrzahl von Filterschichten auf. Die Filterschichten der Filterschichtstruktur können beispielsweise zur Absorption von Strahlung mit Wellenlängen aus verschiedenen Wellenlängenbereichen ausgebildet sein, sodass die gezielte Formung der spektralen Empfindlichkeitsverteilung eines Strahlungsdetektors, insbesondere für Wellenlänge kleiner der MaximumsWellenlänge, vereinfacht erfolgen kann. Bevorzugt weisen die Filterschichten der Filterschichtstruktur hierzu unterschiedliche Bandlücken und/oder Dicken auf. Der Absorptionswellenlängenbereich der Filterschichtstruktur kann auf diese Weise gegenüber einer Struktur mit einer einzelnen Filterschicht mit Vorteil gezielter beeinflusst oder verbreitert werden.In a further preferred embodiment, the filter layer structure has a plurality of filter layers. The filter layers of the filter layer structure can be designed, for example, to absorb radiation having wavelengths from different wavelength ranges, so that the targeted shaping of the spectral sensitivity distribution of a radiation detector, in particular for wavelengths smaller than the maximum wavelength, can be simplified. For this purpose, the filter layers of the filter layer structure preferably have different band gaps and / or thicknesses for this purpose. The absorption wavelength range of the filter layer structure can thus be more favorably influenced or widened than a structure having a single filter layer in this way.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung derart ausgebildet, dass der Detektionsbereich des einen Strahlungsdetektors die der Bandlücke der Funktionsschicht des anderen Strahlungsdetektors entsprechende Wellenlänge beinhaltet.In a further preferred embodiment, two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the detection range of one radiation detector includes the wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the other radiation detector.
Bevorzugt weist der Detektionsbereich des anderen Strahlungsdetektors Wellenlängen außerhalb desPreferably, the detection range of the other radiation detector has wavelengths outside of
Detektionsbereichs des einen Strahlungsdetektors auf. Bevorzugt ist der andere Strahlungsdetektor verglichen mit dem einen Strahlungsdetektor für längerwellige Strahlung vorgesehen. Der andere Strahlungsdetektor erzeugt somit sowohl in dem ihm zugeordneten Detektionsbereich als auch im Detektionsbereich des einen Strahlungsdetektors Signale. Die Bestimmung spektraler Anteile wird so zwar erschwert, jedoch können die Strahlungsdetektoren mit Vorteil kostengünstiger gefertigt werden. Insbesondere kann auf eine Filterschichtstruktur verzichtet werden. Gegebenenfalls kann die Maximumswellenlänge des anderen Strahlungsdetektors innerhalb des Detektionsbereichs des einen Strahlungsdetektors liegen.Detection range of a radiation detector on. Preferably, the other radiation detector is provided as compared to the one longer wavelength radiation detector. The other radiation detector thus generates signals both in the detection area assigned to it and in the detection area of the one radiation detector. Although the determination of spectral components is thus made more difficult, the radiation detectors can advantageously be manufactured at lower cost. In particular, it is possible to dispense with a filter layer structure. Optionally, the maximum wavelength of the other radiation detector may be within the detection range of the one radiation detector.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung derart ausgebildet, dass die der Bandlücke der FunktionsSchicht des einen - -In a further preferred embodiment, two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the band gap of the functional layer of the one - -
Strahlungsdetektors entsprechende Wellenlänge außerhalb des Detektionsbereichs des anderen Strahlungsdetektors liegt.Radiation detector corresponding wavelength is outside the detection range of the other radiation detector.
Dies kann durch das Vorsehen einer geeigneten Filterschichtstruktur, etwa der oben genannten Art, gegebenenfalls in Kombination mit einer geeigneten Ausbildung des aktiven Bereichs erreicht werden. Hierdurch wird die Bestimmung spektraler Anteile in der einfallenden Strahlung erleichtert, da ein spektraler Anteil vereinfacht einem einzelnen Strahlungsdetektor zugeordnet werden kann. Insbesondere können so vereinfacht spektrale Anteile unmittelbar aus den Signalen der Einzeldetektoren bestimmt werden. Weiterhin liegt die Maximumswellenlänge des einen Strahlungsdetektors bevorzugt außerhalb des Detektionsbereichs des anderen Strahlungsdetektors .This can be achieved by providing a suitable filter layer structure, such as the above-mentioned type, optionally in combination with a suitable formation of the active region. This facilitates the determination of spectral components in the incident radiation, since a spectral component can be assigned to a single radiation detector in a simplified manner. In particular, spectral components that are simplified in this way can be determined directly from the signals of the individual detectors. Furthermore, the maximum wavelength of one radiation detector is preferably outside the detection range of the other radiation detector.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung derart ausgebildet, dass der Detektionsbereich des einen Strahlungsdetektors den Detektionsbereich des anderen Strahlungsdetektors nur teilweise oder vollständig überdeckt. Bei einer teilweisen Überdeckung kann die Zuordnung der spektralen Anteile zum jeweiligen Strahlungsdetektor erleichtert werden, wohingegen bei einer vollständigen Überdeckung die Strahlungsdetektoren aufgrund eines Verzichts auf die Anpassung der spektralen Empfindlichkeitsverteilungen oder der Detektionsbereiche gegebenenfalls kostengünstiger gefertigt werden können.In a further preferred embodiment, two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the detection area of one radiation detector only partially or completely covers the detection area of the other radiation detector. In the case of a partial overlap, the assignment of the spectral components to the respective radiation detector can be facilitated, whereas with complete coverage, the radiation detectors can possibly be manufactured more cost-effectively due to a waiver of the adaptation of the spectral sensitivity distributions or the detection regions.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung derart ausgeführt, dass die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des einen Strahlungsdetektors der Detektoranordnung mit der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des anderen Strahlungsdetektors, insbesondere nur teilweise oder vollständig, überlappt. Aufgrund des Überlapps kann die Ausbildung eines vorgegebenen Detektionswellenlängenbereichs, in dem die Detektoranordnung zur Strahlungsdetektion vorgesehen und/oder ausgebildet ist, erleichtert werden. Insbesondere kann der Detektionswellenlängenbereich im Vergleich zu dem Detektionsbereich eines einzelnen Strahlungsdetektors verbreitert sein.In a further preferred refinement, two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the spectral sensitivity distribution of one radiation detector of the detector arrangement overlaps, in particular only partially or completely, with the spectral sensitivity distribution of the other radiation detector. Due to the overlap, the formation of a predetermined detection wavelength range, in which the detector arrangement is provided for radiation detection and / or formed, can be facilitated. In particular, the detection wavelength range compared to the Detection range of a single radiation detector to be widened.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung derart ausgeführt, dass die Maximumswellenlänge der spektralenIn a further preferred embodiment, two radiation detectors of the detector arrangement are designed such that the maximum wavelength of the spectral
Empfindlichkeitsverteilung des einen Strahlungsdetektors der Detektoranordnung von der Maximumswellenlänge der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des anderen Strahlungsdetektors der Detektoranordnung verschieden ist, wobei die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors der Detektoranordnung mit der größeren Maximumswellenlänge mit derjenigen spektralen Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors der Detektoranordnung mit der kleineren Maximumswellenlänge, insbesondere für Wellenlängen unterhalb der kleineren MaximumsWellenlänge, zumindest streckenweise deckungsgleich verläuft. Vorzugsweise überdeckt die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors mit der größeren Maximumswellenlänge diejenige des Strahlungsdetektors mit der kleineren Maximumswellenlänge vollständig.Sensitivity distribution of the one radiation detector of the detector array is different from the maximum wavelength of the spectral sensitivity distribution of the other radiation detector of the detector array, wherein the spectral sensitivity distribution of the radiation detector of the detector array with the larger maximum wavelength with that spectral sensitivity distribution of the radiation detector of the detector array with the smaller maximum wavelength, especially for wavelengths below the smaller maximum wavelength, at least partially coincident. Preferably, the spectral sensitivity distribution of the radiation detector having the larger maximum wavelength completely covers that of the radiation detector having the smaller maximum wavelength.
Ein Strahlungsdetektor der Detektoranordnung kann somit im, gegebenenfalls über den gesamten, Detektionsbereich, eines weiteren Strahlungsdetektors ein signifikantes Signal erzeugen. Zur Bestimmung spektraler Anteile aus der einfallenden Strahlung kann nach dem Erfassen der Signale der Detektoren eine arithmetische Operation, zum Beispiel das Bilden der Differenz der Signale des Strahlungsdetektors und des weiteren Strahlungsdetektors, durchgeführt werden. Aus dem Signal des einen Strahlungsdetektors kann, insbesondere unmittelbar, ein erster spektraler Anteil und aus dem aus der arithmetischen Operation gewonnenen Ergebnis kann ein zweiter spektraler Anteil in der einfallenden Strahlung ermittelt werden.A radiation detector of the detector arrangement can thus generate a significant signal in, possibly over the entire detection range, of a further radiation detector. In order to determine spectral components from the incident radiation, an arithmetic operation, for example the formation of the difference between the signals of the radiation detector and the further radiation detector, can be carried out after detecting the signals of the detectors. From the signal of the one radiation detector, in particular directly, a first spectral component and from the result obtained from the arithmetic operation, a second spectral component in the incident radiation can be determined.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Detektoranordnung zur Bestimmung von Farbanteilen, insbesondere Anteilen an den Grundfarben Rot, Grün und Blau in auf die Detektoranordnung einfallender Strahlung vorgesehen und/oder _ 1 ± _In a further preferred refinement, the detector arrangement is provided for determining color components, in particular portions of the primary colors red, green and blue, in radiation incident on the detector arrangement and / or _ 1 ± _
ausgebildet.educated.
Durch Erfassen der Signale der an den verschiedenen Strahlungsdetektoren, die mit Vorzug verschiedenen Farben entsprechende Detektionsbereiche aufweisen, kann Aufschluss über die spektralen Farbanteile in der auf den Strahlungsdetektor einfallenden Strahlung gewonnen werden.By detecting the signals of the detection regions corresponding to different colors with preference to the different radiation detectors, it is possible to obtain information about the spectral color components in the radiation incident on the radiation detector.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Detektoranordnung zur Bestimmung des Farbeindrucks, etwa des Farborts und/oder der Farbtemperatur, der einfallenden Strahlung ausgebildet. Der Farbort wird üblicherweise durch die Farbkoordinaten (x und y) im CIE-Diagramm angegeben. Enthält die einfallende Strahlung beispielsweise in erhöhtem Maße blaue Anteile, so wird in einem in diesem Spektralbereich empfindlichen Strahlungsdetektor ein dementsprechend hohes Signal erzeugt, während in den Strahlungsdetektoren für den roten und grünen Spektralbereich bevorzugt entsprechend geringe Signale erzeugt werden. Durch geeignete Auswertung der drei voneinander unabhängigen und vorzugsweise zum jeweiligen zu bestimmenden Farbanteil zuordenbare Signale kann demgemäß Aufschluss über den Farbort der einfallenden Strahlung gewonnen werden .In a further preferred embodiment of the invention, the detector arrangement is designed to determine the color impression, for example the color locus and / or the color temperature, of the incident radiation. The color locus is usually given by the color coordinates (x and y) in the CIE diagram. If, for example, the incident radiation contains blue components to an increased extent, a correspondingly high signal is generated in a radiation detector sensitive in this spectral range, while correspondingly low signals are preferably generated in the radiation detectors for the red and green spectral ranges. By appropriate evaluation of the three mutually independent signals, which can preferably be assigned to the respective color component to be determined, signals can accordingly be obtained about the color locus of the incident radiation.
