JPH11504763A

JPH11504763A - 拡張量子井戸赤外線ホトディテクタ

Info

Publication number: JPH11504763A
Application number: JP8531905A
Authority: JP
Inventors: シマト，タマス、アー
Original assignee: ロッキード、マーティン、コーパレイシャン
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1999-04-27
Also published as: NO974814L; EP0824762A1; DE69637306T2; EP0824762A4; EP0824762B1; WO1996033515A1; NO974814D0; NO319869B1; US5539206A; DE69637306D1; CA2220834A1; CA2220834C

Abstract

(57)【要約】赤外線検出器アレイは複数の検出器ピクセル構成（１５４−１６４）を含み、かつそのそれぞれが、複数の細長い量子井戸赤外線放射吸収ホトコンダクタ（ＱＷＩＰ）エレメントから構成される。ＱＷＩＰエレメントの群は、それらが受け取った赤外線放射のための回折格子（１９０）を構成するように間隔を空けられている。頂部（１８６）及び底部（１９６）縦コンタクトは、ＱＷＩＰの細長いエレメントの相対する面上に備えられて、必要なバイアス電圧を提供するためにエレメントの軸を横断する電流を供給する。赤外線放射反射器（１９６）が備えられて、赤外線放射を受け取るための光学キャビティを形成する。複数の検出器ピクセル構成（１５４−１６４）が組み合わされて、焦平面アレイを形成する。各検出器ピクセル構成（１５４−１６４）は、導電性バンプ（１６６−１７２）を通して読み出し積分回路（１８０）のターミナルに伝達される信号を発生する。検出器ピクセル構成からの信号群は、受け取った赤外線放射に相当するイメージを発生する。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称拡張量子井戸赤外線ホトディテクタ発明の技術分野本発明は、一般的には赤外線検出器に関し、特に量子井戸赤外線ホトディテクタエレメント（ｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌｉｎｆｒａｒｅｄｐｈｏｔｏｄｅｃｔｏｒｅｌｅｍｅｎｔ）を利用する赤外線検出器に関する。発明の背景赤外線イメージング分野において、目下の目的は、長波赤外線放射（ＬＷＩＲ）、マルチスペクトラル応用のための大面積焦平面アレイ技術を提供し、かつこの技術を高性能及び低コストで提供することである。かなりの性能が二次発生光起電性（ＰＶ）水銀カドミウムテルライド（ＭＣＴ）ダイオード技術により示された。ＭＣＴ技術は、望ましい性能を有しているけれども、製造性及び一様性の点でかなりの欠点を有している。量子井戸赤外線ホトディテクタ（ＱＷＩＰ）と呼ばれる赤外線検出用の最近の高インピーダンス光導電性（ＰＣ）検出器技術は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）／アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）材質系に基づいている。この技術は、二次発生ＰＶ・ＭＣＴよりもかなりの生産性及び一様性の利点を有している。これは主として、それが成熟したＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ材質及び処理技術に基づいているためである。しかしながら、ＱＷＩＰ技術は、二次発生ＰＶ・ＭＣＴ技術に比較して性能的に劣る欠点がある。ＱＷＩＰ技術についての主要な性能上の問題は、かなり高い動作バイアス電圧を要求し、大きな暗電流を生じることである。大きな暗電流は、検出器の感度（Ｄ＊）を低下させる。過度に大きな暗電流はまた、焦平面アレイ（ＦＰＡ）内で使用されるとき検出器の感度を厳しく制限する。ＱＷＩＰ技術についての別の性能上の問題は、ＰＶ・ＭＣＴ技術に比較して量子効率が低下することである。ＱＷＩＰの望ましい製造品質の観点で、暗電流を減少しかつ量子効率を高めて性能特性を改善したＱＷＩＰ赤外線検出器に対する必要性が存在する。発明の概要本発明の選択された具体例は、複数の細長い複数量子井戸赤外線放射吸収エレメントを含み、そのそれぞれが、第一と第二の相対する縦面を有する量子井戸赤外線放射ホトディテクタである。複数量子井戸エレメントの構成は、赤外線放射に対する回折格子を備えている。