Beispielsweise weist die Detektoranordnung zurFor example, the detector arrangement for
Farbanteilsbestimmung drei Strahlungsdetektoren auf, wobei der erste Strahlungsdetektor zur Detektion von Strahlung im blauen Spektralbereich, der zweite Strahlungsdetektor zur Detektion von Strahlung im grünen Spektralbereich und der dritte Strahlungsdetektor zur Detektion von Strahlung im roten Spektralbereich vorgesehen und/oder ausgebildet ist. Bevorzugt sind diese Strahlungsdetektoren jeweils nur in einem der genannten sichtbaren Spektralbereiche maßgeblich empfindlich.Color fraction determination three radiation detectors, wherein the first radiation detector for detecting radiation in the blue spectral range, the second radiation detector for detecting radiation in the green spectral range and the third radiation detector for detecting radiation in the red spectral range provided and / or formed. These radiation detectors are preferably only significantly sensitive in one of the visible spectral ranges mentioned.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Strahlungsdetektor im blauen, grünen und roten Spektralbereich empfindlich, der zweite Strahlungsdetektor nur im grünen und blauen Spektralbereich empfindlich und der dritte Strahlungsdetektor ist nur im blauen Spektralbereich - ~ In a further preferred embodiment, the first radiation detector is sensitive in the blue, green and red spectral range, the second radiation detector is sensitive only in the green and blue spectral range and the third radiation detector is only in the blue spectral range - ~
empfindlich. Da der erste Strahlungsdetektor sowohl im blauen, grünen als auch roten Spektralbereich ein Signal erzeugt, ist zwar die Bestimmung von spektralen Anteilen, insbesondere blauen und grünen Anteilen, aus dem Signal der Detektoranordnung gegenüber einer unmittelbaren Gewinnung der Information über die Farbanteile aus den in den einzelnen Strahlungsdetektoren erzeugten Signalen erschwert, die Detektoren der Detektoranordnung können aber kostengünstiger gefertigt werden, da auf eine Anpassung der Detektionsbereiche der Einzeldetektoren, etwa über Filterschichten, aneinander verzichtet werden kann.sensitive. Since the first radiation detector generates a signal in both the blue, green and red spectral range, the determination of spectral components, in particular blue and green components, from the signal of the detector arrangement is in contrast to immediate acquisition of the information about the color components from those in the individual components However, the detectors of the detector arrangement can be manufactured more cheaply, since an adaptation of the detection ranges of the individual detectors, such as filter layers, can be dispensed with each other.
Die Strahlungsdetektoren erzeugen somit alle im blauen Spektralbereich Signale. Ein Strahlungsdetektor, der nicht nur in dem diesen zugeordneten Detektionsbereich, sondern auch in dem einem anderen Strahlungsdetektor zugeordneten Detektionsbereich ein Signal erzeugt, kann mit dem Signal des anderen Strahlungsdetektors korreliert werden. Ein im Strahlungsdetektor erzeugtes Signal kann durch Vergleich mit ■ dem Signal des anderen, für den fraglichen spektralen Anteil ebenfalls empfindlichen Strahlungsdetektors vereinfacht von einem unkontrollierten Untergrundrauschen unterschieden werden.The radiation detectors thus generate signals in the blue spectral range. A radiation detector which generates a signal not only in the detection area assigned to it but also in the detection area assigned to another radiation detector can be correlated with the signal of the other radiation detector. A signal generated in the radiation detector can be easily distinguished from an uncontrolled background noise by comparison with the signal of the other radiation detector, which is likewise sensitive to the spectral component in question.
Die Farbanteile können zum Beispiel mittels des Bilden von Differenzen aus Signalen diskreter Strahlungsdetektoren gewonnen werden.The color components can be obtained, for example, by means of forming differences from signals of discrete radiation detectors.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, die Funktionsschicht und/oder die Filterschichtstruktur, des ersten Strahlungsdetektors und/oder des zweiten Strahlungsdetektors ein III-V-Halbleitermaterial, insbesondere ein Material aus dem III-V-Halbleitermaterialsystem Inx Gay Ali_x-y P, mit O≤x≤l, O≤y≤l und x+y≤l, vorzugsweise y≠O und/oder y≠l, InxGa7Al1-X-7As, mit O≤x≤l, O≤y≤l und x+y≤l, vorzugsweise y≠O und/oder y≠l, und/oder Inx Gay Ali-x-y N, mit O≤x≤l, O≤y≤l und x+y≤l, vorzugsweise y≠O und/oder y≠l . III-V-Halbleitermaterialen können sich, wie bereits oben erwähnt, durch besonders vorteilhaft hohe interne Quanteneffizienzen auszeichnen. Im Materialsystem Inx Gay Ali_x_y P können vereinfacht aktive Bereiche oder Funktionsschichten ausgebildet werden, mittels derer der gesamte sichtbare Spektralbereich überdeckt werden kann.In a further preferred embodiment, the semiconductor body, in particular the active region, the functional layer and / or the filter layer structure, the first radiation detector and / or the second radiation detector contains a III-V semiconductor material, in particular a material from the III-V semiconductor material system In x Ga y Ali_ x - y P, where O≤x≤l, O≤y≤l and x + y≤l, preferably y ≠ O and / or y ≠ l, In x Ga 7 Al 1 -X -7 As, with O≤x≤l, O≤y≤l and x + y≤l, preferably y ≠ O and / or y ≠ l, and / or In x Ga y Al x-y N, with O≤x≤l , O≤y≤l and x + y≤l, preferably y ≠ O and / or y ≠ l. III-V semiconductor materials can, as already mentioned above, be distinguished by particularly advantageous high internal quantum efficiencies. In the material system In x Ga y Ali_ x _ y P can be easily formed active areas or functional layers, by means of which the entire visible spectral range can be covered.
Weiterhin kann eine Filterschicht, die ein III-V- Halbleitermaterial, insbesondere aus dem Materialsystem Inx Gay Ali.x_y P oder Inx Gay Ali_x-y As, enthält, für eine Filterschichtstruktur vereinfacht in einen Halbleiterkörper, insbesondere in einen Halbleiterkörper auf Inx Ga7 Ali_x.y P- und/oder Inx Gay Ali-X.y As-Basis, monolithisch integriert werden. Hierdurch kann eine besonders kompakte und kleine Ausbildung des Strahlungsdetektors mit der Filterschichtstruktur vereinfacht erreicht werden.Furthermore, a filter layer comprising a III-V semiconductor material, in particular from the material system In x Ga y Ali. x _y P or In x Ga y Ali_ x - y As, for a filter layer structure simplified in a semiconductor body, in particular in a semiconductor body on In x Ga 7 Ali_ x . y P- and / or In x Ga y Ali- X. y As base, monolithically integrated. As a result, a particularly compact and small design of the radiation detector with the filter layer structure can be achieved in a simplified manner.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung basieren die Funktionsschicht, insbesondere der Halbleiterkörper, die Filterschichtstruktur und/oder der aktive Bereich, eines Strahlungsdetektors der Detektoranordnung und die Funktionsschicht, insbesondere der Halbleiterkörper, die Filterschichtstruktur und/oder der aktive Bereich, eines weiteren Strahlungsdetektors der Detektoranordnung auf dem gleichen Halbleitermaterialsystem. Die Fertigung der Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung kann so vereinfacht werden.In a further preferred refinement, the functional layer, in particular the semiconductor body, the filter layer structure and / or the active region, of a radiation detector of the detector arrangement and the functional layer, in particular the semiconductor body, the filter layer structure and / or the active region, are based on a further radiation detector of the detector arrangement same semiconductor material system. The manufacture of the radiation detectors of the detector arrangement can thus be simplified.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung verschiedener spektraler Anteile in einer auf eine Detektoranordnung mit einer Mehrzahl von Strahlungsdetektoren einfallenden Strahlung, wobei ein erster Strahlungsdetektor der Detektoranordnung einen diesem zugeordneten Detektionsbereich aufweist, ein zweiter Strahlungsdetektor der Detektoranordnung einen diesem zugeordneten Detektionsbereich aufweist und zumindest einer der Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung einen Halbleiterkδrper mit einem zur Signalerzeugung vorgesehenen aktiven Bereich umfasst, werden zunächst ein erster Wellenlängenbereich für einen ersten zu bestimmenden spektralen Anteil und ein zweiter Wellenlängenbereich für einen zweiten, vom ersten spektralen Anteil verschiedenen zu bestimmenden spektralen Anteil festgelegt. Hierbei umfasst der Detektionsbereich des ersten Strahlungsdetektors den ersten Wellenlängenbereich, der Detektionsbereich des zweiten Strahlungsdetektors umfasst den zweiten Wellenlängenbereich und der Detektionsbereich des zweiten Strahlungsdetektors überlappt mit dem ersten Wellenlängenbereich. Bevorzugt sind die Strahlungsdetektoren lateral nebeneinander angeordnet und/oder diskret als Einzeldetektoren ausgeführt. Weiterhin weisen bevorzugt der erste und der zweite Strahlungsdetektor einen Halbleiterkörper mit einem zur Signalerzeugung vorgesehenen aktiven Bereich auf.In a method according to the invention for determining various spectral components in a radiation incident on a detector arrangement having a plurality of radiation detectors, wherein a first radiation detector of the detector arrangement has a detection area assigned thereto, a second radiation detector of the detector arrangement has a detection area assigned to it and at least one of the radiation detectors Detector arrangement comprises a Halbleiterkδrper with an active signal area provided for the active area, are first a first wavelength range for a first to be determined spectral Proportion and a second wavelength range for a second, different from the first spectral component to be determined spectral component. Here, the detection range of the first radiation detector comprises the first wavelength range, the detection range of the second radiation detector comprises the second wavelength range and the detection range of the second radiation detector overlaps with the first wavelength range. The radiation detectors are preferably arranged laterally next to each other and / or implemented discretely as individual detectors. Furthermore, the first and the second radiation detector preferably have a semiconductor body with an active region provided for signal generation.
Daraufhin werden die, insbesondere aufgrund der einfallenden Strahlung, mittels des ersten Strahlungsdetektors und mittels des zweiten Strahlungsdetektors erzeugten Signale erfasst.Then the signals generated, in particular due to the incident radiation, by means of the first radiation detector and by means of the second radiation detector are detected.
Nachfolgend wird mit dem vom ersten Strahlungsdetektor herrührenden Signal und dem vom zweiten Strahlungsdetektor herrührenden Signal eine arithmetische Operation durchgeführt, die ein Ergebnis liefert. Aus dem Ergebnis der arithmetischen Operation kann der zweite spektrale Anteil und aus dem Signal des ersten Strahlungsdetektors, insbesondere unmittelbar, der erste spektrale Anteil bestimmt werden. Bevorzugt umfasst der zweite spektrale Anteil und/oder der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen größer denen des ersten spektralen Anteils bzw. des ersten Wellenlängenbereichs.Subsequently, an arithmetic operation is performed with the signal originating from the first radiation detector and the signal originating from the second radiation detector, which yields a result. From the result of the arithmetic operation of the second spectral component and from the signal of the first radiation detector, in particular directly, the first spectral component can be determined. Preferably, the second spectral component and / or the second wavelength range comprises wavelengths greater than those of the first spectral component or the first wavelength range.
Bevorzugt wird bei der arithmetischen Operation die Differenz des mittels des zweiten Strahlungsdetektors erzeugten Signals und des mittels des ersten Strahlungsdetektors erzeugten Signals gebildet. Die spektralen Anteile in der einfallenden Strahlung können mittels des vom ersten Strahlungsdetektor erzeugten Signals und mittels des Ergebnisses der zuvor gebildeten Differenz ermittelt werden. Hierbei wird bevorzugt der erste spektrale Anteil in der einfallenden Strahlung mittels des vom ersten Strahlungsdetektor erzeugten Signals und/oder der zweite - -Preferably, in the arithmetic operation, the difference of the signal generated by the second radiation detector and the signal generated by the first radiation detector is formed. The spectral components in the incident radiation can be determined by means of the signal generated by the first radiation detector and by means of the result of the previously formed difference. In this case, the first spectral component in the incident radiation is preferred by means of the signal generated by the first radiation detector and / or the second - -
spektrale Anteil in der einfallenden Strahlung mittels der zuvor gebildeten Differenz ermittelt.Spectral component in the incident radiation determined by means of the difference previously formed.
In einer bevorzugten Ausgestaltung überdeckt der Detektionsbereich des zweiten Strahlungsdetektors den ersten Wellenlängenbereich vollständig. Der zweite Strahlungsdetektor ist damit für den ersten und für den zweiten spektralen Anteil empfindlich. Auf eine Anpassung des Detektionsbereichs eines Strahlungsdetektors der Detektoranordnung, etwa durch aufwändige Filterung, kann so mit Vorteil verzichtet werden. Der Detektionsbereich und/oder die Empfindlichkeitsverteilung kann im Wesentlichen alleine durch den aktiven Bereich, insbesondere die Funktionsschicht, des Strahlungsdetektors bestimmt sein.In a preferred embodiment, the detection range of the second radiation detector completely covers the first wavelength range. The second radiation detector is thus sensitive to the first and the second spectral component. An adaptation of the detection range of a radiation detector of the detector arrangement, for example by expensive filtering, can thus be dispensed with with advantage. The detection area and / or the sensitivity distribution can be determined essentially solely by the active area, in particular the functional layer, of the radiation detector.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, des ersten Strahlungsdetektors und/oder des zweiten Strahlungsdetektors ein III-V-Halbleitermaterial, insbesondere ein Material aus dem III-V-Halbleitermaterialsystem Inx Gay Ali_x_y P, mit O≤x≤l, O≤y≤l und x+y≤l, vorzugsweise y≠O und/oder y≠l, Inx Ga7 Ali-X_y As, ' mit O≤x≤l, O≤y≤l und x+y≤l, vorzugsweise y≠O und/oder y≠l, und/oder Inx Gay Ali_x_y N, mit O≤x≤l, O≤y≤l und x+y≤l, vorzugsweise y≠O und/oder y≠l .In a further preferred embodiment, the semiconductor body, in particular the active region, of the first radiation detector and / or of the second radiation detector contains a III-V semiconductor material, in particular a material from the III-V semiconductor material system In x Ga y Ali_ x _ y P, with O≤x≤l, O≤y≤l and x + y≤l, preferably y ≠ O and / or y ≠ l, In x Ga 7 Ali- X _ y As, ' with O≤x≤l, O ≤y≤l and x + y≤l, preferably y ≠ O and / or y ≠ l, and / or In x Ga y Ali_ x _ y N, where O≤x≤l, O≤y≤l and x + y≤l, preferably y ≠ O and / or y ≠ l.
Derartige Halbleitermaterialien sind, wie bereits oben erwähnt für einen Strahlungsdetektor im sichtbaren Spektralbereich besonders geeignet .Such semiconductor materials are, as already mentioned above, particularly suitable for a radiation detector in the visible spectral range.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erfindungsgemäße Detektoranordnung eingesetzt, sodass die oben und im Folgenden für die Detektoranordnung beschriebenen Merkmale auch für das erfindungsgemäße Verfahren herangezogen werden können, und umgekehrt.In the method according to the invention, a detector arrangement according to the invention is preferably used, so that the features described above and below for the detector arrangement can also be used for the method according to the invention, and vice versa.
Oben wurde eine Mehrzahl von bevorzugten Ausgestaltungen beschrieben. Hierzu wurde oftmals auf zwei Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung Bezug genommen. Es sei angemerkt, dass die hierbei angeführten Merkmale nicht alle bei einem einzelnen Strahlungsdetektorpaar der Detektoranordnung verwirklicht sein _ ± ß _Above, a plurality of preferred embodiments have been described. For this purpose, reference has often been made to two radiation detectors of the detector arrangement. It should be noted that the features cited here are not all realized with a single radiation detector pair of the detector arrangement _ ± ß _
müssen. Vielmehr können einzelne Merkmale bei unterschiedlichen Strahlungsdetektorpaaren der Detektoranordnung verwirklicht sein.have to. Rather, individual features can be realized with different radiation detector pairs of the detector arrangement.
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren .Further features, advantageous embodiments and advantages of the invention will become apparent from the description of the following embodiments in conjunction with the figures.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einesFigure 1 is a schematic sectional view of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung in Figur IA, eine qualitative Darstellung der spektralen Empfindlichkeitsverteilung eines Strahlungsdetektors in Figur IB und in Figur ID die spektrale Empfindlichkeitsverteilung der Detektoranordnung aus Figur IA mit entsprechend der Tabelle in Figur IC ausgebildeten Elementen undEmbodiment of a detector arrangement according to the invention in Figure IA, a qualitative representation of the spectral sensitivity distribution of a radiation detector in Figure IB and in Figure ID the spectral sensitivity distribution of the detector arrangement of Figure IA with corresponding to the table in Figure IC formed elements and
Figur 2 in Figur 2A eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung, in Figur 2C die spektrale2 shows in FIG. 2A a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of a detector arrangement according to the invention, in FIG. 2C the spectral one
Empfindlichkeitsverteilung einer Detektoranordnung gemäß Figur 2A mit entsprechend der Tabelle in Figur 2B ausgebildeten Elementen und in Figur 2D Differenzkurven der spektralen Empfindlichkeitsverteilungen von Strahlungsdetektoren nach Figur 2C.Sensitivity distribution of a detector arrangement according to FIG. 2A with elements corresponding to the table in FIG. 2B and in FIG. 2D difference curves of the spectral sensitivity distributions of radiation detectors according to FIG. 2C.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The same, similar and equally acting elements are provided in the figures with the same reference numerals.
In Figur IA ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung anhand einer Schnittansicht schematisch dargestellt. Die Detektoranordnung 10 umfasst einen ersten Strahlungsdetektor 1, einen zweiten Strahlungsdetektor 2 und einen dritten Strahlungsdetektor 3. Die Strahlungsdetektoren 1, 2 bzw. 3 der Detektoranordnung umfassen jeweils einen Halbleiterkörper 11, 21 bzw. 31. Die Halbleiterkörper der Strahlungsdetektoren weisen jeweils einen aktiven Bereich 12, 22 _ -yη _In FIG. 1A, a first exemplary embodiment of a detector arrangement according to the invention is schematically illustrated by means of a sectional view. The detector arrangement 10 comprises a first radiation detector 1, a second radiation detector 2 and a third radiation detector 3. The radiation detectors 1, 2 and 3 of the detector arrangement each comprise a semiconductor body 11, 21 and 31, respectively. The semiconductor bodies of the radiation detectors each have an active region 12 , 22 _ -yη_
bzw. 32 auf, der zur Signalerzeugung und zum Strahlungsempfang vorgesehen ist. Der aktive Bereich des jeweiligen Strahlungsdetektors umfasst bevorzugt zumindest eine Funktionsschicht, die Strahlungsanteile aus einer auf die Detektoranordnung einfallenden Strahlung 40 absorbieren kann. Insbesondere kann der aktive Bereich durch eine Funktionsschicht gebildet sein.or 32, which is provided for signal generation and radiation reception. The active region of the respective radiation detector preferably comprises at least one functional layer which can absorb radiation components from a radiation 40 incident on the detector arrangement. In particular, the active region can be formed by a functional layer.
Der aktive Bereich 12, 22 bzw. 32 zumindest eines Strahlungsdetektors der Detektoranordnung, vorzugsweise des ersten, des zweiten und des dritten Strahlungsdetektors, enthält ein III-V-Halbleitermaterial und/oder es ist der aktive Bereich eines ersten Strahlungsdetektors der Detektoranordnung von dem eines weiteren Strahlungsdetektors der Detektoranordnung verschieden ausgeführt . Vorzugsweise sind die aktiven Bereiche des ersten Strahlungsdetektors, des zweiten Strahlungsdetektors und des dritten Strahlungsdetektors paarweise verschieden voneinander ausgeführt.The active region 12, 22 or 32 of at least one radiation detector of the detector arrangement, preferably of the first, of the second and of the third radiation detector, contains a III-V semiconductor material and / or it is the active region of a first radiation detector of the detector arrangement of that of another Radiation detector of the detector arrangement executed differently. Preferably, the active regions of the first radiation detector, the second radiation detector and the third radiation detector are made in pairs different from each other.
Weiterhin ist der aktive Bereich des ersten Strahlungsdetektors, des zweiten Strahlungsdetektors und/oder des dritten Strahlungsdetektors mit Vorzug zwischen einer ersten Barriereschicht 13, 23 bzw. 33 und einer zweiten Barriereschicht 14, 24 bzw. 34 angeordnet. Die Barriereschichten eines Strahlungsdetektors, wie z. B. die Schichten 13 und 14 des ersten Strahlungsdetektors 1, weisen vorzugsweise unterschiedliche Leitungstypen auf (n-leitend bzw. p-leitend) . Die Halbleiterkörper der Strahlungsdetektoren sind weiterhin bevorzugt jeweils auf einem Träger 15, 25 bzw. 35 angeordnet. Der Träger stabilisiert den jeweiligen auf ihm angeordneten Halbleiterkörper mit Vorteil mechanisch. Beispielsweise kann der Träger das Aufwachssubstrat umfassen, auf dem der auf dem Träger angeordnete Halbleiterkδrper, insbesondere epitaktisch, gewachsen ist oder der Träger kann durch dieses Aufwachssubstrat gebildet sein. Die Träger 15, 25 und 35 enthalten bevorzugt ein gleiches Material oder sind aus gleichen Materialien gebildet.Furthermore, the active region of the first radiation detector, of the second radiation detector and / or of the third radiation detector is preferably arranged between a first barrier layer 13, 23 or 33 and a second barrier layer 14, 24 and 34, respectively. The barrier layers of a radiation detector, such. As the layers 13 and 14 of the first radiation detector 1, preferably have different conductivity types (n-type or p-type). The semiconductor bodies of the radiation detectors are furthermore preferably each arranged on a carrier 15, 25 or 35. The carrier advantageously mechanically stabilizes the respective semiconductor body arranged thereon. By way of example, the carrier may comprise the growth substrate on which the semiconductor body arranged on the carrier has grown, in particular epitaxially, or the carrier may be formed by this growth substrate. The supports 15, 25 and 35 preferably contain a same material or are formed from the same materials.