第一のコンタクトが、複数の平面状の電気的に接続されたストライプを含み、かつこれはそれぞれ、複数量子井戸エレメントの第一の面と接触しかつそれに沿って伸びている。第二のコンタクトが、複数量子井戸エレメントの第二の面に電気的に接続されている。第一のコンタクトと第二のコンタクトは、複数量子井戸エレメントのそれぞれの相対する縦サイドに位置決めされて、エレメントの軸に実質上垂直方向にエレメントを通して電流を流す。前記赤外線放射のための平面状反射器が備えられる。この反射器は、第二のコンタクトの、複数量子井戸エレメントとは反対のサイドに位置決めされている。本発明の別の観点において、第二のコンタクトは、平面状構成を有するか、或いはそれは、複数量子井戸エレメントの第二の面と接触しかつそれに沿って伸びる複数の電気的に相互接続されたストライプを備えている。図面の簡単な説明本発明及びその利点のより完全な理解のために、添付図面と関連して以下の説明を参照する。図１は、金属面レリーフ回折格子及びＧａＡｓサブストレートを有する従来技術ＱＷＩＰの断面、正面図である。図２は、金属面レリーフ回折格子を有する従来技術ＱＷＩＰである。図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、及び３Ｄは、本発明の選択された具体例を製造するための製造ステップ順序を例示する断面、正面図である。図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、それぞれが、本発明に従い赤外線放射用の回折格子を形成する複数量子井戸エレメントの一群から構成される拡張ＱＷＩＰ（ＥＱＷＩＰ）の具体例を示す断面、正面図である。図５は、本発明に従いシリコン読み出し集積化回路（ＲＯＩＣ）にハイブリッド化された非偏光性二次元格子ＥＱＷＩＰエレメントを有するマルチピクセル、焦平面アレイの一部断面の斜視図である。図６は、図５に示されたものと同様であるが、偏光性一次元格子ＥＱＷＩＰエレメントを有する本発明の別の具体例の一部断面の斜視図である。図７は、本発明に従い多数の検出器ピクセル構成を利用する焦平面アレイの平面図である。図８は、本発明に従う各ＥＱＷＩＰピクセル構成用の電気回路のブロック図である。詳細な説明ＱＷＩＰのための構成は、”量子井戸赤外線ホトディテクタ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７４（８）、１９９３年１０月１５日、Ｂ．Ｆ．レビン、に示されている。金属格子を持つ検出器構成は、この論文の図１４２に示されている。これらは、ここでは、図１及び２に示されている。図１を参照すると、ＱＷＩＰ２０は、矢印２２によって示されるように入射モード赤外線放射を受ける。反射したゼロ次回折モード放射は、矢印２４によって示されている。捕捉された高次回折モード放射は、矢印２６によって示されている。ＱＷＩＰ２０は、ＡｌＡｓ反射器３２に接合されるＧａＡｓサブストレート３０を含んでいる。ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト３４は、反射器３２に、そして一群の層から成るＭＱＷ（複数量子井戸）領域３６に接合される。金属回折格子３８は、ＭＱＷ領域に接合される。量子メカニカル選択ルールのために、ＭＱＷは、ＭＱＷ領域３６内のＭＱＷ層に電界成分が垂直であるモードを通してのみ放射を吸収する。格子３８の目的は、ＭＱＷ領域に垂直な電界成分によって矢印２６により示された捕捉回折放射モードを生じる格子３８によって、矢印２２に示されるような放射の回折により放射の吸収を増すことである。矢印２６は、捕捉された放射を表している。矢印２４によって示されるようなＱＷＩＰ２０の表面に垂直に反射された放射のみが、ＱＷＩＰ２０によって失われる。このように、金属格子３８を付加することにより、ＱＷＩＰ２０による赤外線放射の吸収が増加する。別の従来技術のＱＷＩＰ構成が図２に示されている。図１に示されたのと同様なＱＷＩＰ４０は、矢印２２によって示された入射モード放射、矢印２４によって示された反射ゼロ次回折モード放射、及び矢印２６によって示された捕捉高次回折モード放射を有している。ＱＷＩＰ４０は、薄いＧａＡｓサブストレート４２、ｎ⁺コンタクト４４、ＭＱＷ領域４６、及び金属格子４８を含んでいる。ＬＷＩＲ応用に対して、図１及び図２に示されたＱＷＩＰ３６及び４６はそれぞれ、Ｎ_p〜（０．７−１．５）×１０¹⁸ｃｍ^-3のドーピング密度でｎ−タイプドープした４０−５０ＡのＧａＡｓ井戸、及び３００−５００Ａの非ドープバリアを持つ略５０周期のＧａＡｓ／Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓＭＱＷから成る。