Den Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung sind vorzugsweise verschiedene, insbesondere paarweise verschiedene, Detektionsbereiche, also Bereiche, in welchen die Strahlungsdetektoren ein signifikantes Signal erzeugen, zugeordnet. Ist die Detektoranordnung zur Detektion von Strahlung über den sichtbaren Spektralbereich ausgebildet, so ist beispielsweise dem ersten Strahlungsdetektor 1 ein Detektionsbereich zugeordnet, der den blauen Spektralbereich umfasst, dem zweiten Strahlungsdetektor 2 ein Detektionsbereich zugeordnet, der den grünen Spektralbereich umfasst, und dem dritten Strahlungsdetektor 3 ein Detektionsbereich zugeordnet, der den roten Spektralbereich umfasst. Die Detektionsbereiche sind vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass ein kleinere Wellenlängen umfassender Detektionsbereich mit, insbesondere nur, dem benachbarten längerwelligeren Detektionsbereich überlappt. Auf diese Weise kann die Detektion von Strahlung über einen zusammenhängenden Detektionswellenlängenbereich, etwa den sichtbaren Spektralbereich, mit einer über im Wesentlichen den gesamten Detektionswellenlängenbereich signifikanten Signalerzeugung vereinfacht erreicht werden. Der Detektionsbereich des jeweiligen Strahlungsdetektors kann durch die Ausbildung der Funktionsschicht des aktiven Bereichs gezielt bestimmt werden. Zweckmäßigerweise sind die Funktionsschichten von Strahlungsdetektoren, die verschiedene Detektionsbereiche aufweisen, verschieden ausgebildet.The radiation detectors of the detector arrangement are preferably different, in particular different in pairs, Detection areas, ie areas in which the radiation detectors generate a significant signal assigned. If the detector arrangement is designed to detect radiation over the visible spectral range, for example the first radiation detector 1 is assigned a detection area which comprises the blue spectral range, the second radiation detector 2 is assigned a detection area comprising the green spectral range, and the third radiation detector 3 Assigned detection range, which includes the red spectral range. The detection areas are preferably matched to one another in such a way that a detection area comprising a smaller wavelength overlaps with, in particular only, the adjacent longer-wavelength detection area. In this way, the detection of radiation over a coherent detection wavelength range, for example the visible spectral range, can be achieved in a simplified manner with signal generation that is significant over substantially the entire detection wavelength range. The detection range of the respective radiation detector can be determined by the formation of the functional layer of the active region. Expediently, the functional layers of radiation detectors which have different detection areas are designed differently.
Bevorzugt weisen die Funktionsschichten vonPreferably, the functional layers of
Strahlungsdetektoren, die für verschiedene Detektionsbereiche vorgesehen sind, verschiedene Bandlücken und/oder Dicken auf. Die Bandlücke legt hierbei im Wesentlichen den aus der einfallenden Strahlung absorbierten Wellenlängenbereich fest. Insbesondere legt die Bandlücke eine obere Grenze dieses Wellenlängenbereichs fest. Über die Bandlücke der Funktionsschicht kann somit der Detektionsbereich, insbesondere eine obere Grenzwellenlänge des Detektionsbereichs eingestellt werden. Über die Wahl der Dicke der FunktionsSchicht kann der Anteil an aus der einfallenden Strahlung 40 absorbierten Strahlungsleistung und somit die im jeweiligen Strahlungsdetektor erzeugte Signalstärke gezielt eingestellt werden. Bevorzugt sind die Strahlungsdetektoren derart - . -Radiation detectors, which are intended for different detection areas, different band gaps and / or thicknesses. The band gap essentially defines the wavelength range absorbed by the incident radiation. In particular, the bandgap defines an upper limit of this wavelength range. The detection range, in particular an upper limit wavelength of the detection range, can thus be set via the band gap of the functional layer. By selecting the thickness of the functional layer, the proportion of radiation power absorbed by the incident radiation 40 and thus the signal strength generated in the respective radiation detector can be set in a targeted manner. The radiation detectors are preferably such -. -
aufeinander abgestimmt, dass ihre jeweiligen spektralen Empfindlichkeitsverteilungen gleiche Maximalwerte annehmen. Der Vergleich in den einzelnen Strahlungsdetektoren erzeugter Signale und die Bestimmung verschiedener spektraler Anteile in der auf die Detektoranordnung 10 einfallenden Strahlung 40 kann so erleichtert werden.coordinated so that their respective spectral sensitivity distributions assume the same maximum values. The comparison in the individual radiation detectors generated signals and the determination of different spectral components in the incident on the detector array 10 radiation 40 can be facilitated.
Um die in den aktiven Bereichen 12, 22 bzw. 32 erzeugten elektrischen Signale erfassen zu können, weisen die Strahlungsdetektoren bevorzugt einen ersten elektrischen Kontakt 16, 26 bzw. 36 und einen zweiten elektrischen Kontakt 17, 27 bzw. 37 auf. Der erste und der zweite Kontakt sind besonders bevorzugt auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers 15, 25 bzw. 35 angeordnet. Der erste und der zweite Kontakt sind mit dem jeweiligen aktiven Bereich elektrisch leitend verbunden. Bevorzugt ist der aktive Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt angeordnet. Zu diesem Zweck kann der Träger, falls er ein Halbleitermaterial, etwa GaAs, enthält, zur Erhöhung der Leitfähigkeit dotiert sein.In order to be able to detect the electrical signals generated in the active regions 12, 22 and 32, the radiation detectors preferably have a first electrical contact 16, 26 or 36 and a second electrical contact 17, 27 and 37, respectively. The first and second contacts are particularly preferably arranged on opposite sides of the carrier 15, 25 and 35, respectively. The first and second contacts are electrically connected to the respective active region. The active region is preferably arranged between the first and the second contact. For this purpose, if the carrier contains a semiconductor material, such as GaAs, it may be doped to increase the conductivity.
Die Strahlungsdetektoren sind vorzugsweise lateral nebeneinander angeordnet . Insbesondere können die Strahlungsdetektoren 1 , 2 und 3 auf einem gemeinsamen Trägerelement 100 angeordnet sein. Das Trägerelement 100 kann beispielsweise als Teil eines Gehäusekδrpers, insbesondere eines Kunststoffgehäusekδrpers eines optoelektronischen Bauteils, oder als Leiterplatte ausgeführt sein. Ein Gehäusekörper schützt die Strahlungsdetektorchips (ein Träger mit dem auf diesem angeordneten Halbleiterkörper) vor schädlichen äußeren Einflüssen. Auf einer Leiterplatte können dieThe radiation detectors are preferably arranged laterally next to one another. In particular, the radiation detectors 1, 2 and 3 can be arranged on a common carrier element 100. The carrier element 100 can be designed, for example, as part of a housing body, in particular a plastic housing body of an optoelectronic component, or as a printed circuit board. A housing body protects the radiation detector chips (a carrier with the semiconductor body arranged thereon) from harmful external influences. On a circuit board, the
Strahlungsdetektoren elektrisch kontaktiert werden, etwa, indem die Kontakte 17, 27 beziehungsweise 37 und 16, 26 beziehungsweise 36 mit den Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden werden.Radiation detectors are electrically contacted, for example, by the contacts 17, 27 and 37 and 16, 26 and 36 are electrically connected to the conductor tracks of the circuit board.
Anteile aus der auf einer Strahlungseintrittsseite 18, 28 bzw. 38 des jeweiligen Strahlungsdetektors in den Halbleiterkörper 11, 21, bzw. 31 des jeweiligen Strahlungsdetektors 1, 2, bzw. 3 eintretende Strahlung 40 können entsprechend der Bandlücke der - -Proportions of the radiation 40 entering the semiconductor body 11, 21, or 31 of the respective radiation detector 1, 2, or 3 on a radiation entrance side 18, 28, or 38 of the respective radiation detector can correspond to the band gap of FIG - -
Funktionsschicht des jeweiligen Bereichs absorbiert werden. Die in der Folge erzeugten Elektron-Loch-Paare tragen zum Signal der Strahlungsdetektoren bei. Die Wellenlängenabhängigkeit des erzeugten Signals bestimmt die spektraleFunctional layer of the respective area are absorbed. The subsequently generated electron-hole pairs contribute to the signal of the radiation detectors. The wavelength dependence of the generated signal determines the spectral
Empfindlichkeitsverteilung des jeweiligen Strahlungsdetektors. Bevorzugt weist die Empfindlichkeitsverteilung der einzelnen Strahlungsdetektoren ein Maximum bei einer Maximumswellenlänge auf, die zweckmäßigerweise in dem dem jeweiligen Strahlungsdetektor zugeordneten Detektionsbereich liegt.Sensitivity distribution of the respective radiation detector. The sensitivity distribution of the individual radiation detectors preferably has a maximum at a maximum wavelength, which expediently lies in the detection area assigned to the respective radiation detector.
In Figur IB ist qualitativ die Abhängigkeit der spektralen Empfindlichkeitsverteilung R von der Wellenlänge λ der einfallenden Strahlung für einen einzelnen Strahlungsdetektor gezeigt. Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 101 weist ein Maximum 106 bei der Maximumswellenlänge λm und eine kurzwellige Grenze λa sowie eine langwellige Grenzwellenlänge X]3 auf. Der Detektionsbereich des Strahlungsdetektors ist durch die Wellenlängen λa und X]3 begrenzt.FIG. 1B qualitatively shows the dependence of the spectral sensitivity distribution R on the wavelength λ of the incident radiation for a single radiation detector. The spectral sensitivity distribution 101 has a maximum 106 at the maximum wavelength λ m and a short-wave limit λ a and a long-wavelength cut-off wavelength X] 3 . The detection range of the radiation detector is limited by the wavelengths λ a and X] 3 .
Energiereiche kurzwellige Strahlung kann auch in zur Detektion längerwelliger Strahlung vorgesehenen aktiven Bereichen bzw. Funktionsschichten absorbiert werden und dementsprechend ein Signal erzeugen. Mittels einer Filterschichtstruktur, die mindestens eine Filterschicht umfasst und Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner der der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs entsprechenden Wellenlänge oder kleiner der Maximumswellenlänge absorbiert, kann eine Signalerzeugung aufgrund kurzwelligerer Strahlung entsprechend dem in der Filterschicht absorbierten kurzwelligen Strahlungsanteil verringert werden. Der Detektionsbereich des jeweiligen Strahlungsdetektors kann, gegebenenfalls in Kombination mit einer Funktionsschicht einer geeigneten Bandlücke, so an einen zu bestimmenden spektralen Anteil angepasst werden. Bevorzugt ist die Filterschichtstruktur monolithisch im Halbleiterkörper integriert und zwischen der Strahlungseintrittsseite des Halbleiterkörpers und dem aktiven Bereich des Strahlungsdetektors angeordnet . _ -High-energy short-wave radiation can also be absorbed in active regions or functional layers provided for detection of longer-wave radiation and accordingly generate a signal. By means of a filter layer structure which comprises at least one filter layer and absorbs radiation having a wavelength smaller or smaller than the maximum wavelength corresponding to the band gap of the functional layer of the active region, signal generation due to short-wave radiation can be reduced in accordance with the short-wave radiation fraction absorbed in the filter layer. The detection range of the respective radiation detector can, if appropriate in combination with a functional layer of a suitable band gap, be adapted to a spectral component to be determined. Preferably, the filter layer structure is monolithically integrated in the semiconductor body and arranged between the radiation entrance side of the semiconductor body and the active region of the radiation detector. _ -
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen der zweite Strahlungsdetektor 2 und der dritte Strahlungsdetektor 3 eine FilterschichtStruktur 29 bzw. 39 auf. Die Filterschichtstruktur 39 des dritten Strahlungsdetektors weist eine erste Filterschicht 391 und eine zweite Filterschicht 392 auf, die bevorzugt unterschiedliche Bandlücken und Dicken aufweisen. Über die Filterschichtstruktur wird es erleichtert, eine Signalerzeugung in aktiven Bereichen von für längerwellige Strahlung vorgesehenen Strahlungsdetektoren im kurzwelligen Bereich - kleiner der Maximumswellenlänge - zu vermindern. Kurzwellige Strahlung wird vermehrt in der Filterschichtstruktur absorbiert und kann somit nur in verringertem Maße Signale im aktiven Bereich erzeugen.In the present exemplary embodiment, the second radiation detector 2 and the third radiation detector 3 have a filter layer structure 29 and 39, respectively. The filter layer structure 39 of the third radiation detector has a first filter layer 391 and a second filter layer 392, which preferably have different band gaps and thicknesses. The filter layer structure makes it easier to reduce signal generation in active regions of radiation detectors provided for longer-wave radiation in the short-wave range-smaller than the maximum wavelength. Shortwave radiation is increasingly absorbed in the filter layer structure and thus can only generate signals in the active region to a reduced extent.