ガリウムに対するアルミニウムの合金比、ｘ、は典型的にはＬＷＩＲ応用に対して０．２６ −０．２９である。ＭＱＷ領域３６及び４６は、０．５−１μmの厚さを持つ２つの高ドープｎ−タイプ（Ｎ_p〜２×１０¹⁸ｃｍ^-3）ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト層の間にサンドイッチにされたＭＱＷを含んでいる。ＱＷＩＰ構成は、ＧａＡｓサブストレートにマッチした格子上にエピタキシャル成長する。本発明に従いディテクタを製造するための処理ステップの順序が、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄに示されている。図３Ａを参照すると、本発明の検出器６０は、略６３５μmの厚さでＧａＡｓサブストレート６２上に造られる。Ａｌ_.6Ｇａ_. ₄ Ａｓエッチストップ層６４は、サブストレート６２の表面上に形成される。層６４は、１，０００の好適厚さを有している。導電性のｎ⁺ＧａＡｓコンタクト６６は、エッチストップ層６４上に形成される。コンタクト６６は、０．５μmの好適厚さを有している。複数量子井戸（ＭＱＷ）構成６８は、コンタクト６６上に形成される。構成６８は、ＭＱＷを作る複数の材質層から成る。構成６８の詳細な特性は、以下のテーブルＩに示されている。ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト７０は、構成６８の上面上に形成される。コンタクト７０は、０．４μmの好適厚さを有している。コンタクト６６及び７０のためのドーピングは、テーブルＩに示されている。図３Ｂを参照すると、開口７６及び７８が、コンタクト７０及びＭＱＷ構成６８を通してエッチングすることにより形成される。図３Ｂを参照すると、ディテクタ６０はエッチングされ、平面状Ａｕ／Ｇｅオーミックコンタクト７４が、コンタクト７０の表面上に形成される。赤外線放射のための反射器であるＡｕコンタクト／反射器７２は、コンタクト７０及びコンタクト７４の表面上に形成される。図３Ｃを参照すると、Ｉｎ（インジウム）バンプ８０が、反射器７２に結合され、かつシリコン読み出し集積化回路（ＲＯＩＣ）８１のコンタクトターミナル（図示せず）に結合される。バンプ８０は、ホトレジストイメージ反転プロセスと、それに続くＩｎ層付着及びリフトオフにより形成される。エポキシ８３が、ＲＯＩＣ８１、バンプ８０、及びディテクタ６０の残りの露出した構成の間の物理結合を提供する。本発明と共に使用するための典型的直接注入ＲＯＩＣ構成は、”赤外線及び電気−光システムハンドブック”Ｖｏｌ．３、電気−光コンポーネント、ウイリアムＤ．ロガット、編集、第５章、”赤外線センサ用読み出しエレクトロニクス” ジョンＬ．バンポール，ＥＲＩＭ／ＳＰＩＥ、１９９３（セクション５．６．６参照）に記載されている。ディテクタ６０の別の処理が、図３Ｃに示されている。図３Ｃに示された構成は、図３Ｂに示されたものとは反転している。サブストレート６２のバルクはラッピングによって取り除かれ、かつその残りは、エッチストップ層６４にまでエッチングすることにより取り除かれる。層６４自身はそれから取り除かれる。コンタクト６６は、０．５μmから０．４μmにまで薄くされる。図３Ｄを参照すると、通常のレジストマスクが、層６６の表面に塗布され、かつエッチング操作が実行される。このエッチングは、層６６、ＭＱＷ構成６８を通ってコンタクト７０にまで伸びる。これは、細長い構成８２、８４、８６、８８、９０及び９２を作る。細長い構成８４は、細長いＭＱＷ要素６８Ａ上にコンタクト６６Ａを備えている。同様に、細長い構成８６は、細長いＭＱＷエレメント６８Ｂと物理的及び電気的に接触するコンタクト６６Ｂを備えており、構成８８はＭＱＷエレメント６８Ｃ上にコンタクト６６Ｃを備えており、構成９０はＭＱＷエレメント６８Ｄ上にコンタクト６６Ｄを備えている。エレメント８４、８６、８８、及び９０は、ディテクタ６０により受け取られるべき赤外線放射用回折格子を形成するように間隔を空けられる。ＭＱＷエレメント６８Ａ−Ｄは、それぞれ赤外線放射吸収体である。図３Ｄに示されたエッチングプロセスはまた、構成８２及び９２を作る。構成８２は、エポキシ８３の領域上にｎ⁺ＧａＡｓコンダクタ６６Ｅを備えている。構成９２は、エポキシ８３の領域により支持されるｎ⁺ＧａＡｓコンダクタ６６Ｆを備えている。図４Ａを参照すると、本発明に従うディテクタ１００のための一次元レイアウトが示されている。これは、このようなエレメントのアレイ内の１つのピクセルエレメントを表している。