Seitens des ersten Kontakts des jeweiligen Strahlungsdetektors, der auf der dem Träger gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, kann der Halbleiterkörper von einer KontaktSchicht 160, 260 bzw. 360 abgeschlossen werden. Die Kontaktschicht weist vorteilhafte elektrische Kontakteigenschaften zum ersten Kontakt auf.On the part of the first contact of the respective radiation detector, which is arranged on the side of the semiconductor body opposite the carrier, the semiconductor body can be terminated by a contact layer 160, 260 or 360. The contact layer has advantageous electrical contact properties for the first contact.
Für auf III-V-Halbleitermaterialien basierendeFor III-V semiconductor materials
Strahlungsdetektoren für den sichtbaren Spektralbereich eignet sich aufgrund der vereinfacht erzielbaren hohen internen Quanteneffizienz besonders das Materialsystem Inx Gay Ali_x.y P. Insbesondere für den aktiven Bereich ist dieses Materialsystem besonders geeignet .Due to the easily achievable high internal quantum efficiency, radiation detectors for the visible spectral range are particularly suitable for the material system In x Ga y Ali_ x . y P. This material system is particularly suitable for the active area.
Zur Detektion verschiedenfarbiger spektraler Anteile, insbesondere Anteilen der Grundfarben Rot, Grün und Blau, in der einfallenden Strahlung sind für die Strahlungsdetektoren Halbleiterkörper, die Elemente aufweisen, die gemäß der in Figur IC gezeigten Tabelle ausgebildet sind, besonders geeignet. Der Träger 15, 25 bzw. 35 kann jeweils durch ein n-GaAs Aufwachssubstrat gegeben sein, auf dem die Halbleiterkörper 11, 21 bzw. 31 epitaktisch gewachsen sind. Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf dem Materialsystem In0,5 (Gai-xAlx) 0,sP mit 0 < x < 1, das sich durch gute Gitteranpassung an ein GaAs- Aufwachssubstrat auszeichnet. Über den Al-Gehalt x kann die Bandlücke einer Halbleiterschicht aus diesem Materialsystem eingestellt werden.For the detection of differently colored spectral components, in particular components of the primary colors red, green and blue, in the incident radiation, semiconductor bodies which have elements which are formed according to the table shown in FIG. 1C are particularly suitable for the radiation detectors. The carrier 15, 25 and 35 can each be provided by an n-GaAs growth substrate on which the semiconductor bodies 11, 21 and 31 are grown epitaxially. Preferably, the semiconductor body is based on the material system 0, 5 (Ga x Al x) 0, sp 0 <x <1, which is characterized by good lattice matching to a GaAs growth substrate. About the Al content x, the Band gap of a semiconductor layer can be adjusted from this material system.
In der Tabelle nach Figur IC bezeichnet D die Dicke, EG die für die Absorption maßgebliche Bandlücke, insbesondere die direkte Bandlücke, und λG die dieser Bandlücke entsprechende Wellenlänge.In the table according to FIG. 1C, D denotes the thickness, E G the band gap relevant for the absorption, in particular the direct band gap, and λ G the wavelength corresponding to this band gap.
Die Filterschichtstruktur 29 weist eine Filterschicht auf, die hinsichtlich der Dicke und der Zusammensetzung entsprechend dem aktiven Bereich 12 des ersten Strahlungsdetektors ausgebildet ist. Entsprechendes gilt für die erste Filterschicht 391 des dritten Strahlungsdetektors 3. Die zweite Filterschicht 392 der Filterschichtstruktur 39 des dritten Strahlungsdetektors 3 ist hinsichtlich Dicke und Zusammensetzung entsprechend dem aktiven Bereich 22 des zweiten Strahlungsdetektors ausgebildet. Eine Filterschicht eines Strahlungsdetektors mit einem Detektionsbereich, der verglichen mit dem eines weiteren Strahlungsdetektors größere Wellenlängen umfasst, ist demnach hinsichtlich Zusammensetzung und Dicke gemäß der Funktionsschicht des weiteren Strahlungsdetektors ausgebildet.The filter layer structure 29 has a filter layer which is formed in thickness and composition corresponding to the active region 12 of the first radiation detector. The same applies to the first filter layer 391 of the third radiation detector 3. The second filter layer 392 of the filter layer structure 39 of the third radiation detector 3 is formed in thickness and composition corresponding to the active region 22 of the second radiation detector. A filter layer of a radiation detector having a detection region which, compared to that of a further radiation detector, comprises larger wavelengths, is accordingly designed in terms of composition and thickness in accordance with the functional layer of the further radiation detector.
Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung der einzelnen Strahlungsdetektoren einer derart ausgebildeten Detektoranordnung ist in Figur ID schematisch dargestellt. Für die Figur ID wurde die spektrale Empfindlichkeitsverteilung einer Detektoranordnung gemäß Figur IA simuliert, wobei der Simulation der Tabelle in Figur IC entsprechende Daten zugrunde gelegt wurden. In Figur ID ist die Wellenlängenabhängigkeit der Responsivität des erzeugten Fotostroms in Ampere pro Watt der einfallenden Strahlungsleistung von der Wellenlänge der auf die Detektoranordnung einfallenden Strahlung in nm aufgetragen.The spectral sensitivity distribution of the individual radiation detectors of a detector arrangement formed in this way is shown schematically in FIG. For the ID, the spectral sensitivity distribution of a detector arrangement according to FIG. 1A was simulated, the simulation of the table in FIG. IC being based on corresponding data. In FIG. 1D, the wavelength dependence of the responsivity of the generated photocurrent in amps per watt of the incident radiation power on the wavelength of the radiation incident on the detector array is plotted in nm.
In Figur ID sind die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 101 des ersten Strahlungsdetektors 1, die spektraleIn Figure ID, the spectral sensitivity distribution 101 of the first radiation detector 1, the spectral
Empfindlichkeitsverteilung 102 des zweiten Strahlungsdetektors 2 und die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 103 des dritten Strahlungsdetektors 3 dargestellt. -Sensitivity distribution 102 of the second radiation detector 2 and the spectral sensitivity distribution 103 of the third radiation detector 3 shown. -
Der Detektionsbereich des ersten Strahlungsdetektors 1 reicht von einschließlich λa ]_ « 400 nm bis einschließlich X]3 1 Ä 600 nm, derjenige des zweiten Strahlungsdetektors 2 von einschließlich λa,2 ö 480 nm b^13 einschließlich X]3^ * 65° nm und derjenige des dritten Strahlungsdetektors 3 von einschließlich Xa 3 * 550 nm bis einschließlich Xj3 3 « 675 nm.The detection range of the first radiation detector 1 ranges from including λ a] _ «400 nm up to and including X] 3 1 Ä 600 nm, that of the second radiation detector 2 by including λ a, 2 ö 480 nm b ^ 13 including X] 3 ^ * 65 ° nm and d that of the third radiation detector 3 from including Xa 3 * 550 nm up to and including Xj 3 3 «675 nm.
Die Detektoranordnung überdeckt somit, abgesehen vom Bereich zwischen 675 nm und 700 nm im Wesentlichen den gesamten sichtbaren Spektralbereich, der durch die Kurve 104, die die Empfindlichkeit eines hell adaptierten menschlichen Auges gemäß der CIE-Norm wiedergibt, verdeutlich ist. Die Detektionsbereiche der Strahlungsdetektoren überlappen hierbei miteinander. Insbesondere überlappt der Detektionsbereich des langwelligsten Strahlungsdetektors 3 mit dem des Strahlungsdetektors 1, der für die kurzwelligste Strahlung vorgesehen ist. Dieser Überlapp kann gegebenenfalls durch anderweitige Ausbildung der aktiven Zone des Strahlungsdetektors 1 oder geeignete Filterung vermieden werden. Die Bestimmung spektraler Anteile in der einfallenden Strahlung 40 kann so erleichtert werden.Thus, apart from the range between 675nm and 700nm, the detector array substantially covers the entire visible spectral range, which is illustrated by curve 104, which represents the sensitivity of a brightly adapted human eye according to the CIE standard. The detection areas of the radiation detectors overlap with each other. In particular, the detection range of the longest wavelength radiation detector 3 overlaps that of the radiation detector 1 provided for the shortest wavelength radiation. This overlap can optionally be avoided by otherwise forming the active zone of the radiation detector 1 or suitable filtering. The determination of spectral components in the incident radiation 40 can thus be facilitated.
Die spektralen Empfindlichkeitsverteilungen 101, 102 und 103 weisen jeweils ein Maximum bei einer Maximumswellenlänge λm,i (i = 1, 2, 3) auf. Der erste Strahlungsdetektor 1 ist dem blauen Spektralbereich zugeordnet, der zweite Strahlungsdetektor 102 dem grünen Spektralbereich und der dritte Strahlungsdetektor 103 dem roten Spektralbereich. Insbesondere liegen die Maximumswellenlängen mit λTO/i = 490 nm, λm/2 = 555 nm und λm/3 « 610 nm in den den jeweiligen Strahlungsdetektoren zugeordneten Spektral- bzw. Detektionsbereichen. Die kurzwellige Flanke der spektralen Empfindlichkeitsverteilungen des zweiten Strahlungsdetektors 2 und des dritten Strahlungsdetektors 3 wird für Wellenlängen kleiner der jeweiligen Maximumswellenlänge durch Absorption von Wellenlängen aus der einfallenden Strahlung kleiner der Maximumswellenlänge in der Filterschichtstruktur dieser Strahlungsdetektoren geformt . Bevorzugt werden die spektralen Empfindlichkeitsverteilungen derart durch die Filterschicht geformt, dass sich zwei spektrale Empfindlichkeitsverteilungen mit benachbarten Maximumsweilenlängen bei einem Wert schneiden, der unterhalb des halben Maximalwerts liegt. Im vorliegenden Ausbildungsbeispiel ist dies der Fall. Der halbe Maximalwert beträgt ungefähr 0,15 A/W. Die Filterschichtstruktur bestimmt insbesondere die kurzwellige Grenze des Detektionsbereichs des jeweiligen Strahlungsdetektors. Da im Materialsystem Inx Ga7 Al1.x.y P im blauen Spektralbereich nur vergleichsweise geringe Empfindlichkeiten erzielbar sind, kann bei dem ersten Strahlungsdetektor auf eine zusätzliche Filterschichtstruktur zur Formung der kurzwelligen Flanke der Empfindlichkeitsverteilung verzichtet werden.The spectral sensitivity distributions 101, 102 and 103 each have a maximum at a maximum wavelength λ m , i (i = 1, 2, 3). The first radiation detector 1 is assigned to the blue spectral range, the second radiation detector 102 to the green spectral range and the third radiation detector 103 to the red spectral range. In particular, the maximum wavelengths with λ TO / i = 490 nm, λ m / 2 = 555 nm and λ m / 3 «610 nm are in the spectral or detection ranges assigned to the respective radiation detectors. The short-wave edge of the spectral sensitivity distributions of the second radiation detector 2 and the third radiation detector 3 is shaped for wavelengths smaller than the respective maximum wavelength by absorbing wavelengths from the incident radiation smaller than the maximum wavelength in the filter layer structure of these radiation detectors. Preferably, the spectral sensitivity distributions are formed through the filter layer such that two spectral sensitivity distributions with adjacent ones Cut maximum latencies at a value less than half the maximum value. This is the case in the present training example. Half the maximum value is about 0.15 A / W. In particular, the filter layer structure determines the short-wave limit of the detection range of the respective radiation detector. Since in the material system In x Ga 7 Al 1 . x . y P only comparatively low sensitivities can be achieved in the blue spectral range, an additional filter layer structure for shaping the short-wave edge of the sensitivity distribution can be dispensed with in the case of the first radiation detector.
Aufgrund der Abstimmung der Strahlungsdetektoren auf verschiedenfarbige Spektralbereiche kann aus den von den diskreten Strahlungsdetektoren erfassten Signalen unmittelbar Aufschluss über Farbanteile in der auf die Detektoranordnung einfallenden Strahlung gewonnen werden. Weitergehend kann der Farbeindruck bestimmt werden.Due to the coordination of the radiation detectors on different-colored spectral regions can be obtained directly from the signals detected by the discrete radiation detectors on color components in the radiation incident on the detector array. Further, the color impression can be determined.
Weiterhin sind die Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung bevorzugt derart aufeinander abgestimmt, dass sie im Wesentlichen gleiche Maximalwerte aufweisen. Dies kann durch geeignete Ausbildung des aktiven Bereichs, insbesondere der Funktionsschicht des jeweiligen Strahlungsdetektors erreicht werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die drei Strahlungsdetektoren im Wesentlichen den gemeinsamen Maximalwert von 0 , 3 A/W auf .Furthermore, the radiation detectors of the detector arrangement are preferably matched to one another such that they have substantially the same maximum values. This can be achieved by suitable design of the active region, in particular the functional layer of the respective radiation detector. In the present exemplary embodiment, the three radiation detectors essentially have the common maximum value of 0.3 A / W.
Der Halbleiterkörper 31 des für die langwellige Strahlung vorgesehenen Strahlungsdetektors 3 weist gemäß oben stehender Tabelle eine erhebliche Dicke von ungefähr 5 μm auf. Diese erhebliche Dicke ist durch die der Abstimmung der Detektionsbereiche aufeinander dienende Filterschichtstruktur bedingt, welche Wellenlängen aus für die Signalerzeugung unerwünschten Wellenlängenbereichen absorbiert.The semiconductor body 31 of the radiation detector 3 provided for the long-wave radiation has, according to the table above, a considerable thickness of approximately 5 μm. This considerable thickness is due to the filter layer structure which serves to tune the detection areas and which absorbs wavelengths from wavelength ranges which are undesirable for signal generation.
Es sei angemerkt, dass nicht nur die Filterschichtstruktur allein der Formung der kurzwelligen Flanke der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors dienen kann. Vielmehr können auch die bezüglich des aktiven Bereichs strahlungseintrittsseitig angeordneten Barriereschichten zur Filterung vorgesehen sein. Hierfür weisen die Barriereschichten der Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung unterschiedliche Dicken auf (vergleiche die Tabelle in Figur IC) . Bei den für längerwellige Strahlung ausgebildeten Strahlungsdetektoren 2 und 3 wird kurzwellige Strahlung damit vermehrt in den jeweiligen Barriereschichten absorbiert .It should be noted that not only the filter layer structure alone can serve to shape the short-wave edge of the spectral sensitivity distribution of the radiation detector. Rather, the barrier layers arranged with respect to the active region on the radiation inlet side can also be provided for filtering. For this purpose, the barrier layers of the radiation detectors of the detector arrangement have different thicknesses (compare the table in FIG. 1C). With the radiation detectors 2 and 3 designed for longer-wave radiation, short-wave radiation is thus increasingly absorbed in the respective barrier layers.
Figur 2 zeigt in Figur 2A eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Detektoranordnung, in Figur 2C die spektraleFIG. 2 shows in FIG. 2A a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of a detector arrangement according to the invention, in FIG. 2C the spectral
Empfindlichkeitsverteilung einer Detektoranordnung gemäß Figur 2A mit entsprechend der Tabelle in Figur 2B ausgebildeten Elementen und in Figur 2D Differenzkurven der spektralen Empfindlichkeitsverteilungen von Strahlungsdetektoren nach Figur 2C.Sensitivity distribution of a detector arrangement according to FIG. 2A with elements corresponding to the table in FIG. 2B and in FIG. 2D difference curves of the spectral sensitivity distributions of radiation detectors according to FIG. 2C.
Die Detektoranordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst wiederum einen ersten Strahlungsdetektor 1 einen zweiten Strahlungsdetektor 2 und einen dritten Strahlungsdetektor 3. Im Wesentlichen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2A dem ersten Ausführungsbeispiel.The detector arrangement according to the second exemplary embodiment again comprises a first radiation detector 1, a second radiation detector 2 and a third radiation detector 3. The embodiment according to FIG. 2A essentially corresponds to the first exemplary embodiment.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Strahlungsdetektor 2 und beim dritten Strahlungsdetektor 3 auf die Filterschichtstrukturen 29 bzw. 39 verzichtet. Der dritte Strahlungsdetektor 3 ist über den Detektionsbereich des zweiten und des ersten Strahlungsdetektors empfindlich. Der zweite Strahlungsdetektor wiederum ist über den Detektionsbereich des ersten Strahlungsdetektors empfindlich, im Detektionsbereich des dritten jedoch unempfindlich. Die Detektionsbereiche des ersten, des zweiten und des dritten Strahlungsdetektors können insbesondere eine gemeinsame untere Grenzwellenlänge aufweisen.In contrast to the first exemplary embodiment, the second radiation detector 2 and the third radiation detector 3 do not have the filter layer structures 29 or 39. The third radiation detector 3 is sensitive over the detection range of the second and the first radiation detector. The second radiation detector in turn is sensitive over the detection range of the first radiation detector, but insensitive in the detection range of the third. The detection regions of the first, the second and the third radiation detector can in particular have a common lower limit wavelength.
Um spektrale Anteile aus der einfallenden Strahlung 40 mittels einer derartigen Detektoranordnung zu bestimmen, können Differenzen aus den spektralen Empfindlichkeitsverteilungen des ersten, des zweiten und des dritten Strahlungsdetektors gebildet _ _In order to determine spectral components from the incident radiation 40 by means of such a detector arrangement, differences can be formed from the spectral sensitivity distributions of the first, the second and the third radiation detector _ _
werden. Aus dem Signal des ersten Strahlungsdetektors kann mit Vorteil unmittelbar die Information über einen ersten spektralen Anteil, aus der Differenz der spektralenbecome. From the signal of the first radiation detector can advantageously directly the information about a first spectral component, from the difference of the spectral
Empfindlichkeitsverteilung des zweiten Strahlungsdetektors und des ersten Strahlungsdetektors diejenige über einen zweiten spektralen Anteil und aus der Differenz der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des dritten Strahlungsdetektors mit der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des zweiten Strahlungsdetektors diejenige über einen dritten spektralen Anteil gewonnen werden.Sensitivity distribution of the second radiation detector and the first radiation detector that over a second spectral component and from the difference of the spectral sensitivity distribution of the third radiation detector with the spectral sensitivity distribution of the second radiation detector that are obtained over a third spectral component.
In der in Figur 2B gezeigten Tabelle sind Elemente angegeben, die für Halbleiterkörper von Strahlungsdetektoren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besonders geeignet sind. Es bezeichnet D die Dicke, EG die für die Absorption maßgebliche, insbesondere direkte, Bandlücke und λG die dieser Bandlücke entsprechende Wellenlänge.In the table shown in FIG. 2B, elements which are particularly suitable for semiconductor bodies of radiation detectors according to the second exemplary embodiment are specified. D denotes the thickness, E G the absorption, in particular direct, band gap, and λ G the wavelength corresponding to this band gap.
Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung der einzelnen Strahlungsdetektoren einer gemäß dieser Tabelle ausgebildeten Detektoranordnung ist in Figur 2C schematisch dargestellt. Für die Figur 2C wurde die spektrale Empfindlichkeitsverteilung einer Detektoranordnung gemäß Figur 2A simuliert, wobei der Simulation der Figur 2B entsprechende Daten zugrunde gelegt wurden. In Figur 2C ist die Wellenlängenabhängigkeit der Responsivität des erzeugten Fotostroms in Ampere pro Watt der einfallenden Strahlungsleistung von der Wellenlänge der auf die Detektoranordnung einfallenden Strahlung in nm aufgetragen.The spectral sensitivity distribution of the individual radiation detectors of a detector arrangement designed according to this table is shown schematically in FIG. 2C. For FIG. 2C, the spectral sensitivity distribution of a detector arrangement according to FIG. 2A was simulated, the simulation of FIG. 2B being based on corresponding data. In FIG. 2C, the wavelength dependence of the responsivity of the generated photocurrent in amperes per watt of the incident radiation power on the wavelength of the radiation incident on the detector array is plotted in nm.
In Figur 2C sind die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 101 des ersten Strahlungsdetektors, die spektraleIn Figure 2C, the spectral sensitivity distribution 101 of the first radiation detector, the spectral
Empfindlichkeitsverteilung 102 des zweiten Strahlungsdetektors und die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 103 des dritten Strahlungsdetektors einer Detektoranordnung gemäß Figur 2A gezeigt. Weiterhin ist die Empfindlichkeitsverteilung des hell adaptierten menschlichen Auges 104 mit einem Maximum bei ungefähr 555 nm gezeigt. - -Sensitivity distribution 102 of the second radiation detector and the spectral sensitivity distribution 103 of the third radiation detector of a detector arrangement shown in Figure 2A. Furthermore, the sensitivity distribution of the brightly adapted human eye 104 is shown with a maximum at about 555 nm. - -
Der erste Strahlungsdetektor 1 für den blauen Spektralbereich weist, da er entsprechend dem aus Figur ID gefertigt ist, die gleiche spektrale Empfindlichkeitsverteilung wie der Detektor aus Figur ID auf. Beim zweiten und beim dritten Strahlungsdetektor wurde auf die Filterschichtstruktur verzichtet, sodass diese Detektoren gegenüber Figur ID auch in kurzwelligeren Wellenlängenbereichen empfindlich sind.The first radiation detector 1 for the blue spectral region has the same spectral sensitivity distribution as the detector of FIG. ID, since it is manufactured in accordance with that of FIG. 1D. In the case of the second and the third radiation detector, the filter layer structure was dispensed with, so that these detectors are sensitive to short-wavelength wavelength ranges compared to FIG.
Insbesondere überlappen die Empfindlichkeitsverteilungen des ersten, des zweiten und des dritten Strahlungsdetektors für Wellenlängen kleiner der Maximumswellenlänge λm,i des ersten Strahlungsdetektors. Weiterhin verlaufen die spektralen Empfindlichkeitsverteilungen des ersten, des zweiten und des dritten Strahlungsdetektors für Wellenlängen kleiner als λm,i im Bereich 105 der spektralen Empfindlichkeitsverteilung der Detektoranordnung 10 deckungsgleich.In particular, the sensitivity distributions of the first, the second and the third radiation detector for wavelengths smaller than the maximum wavelength λ m , i of the first radiation detector overlap. Furthermore, the spectral sensitivity distributions of the first, the second and the third radiation detector for wavelengths smaller than λ m , i are congruent in the region 105 of the spectral sensitivity distribution of the detector arrangement 10.