ディテクタ１００は、図３Ｄに示されたエレメント８４、８６、８８、及び９０と同様に形成されたエレメント１０２、１０４、１０６、１０８及び１１０を含んでいる。エレメントのそれぞれは、１０２Ａのような上部の細長いｎ⁺ＧａＡｓコンタクト、細長いＭＱＷエレメント１０２Ｂ、及びエレメント１０２−１１０のそれぞれのＭＱＷエレメントの下部表面に接続されている平らな面状ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１１２を含んでいる。Ａｕから成りかつ２，０００の厚さを有する金属コンタクト／反射器１１４は、コンタクト１１２の、１０２ＢのようなＭＱＷエレメントとは反対側に形成される。エレメント１０２−１１０のそれぞれは、１．２μmの幅を有し、かつこれらエレメントは８μmのピッチで間隔を空けられている。この物理構成は、８−１０μmの範囲にあるＬＷＩＲ放射に最適応答するよう調整されている。オーミックコンタクト１１３は、Ａｕ／Ｇｅから成り、略９００の厚さ及び５μm×１０μmの寸法を有する矩形、平面状構成である。オーミックコンタクト１１３は、反射器１１４の形成の前にコンタクト１１２の表面上に造られる。オーミックコンタクト１１３は、コンタクト１１２と反射器１１４の間に良好なオーミック接続を提供する。本発明に従う検出器１２０の別の具体例は、図４Ｂに示されている。これは、事実上図４Ａに示された検出器１００と同じであるが、しかしエレメント１０２ −１１０を形成したそのエッチング動作は、このエッチングが下部コンタクト１１２の一部を通るが、コンタクト１１２の厚さ全体を通らないように伸びるまで継続される。このエッチング動作が、エレメント１２２、１２４、１２６、１２８及び１３０を作る。これらエレメントの幅及び間隔は、図４Ａに示されたエレメント１０２−１１０の幅及び間隔と同じである。検出器１２０の全てに対する一例として、エレメント１２２は、細長いＭＱＷエレメント１２２Ｂの上面と物理的及び電気的に接触している細長いｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１２２Ａ、及びコンタクト１１２の細長い下部ｎ⁺ＧａＡｓ部分を含んでいる。パターン化されたコンタクト１１２は、図４Ａに示された反射器１１４と実質上同じである金属反射器１３２の表面上に位置している。図４Ａに示されたオーミックコンタクトに相当する平面状オーミックコンタクト１３４は、エレメント１３０の下右の位置で、ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１１２上に形成される。それから、コンタクト／反射器１３２が形成される。オーミックコンタクト１３４は、コンタクト１１２と反射器１３２の間で良好なオーミック接続を提供する。本発明に従う検出器１２０の別の具体例が、図４Ｃに示されている。これは図４Ａに示された検出器１００と同じであるが、しかしエレメント１０２−１１０を形成したそのエッチング動作は、このエッチングが１つの領域を除いて下部コンタクト１１２を通って伸びるまで継続される。領域１１２Ａは取り除かれない。このエッチングは、エレメント１３８、１３９、１４０、１４１、及び１４２を作る。これらのエレメントの幅及び間隔は、図４Ａに示されたエレメント１０２−１１０の幅及び間隔と略同じである。赤外線放射の所定の波長に対する検出器の感度は、ＭＱＷエレメントの幅及び間隔と関連している。全てのエレメントの一例として、エレメント１３８は、細長いＭＱＷエレメント１３８Ｂの上面と物理的及び電気的に接触している細長い上部ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１３８Ａを含み、かつ下部の細長いｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１３８Ｃは、ＭＱＷエレメント１３８Ｂの下面に接続されている。コンタクト１３８Ｃ及び他のエレメント上の相当するコンタクトは、金属コンタクト／反射器１３７の表面上に位置決めされており、かつこれは、図４Ａに示された反射器１１４と実質上同じである。図４Ａに示されたオーミックコンタクト１１３に相当する平面状オーミックコンタクト１４３は、領域１１２Ａの位置でｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１１２上に形成される。それから、コンタクト／反射器１３７が形成される。オーミックコンタクト１４３は、１３８Ｃのような他の下部コンタクトの全てに電気的に接続されている領域１１２Ａと、反射器１３７の間に良好なオーミック接続を提供する。