Der Detektionsbereich des ersten Strahlungsdetektors erstreckt sich von einschließlich der gemeinsamen kurzwelligen Grenzwellenlänge der drei Strahlungsdetektoren λa « 400 nm bis einschließlich λj-, ^ « 600 nm, derjenige des zweiten Strahlungsdetektors von einschließlich λa bis einschließlich XT0 2 « 650 nm und derjenige des dritten Strahlungsdetektors von einschließlich λa bis einschließlich X]3 3 » 675 nm. Die Maximumswellenlänge der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des ersten Strahlungsdetektors λm,i liegt bei ungefähr 490 nm, die Maximumswellenlänge λm,2 der spektralenThe detection range of the first radiation detector extending from including the common short wavelength cutoff wavelength of the three radiation detectors λ a "400 nm to λj-, ^« 600 nm, that of the second radiation detector by including λ a to including XT 0 2 "650 nm and that of the third radiation detector of including λ a up to and including X] 3 3 '675 nm. the peak wavelength of the spectral sensitivity distribution of the first radiation detector λ m, i is nm at about 490, the peak wavelength λ m, 2 of the spectral
Empfindlichkeitsverteilung 102 des zweiten Strahlungsdetektors bei ungefähr 525 nm und die Maximumswellenlänge λm,3 der spektralen Empfindlichkeitsverteilung 103 des dritten Strahlungsdetektors bei ungefähr 570 nm. λm,3 liegt demnach im grünen Spektralbereich, dem Detektionsbereich, für den der zweite Strahlungsdetektor vorgesehen ist.Sensitivity distribution 102 of the second radiation detector at approximately 525 nm and the maximum wavelength λ m, 3 of the spectral sensitivity distribution 103 of the third radiation detector at approximately 570 nm. Λ m , 3 is therefore in the green spectral region, the detection region for which the second radiation detector is provided.
Die einzelnen Strahlungsdetektoren weisen also maßgebliche überlappende oder sogar sich überdeckendeThe individual radiation detectors thus have significant overlapping or even overlapping ones
Empfindlichkeitsverteilungen bzw. Detektionsbereiche auf, was die Zuordnung spektraler Anteile zum jeweiligen Detektorsignal erschwert. Aus einer Detektoranordnung mit der 9 R Sensitivity distributions or detection areas, which complicates the assignment of spectral components to the respective detector signal. From a detector arrangement with the 9 R
Empfindlichkeitsverteilung gemäß Figur 2C ist es zwar verglichen mit einer Detektoranordnung gemäß Figur ID erschwert, unmittelbar aus den Detektorsignalen Informationen über spektrale Anteile in der einfachen Strahlung zu erlangen, derartige Strahlungsdetektoren können aber aufgrund des Verzichts auf Filterschichtstrukturen und folglich verringerter Wachstumszeiten kostengünstiger gefertigt werden.Although the sensitivity distribution according to FIG. 2C makes it more difficult to obtain information about spectral components in the simple radiation directly from the detector signals, such radiation detectors can be manufactured more cost-effectively because of the absence of filter layer structures and consequently reduced growth times.
Die Bestimmung von Farbanteilen aus der einfallenden Strahlung kann bei der Detektoranordnung gemäß Figur 2A mittels des Bilden von Differenzen der in den Strahlungsdetektoren aufgrund der einfallenden Strahlung erzeugten Signale erfolgen. Hierbei wird bevorzugt von einer spektralen Empfindlichkeitsverteilung eines Strahlungsdetektors, insbesondere ausschließlich, diejenige eines weiteren Strahlungsdetektors mit einem kurzwelligeren Detektionsbereich abgezogen. Bevorzugt ist der kurzwelligere Detektionsbereich der demjenigen des Strahlungsdetektors wellenlängenbezogen, insbesondere auf der langwelligen Seite der beiden Empfindlichkeitsverteilungen, nächstliegende Detektionsbereich .The determination of color components from the incident radiation can be carried out in the detector arrangement according to FIG. 2A by means of the formation of differences of the signals generated in the radiation detectors on the basis of the incident radiation. In this case, it is preferred to subtract from a spectral sensitivity distribution of a radiation detector, in particular exclusively that of a further radiation detector with a shorter-wavelength detection range. Preferably, the shorter-wavelength detection range of that of the radiation detector wavelength-related, in particular on the long-wavelength side of the two sensitivity distributions, the closest detection range.
In Figur 2D sind aus einer derartigen Differenzbildung resultierende Kurven dargestellt. Die Kurve 101 entspricht der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des ersten Strahlungsdetektors 1. Um die Kurve 112 zu erhalten, wurde die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des ersten Strahlungsdetektors 101 von der spektralenFIG. 2D shows curves resulting from such a difference formation. The curve 101 corresponds to the spectral sensitivity distribution of the first radiation detector 1. In order to obtain the curve 112, the spectral sensitivity distribution of the first radiation detector 101 has been changed from the spectral
Empfindlichkeitsverteilung des zweiten Strahlungsdetektors 102 aus Figur 2C abgezogen. Um die Kurve 123 zu erhalten wurde die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 102 des zweiten Strahlungsdetektors von der spektralenSensitivity distribution of the second radiation detector 102 subtracted from Figure 2C. To obtain the curve 123, the spectral sensitivity distribution 102 of the second radiation detector was determined from the spectral
Empfindlichkeitsverteilung 103 des dritten Strahlungsdetektors abgezogen. Aus dem Signal des ersten Strahlungsdetektors 101 kann ein blauer spektraler Anteil bestimmt werden. Die Differenzkurve 112 weist ein Maximum bei λD/2 « 540 nm auf und ist zur Bestimmung spektraler Anteile im grünen Spektralbereich vorgesehen. Die Differenzkurve 123 weist ein Maximum bei λD/2 * 595 nm auf und ist zur Bestimmung spektraler Anteile im O Q Sensitivity distribution 103 of the third radiation detector deducted. From the signal of the first radiation detector 101, a blue spectral component can be determined. The difference curve 112 has a maximum at λ D / 2 «540 nm and is provided for determining spectral components in the green spectral range. The difference curve 123 has a maximum at λ D / 2 * 595 nm and is for determining spectral components in OQ
- 2, 3 —- 2, 3 -
roten Spektralbereich vorgesehen. Die Differenzkurve 123 überlappt mit der Differenzkurve 112.red spectral range provided. The difference curve 123 overlaps with the difference curve 112.
Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 101 des ersten Strahlungsdetektors für die kurzwellige Strahlung überlappt mit der Differenzkurve 112. Der von der spektralen Empfindlichkeitsverteilung 101 überdeckte Wellenlängenbereich erstreckt sich von 400 nm bis 600 nm, der von der Differenzkurve 112 überdeckte Bereich ungefähr von 450 nm bis 665 nm und der von der Differenzkurve 123 überdeckte Wellenlängenbereich von ungefähr 540 nm bis 650 nm. Abgesehen vom Bereich zwischen 655 nm und 700 nm wird mittels der Differenzkurven und dem Detektionsbereich des ersten Strahlungsdetektors der gesamte sichtbare Spektralbereich zusammenhängend überdeckt .The spectral sensitivity distribution 101 of the first radiation detector for the short-wave radiation overlaps with the difference curve 112. The wavelength range covered by the spectral sensitivity distribution 101 extends from 400 nm to 600 nm, the area covered by the difference curve 112 approximately from 450 nm to 665 nm, and Wavelength range of approximately 540 nm to 650 nm covered by the difference curve 123. Apart from the range between 655 nm and 700 nm, the entire visible spectral range is coherently covered by means of the difference curves and the detection range of the first radiation detector.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen DE 10 2005 024 660.5 vom 30. Mai 2005 und DE 10 2005 043 918.7 vom 14. September 2005, deren gesamter Offenbarungsgehalt hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen wird.This patent application claims the priorities of German patent applications DE 10 2005 024 660.5 of May 30, 2005 and DE 10 2005 043 918.7 of September 14, 2005, the entire disclosure content of which is hereby explicitly incorporated by reference into the present patent application.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Claims

_ 3 Q _Patentansprüche _ 3 Q _Patent claims
1. Detektoranordnung mit einer Mehrzahl von diskreten Strahlungsdetektoren (1, 2, 3), wobeiA detector array comprising a plurality of discrete radiation detectors (1, 2, 3), wherein
- ein erster Strahlungsdetektor (1, 2, 3) und ein zweiter Strahlungsdetektor (1, 2, 3) der Detektoranordnung (10) jeweils einen Halbleiterkörper (11, 21, 31) mit einem zum Strahlungsempfang und zur Signalerzeugung vorgesehenen aktiven Bereich (12, 22, 32) und jeweils einen, dem jeweiligen Strahlungsdetektor zugeordneten Detektionsbereich aufweisen,a first radiation detector (1, 2, 3) and a second radiation detector (1, 2, 3) of the detector arrangement (10) each have a semiconductor body (11, 21, 31) with an active region (12, 12) provided for radiation reception and signal generation; 22, 32) and in each case have a detection area assigned to the respective radiation detector,
- bei der der Halbleiterkörper mindestens eines Strahlungsdetektors ein III-V-Halbleitermaterial enthält und/oder- Wherein the semiconductor body of at least one radiation detector contains a III-V semiconductor material and / or
- bei der der aktive Bereich des ersten Strahlungsdetektors vom aktiven Bereich des zweiten Strahlungsdetektors verschieden ausgeführt ist.- Wherein the active region of the first radiation detector is designed differently from the active region of the second radiation detector.
2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bandlücke und/oder eine Dicke einer Funktionsschicht des aktiven Bereichs (12, 22, 32) des ersten Strahlungsdetektors (1,2. A detector arrangement according to claim 1, characterized in that a band gap and / or a thickness of a functional layer of the active region (12, 22, 32) of the first radiation detector (1,
2, 3) von einer Bandlücke bzw. einer Dicke einer Funktionsschicht des aktiven Bereichs (12, 22, 32) des zweiten Strahlungsdetektors (1, 2, 3) verschieden ist.2, 3) is different from a band gap or a thickness of a functional layer of the active region (12, 22, 32) of the second radiation detector (1, 2, 3).
3. Detektoranordnung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs (12, 22, 32) des ersten Strahlungsdetektors (1, 2, 3) entsprechende Wellenlänge und/oder die der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs (12, 22, 32) des zweiten Strahlungsdetektors (1, 2, 3) entsprechende Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich liegt.3. A detector arrangement according to claim 2, characterized in that the band gap of the functional layer of the active region (12, 22, 32) of the first radiation detector (1, 2, 3) corresponding wavelength and / or the band gap of the functional layer of the active region ( 12, 22, 32) of the second radiation detector (1, 2, 3) corresponding wavelength in the visible spectral range.
4. Detektoranordnung nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die der Bandlücke der Funktionsschicht des aktiven Bereichs (12,4. A detector arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the band gap of the functional layer of the active region (12,
22, 32) des ersten Strahlungsdetektors (1, 2, 3) entsprechende22, 32) of the first radiation detector (1, 2, 3) corresponding
Wellenlänge und die der Bandlücke der Funktionsschicht des _Wavelength and the band gap of the functional layer of the _
aktiven Bereichs (12, 22, 32) des zweiten Strahlungsdetektors (1, 2, 3) entsprechende Wellenlänge in verschiedenfarbigen Spektralbereichen liegen.active region (12, 22, 32) of the second radiation detector (1, 2, 3) corresponding wavelength in different-colored spectral ranges.
5. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoranordnung (10) über einen zusammenhängenden vorgegebenen Detektionswellenlängenbereich empfindlich ist.5. Detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the detector arrangement (10) over a continuous predetermined detection wavelength range is sensitive.
6. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlungsdetektor und der zweite Strahlungsdetektor jeweils eine dem jeweiligen Strahlungsdetektor zugeordnete vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung (101, 102, 103) mit einem Maximum bei einer vorgegebenen Maximumswellenlänge aufweisen.6. A detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first radiation detector and the second radiation detector each having a respective radiation detector associated predetermined spectral sensitivity distribution (101, 102, 103) having a maximum at a predetermined maximum wavelength.
7. Detektoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass7. Detector arrangement according to claim 6, characterized in that
- mindestens ein Strahlungsdetektor (2, 3) der Detektoranordnung eine im Halbleiterkörper (21, 31) dieses Strahlungsdetektors monolithisch integrierte Filterschichtstruktur (29, 39) mit mindestens einer Filterschicht (29, 391, 392) aufweist,at least one radiation detector (2, 3) of the detector arrangement has a filter layer structure (29, 39) which is monolithically integrated in the semiconductor body (21, 31) of this radiation detector and has at least one filter layer (29, 391, 392),
- die Filterschichtstruktur Strahlung in einem Wellenlängenbereich absorbiert, der Wellenlängen kleiner der Maximumswellenlänge der spektralen Empfindlichkeitsverteilung- The filter layer structure absorbs radiation in a wavelength range, the wavelengths smaller than the maximum wavelength of the spectral sensitivity distribution
(102, 103) dieses Strahlungsdetektors aufweist und(102, 103) of this radiation detector, and
- die Filterschichtstruktur zwischen einerthe filter layer structure between a
Strahlungseintrittsseite (18, 28, 38) des Halbleiterkörpers und dem aktiven Bereich angeordnet ist .Radiation inlet side (18, 28, 38) of the semiconductor body and the active region is arranged.
8. Detektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschichtstruktur (39) eine Mehrzahl von Filterschichten (391, 392) aufweist.8. A detector arrangement according to claim 7, characterized in that the filter layer structure (39) has a plurality of filter layers (391, 392).
9. Detektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschichten (391, 392) der Filterschichtstruktur (39) - -9. A detector arrangement according to claim 8, characterized in that the filter layers (391, 392) of the filter layer structure (39) - -
unterschiedliche Bandlücken und/oder Dicken aufweisen.have different band gaps and / or thicknesses.
10. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsbereich eines Strahlungsdetektors (1, 2, 3) der Detektoranordnung die der Bandlücke der FunktionsSchicht eines weiteren Strahlungsdetektors (1, 2, 3) der Detektoranordnung entsprechende Wellenlänge beinhaltet.10. A detector arrangement according to one of claims 2 to 9, characterized in that the detection range of a radiation detector (1, 2, 3) of the detector arrangement includes the band gap of the functional layer of a further radiation detector (1, 2, 3) of the detector array corresponding wavelength.
11. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximumswellenlänge der Empfindlichkeitsverteilung (102, 103) eines Strahlungsdetektors (2, 3) der Detektoranordnung (10) innerhalb des Detektionsbereichs eines weiteren Strahlungsdetektors (1, 2) der Detektoranordnung liegt.11. A detector arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in that the maximum wavelength of the sensitivity distribution (102, 103) of a radiation detector (2, 3) of the detector arrangement (10) within the detection range of a further radiation detector (1, 2) of the detector array is located ,
12. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsbereich eines Strahlungsdetektors (1, 2, 3) der Detektoranordnung (10) den Detektionsbereich eines weiteren Strahlungsdetektors (1, 2, 3) der Detektoranordnung (10) nur teilweise oder vollständig überdeckt.12. A detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the detection area of a radiation detector (1, 2, 3) of the detector arrangement (10) the detection area of a further radiation detector (1, 2, 3) of the detector arrangement (10) only partially or completely covered.
13. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Empfindlichkeitsverteilung (101, 102, 103) eines Strahlungsdetektors (1, 2, 3) der Detektoranordnung (10) mit der spektralen Empfindlichkeitsverteilung (101, 102, 103) eines weiteren Strahlungsdetektors (1, 2, 3) der Detektoranordnung, insbesondere nur teilweise oder vollständig, überlappt.13. A detector arrangement according to one of claims 6 to 12, characterized in that the spectral sensitivity distribution (101, 102, 103) of a radiation detector (1, 2, 3) of the detector arrangement (10) with the spectral sensitivity distribution (101, 102, 103) a further radiation detector (1, 2, 3) of the detector arrangement, in particular only partially or completely, overlaps.
14. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass14. Detector arrangement according to one of claims 6 to 13, characterized in that
- die Maximumswellenlänge der spektralen Empfindlichkeitsverteilung (101, 102, 103) einesthe maximum wavelength of the spectral sensitivity distribution (101, 102, 103) of a
Strahlungsdetektors (1, 2, 3) der Detektoranordnung (10) von der Maximumswellenlänge der spektralen Empfindlichkeitsverteilung (101, 102, 103) eines weiteren Strahlungsdetektors (1, 2, 3) der Detektoranordnung verschieden ist, - die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors der Detektoranordnung mit der größeren Maximumswellenlänge mit derjenigen spektralen Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors der Detektoranordnung mit der kleineren Maximumswellenlänge zumindest streckenweise deckungsgleich verläuft.Radiation detector (1, 2, 3) of the detector arrangement (10) is different from the maximum wavelength of the spectral sensitivity distribution (101, 102, 103) of a further radiation detector (1, 2, 3) of the detector arrangement, - The spectral sensitivity distribution of the radiation detector of the detector arrangement having the larger maximum wavelength with that spectral sensitivity distribution of the radiation detector of the detector arrangement with the smaller maximum wavelength at least in sections is congruent.
15. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoranordnung (10) zur Bestimmung von Farbanteilen, insbesondere an den Grundfarben Rot, Grün und Blau, in auf die Detektoranordnung einfallender Strahlung (40) vorgesehen und/oder ausgebildet ist.15. A detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the detector arrangement (10) for determining color components, in particular on the primary colors red, green and blue, provided in the detector array incident radiation (40) and / or is formed.
16. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoranordnung (10) einen dritten Strahlungsdetektor aufweist, wobei der erste Strahlungsdetektor (1) zur Detektion von Strahlung im blauen Spektralbereich, der zweite Strahlungsdetektor (2) zur Detektion von Strahlung im grünen Spektralbereich und der dritte Strahlungsdetektor (3) zur Detektion von Strahlung im roten Spektralbereich vorgesehen und/oder ausgebildet ist.16. A detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the detector arrangement (10) has a third radiation detector, wherein the first radiation detector (1) for detecting radiation in the blue spectral range, the second radiation detector (2) for detecting radiation in the green Spectral range and the third radiation detector (3) provided for detecting radiation in the red spectral range and / or is formed.
17. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (11, 21,31), insbesondere der aktive Bereich (12, 22, 32), die Funktionsschicht und/oder die Filterschichtstruktur (29, 39) , des ersten Strahlungsdetektors und/oder des zweiten Strahlungsdetektors ein III-V- Halbleitermaterial, insbesondere ein Material aus dem III-V-Halbleitermaterialsystem Inx Gay Al1-x-y P mit O≤x≤l, O≤y≤l und x+y≤l, enthält.17. A detector arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor body (11, 21, 31), in particular the active region (12, 22, 32), the functional layer and / or the filter layer structure (29, 39), of the first Radiation detector and / or the second radiation detector, a III-V semiconductor material, in particular a material of the III-V semiconductor material system In x Ga y Al 1-xy P with O≤x≤l, O≤y≤l and x + y≤ l, contains.
18. Verfahren zur Bestimmung verschiedener spektraler Anteile in einer auf eine Detektoranordnung (10) mit einer Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (1, 2, 3) einfallenden Strahlung, wobei ein erster Strahlungsdetektor der Detektoranordnung einen diesem zugeordneten Detektionsbereich aufweist, ein zweiter _18. A method for determining various spectral components in a radiation incident on a detector arrangement (10) having a plurality of radiation detectors (1, 2, 3), wherein a first radiation detector of the detector arrangement has a detection area assigned to it, a second one _
Strahlungsdetektor der Detektoranordnung einen diesem zugeordneten Detektionsbereich aufweist und zumindest einer der Strahlungsdetektoren der Detektoranordnung einen Halbleiterkörper mit einem zur Signalerzeugung vorgesehenen aktiven Bereich umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte, a) Festlegen eines ersten Wellenlängenbereichs für einen ersten zu bestimmenden spektralen Anteil und Festlegen eines zweiten Wellenlängenbereichs für einen zweiten, vom ersten spektralen Anteil verschiedenen zu bestimmenden spektralen Anteil, wobei der Detektionsbereich des ersten Strahlungsdetektors (1) den ersten Wellenlängenbereich umfasst, der Detektionsbereich des zweiten Strahlungsdetektors (2) den zweiten Wellenlängenbereich umfasst und der Detektionsbereich des zweiten Strahlungsdetektors mit dem ersten Wellenlängenbereich überlappt, b) Erfassen des mittels des ersten Strahlungsdetektors erzeugten Signals und des mittels des zweiten Strahlungsdetektors erzeugten Signals, c) Bilden der Differenz des mittels des zweiten Strahlungsdetektors (2) erzeugten Signals und des mittels des ersten Strahlungsdetektors (1) erzeugten Signals, d) Ermitteln des ersten spektralen Anteils in der einfallenden Strahlung mittels des vom ersten Strahlungsdetektor erzeugten Signals und/oder Ermitteln des zweiten spektralen Anteils in der einfallenden Strahlung mittels der in Schritt c) gebildeten Differenz .Radiation detector of the detector array has a detection area associated therewith and at least one of the radiation detectors of the detector array comprises a semiconductor body with an active region for signal generation characterized by the steps of a) defining a first wavelength range for a first spectral portion to be determined and setting a second wavelength range for a second spectral component to be determined which is different from the first spectral component, wherein the detection range of the first radiation detector (1) comprises the first wavelength range, the detection range of the second radiation detector (2) comprises the second wavelength range and the detection range of the second radiation detector overlaps with the first wavelength range , b) detecting the signal generated by the first radiation detector and the signal generated by the second radiation detector, c) forming the D d) determining the first spectral component in the incident radiation by means of the signal generated by the first radiation detector and / or determining the second spectral component in the incident radiation by means of the difference formed in step c).
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsbereich des zweiten Strahlungsdetektors (2) den ersten Wellenlängenbereich vollständig überdeckt .19. The method according to claim 18, characterized in that the detection range of the second radiation detector (2) completely covers the first wavelength range.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkδrper (11, 21, 31), insbesondere der aktive Bereich (12, 22, 32), des ersten Strahlungsdetektors (1, 2, 3) und/oder des zweiten Strahlungsdetektors (1, 2, 3) ein III-V- Halbleitermaterial , insbesondere ein Material aus dem III-V-Halbleitermaterialsystem Inx Gay Ali_x-y P mit O≤x≤l, O≤y≤l und x+y≤l, enthält.20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that the Halbleiterkδrper (11, 21, 31), in particular the active region (12, 22, 32), the first radiation detector (1, 2, 3) and / or the second Radiation detector (1, 2, 3) a III-V semiconductor material, in particular a material of the III-V semiconductor material system In x Ga y Ali_ xy P with O≤x≤l, O≤y≤l and x + y≤l.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoranordnung eine Detektoranordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ist. 21. The method according to any one of claims 18 to 20, characterized in that the detector arrangement is a detector arrangement (10) according to one of claims 1 to 17.
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