図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃは、細長いエレメント１０２−１１０，１２２−１３０、及び１３８−１４２の断面図を表している。さて、図５を参照すると、アレイに配列された前述の複数の検出器を含む焦平面検出器アレイ１５０が示されている。矢印１５２によって示された検出器アレイ１５０の表示は、実質上図３Ｄ及び４Ａに示された表示に相当する。検出器アレイ１５０は、検出器ピクセル構成１５４、１５６、１５８、１６０及び１６４を含んでいる。各ピクセル構成１５４−１６４は、ピクセル構成１５４に対してバンプ１６６のような相当するＩｎバンプ、ピクセル構成１５８に対してバンプ１６８、ピクセル構成１６２に対してバンプ１７０、及びピクセル構成１６４に対してバンプ１７２を有している。バンプのそれぞれは、ＲＯＩＣ１８０の相当するターミナル（図示せず）に接続されている。ウイッキドエポキシ１８２は、ピクセル構成１５４−１６４をＲＯＩＣ１８０に結合する。ピクセル構成１５８を詳細に説明する。残りのピクセル構成は、同様な構成を有している。検出器アレイ１５０の全頂面は、上部アレイｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１８６を備え、かつこれは、より広い細長いｎ⁺ＧａＡｓ導体１８６Ｃ及び１８６Ｄの間に伸びる１８６Ａ及び１８６Ｂを含む細長い（ストライプ）セグメントを有するようにエッチングされている。ピクセル構成１５８における細長いセグメントは、セグメント１８６Ｅ、１８６Ｆ、１８６Ｇ、及び１８６Ｈを含んでいる。セグメント１８６Ｅ−１８６Ｈはそれぞれ、共通端で、広いｎ⁺ＧａＡｓ導体１８６Ｊに、そしてピクセル構成１５８の反対側で同様な導体（図示せず）に接続されている。コンタクトセグメント１８６Ａ及び１８６Ｂは、コンタクトセグメント１８６Ｅ、１８６Ｆ、１８６Ｇ、及び１８６Ｈに横断している。コンタクトセグメント１８６Ｅ−１８６Ｈは、図３Ｄのコンタクト６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄに相当する。ｎ⁺ＧａＡｓ導体１８６Ｃ及び１８６Ｄは、図３Ｄにおける導体６６Ｅ及び６６Ｆに相当する。ピクセル構成１５４−１６４のそれぞれは、相当するＩｎバンプにピクセルの下部コンタクトを電気的に接続するためのコンタクト／反射器を有している。バンプの間の領域は、図３Ｃ及び３Ｄに示されたようなウイッキドエポキシ１８２によって満たされる。ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１８６の直下にあるピクセル構成１５４−１６４のそれぞれにおいて、コンタクト１８６のセグメントのそれぞれの下方にセグメントを有する回折ＭＱＷ構成１９０がある。これは、事実上図３Ｄ及び４Ａに示されたのと同じである。例えば、ＭＱＷエレメント１９０Ａは、コンタクト１８６Ａの直下にある。平面状コンタクトは、ＭＱＷ構成１９０とコンタクト／反射器との間の位置に形成される。ピクセル構成１５４、１５６、１５８、１６０、１６２及び１６４は、それぞれ下部（第二の）コンタクト１９４Ａ、１９４Ｂ、１９４Ｃ，１９４Ｄ，１９４Ｅ、及び１９４Ｆを有している。コンタクト／反射器１９６Ａは、ピクセル構成１５４の下部にある。反射器１９６Ａは、バンプ１６６と物理的及び電気的に接触している。コンタクト／反射器１９６Ｂは、ピクセル構成１５８の下部にあり、かつバンプ１６８と電気的に接触している。コンタクト／反射器１９６Ｃは、ピクセル構成１６２の下部にあり、かつコンタクト／反射器１９６Ｄは、ピクセル構成１６４の下部にある。コンタクト／反射器は、好適にはＡｕから造られ、かつ２，０００の好適厚さを有している。反射器１９６Ａ−１９６Ｄは、図３Ｄにおける反射器７２に相当する。スロット２１０、２１２、２１４、２１６及び２１８は、各ピクセル構成を電気的に分離し、検出器１５０を構成するようエッチングされる。これらのスロットのそれぞれは、バンプが占める領域から上方にコンタクト１８６の下面にまでのびる。これらのスロットは、電気的には非導電性であるエポキシ１８２によって満たされる。ピクセル構成１５４、１５６、１５８、１６０、１６２、及び１６４のそれぞれは、２５のセクション（５×５）を有し、かつ１つのセクションのベースに全体的に、ピクセル構成１６４に対して示されたオーミックコンタクト２１９のような矩形、平面状のオーミックコンタクトを有している。オーミックコンタクトは、１つのセクションのものよりも大きなエリアを有するように伸びることができる。オーミックコンタクト２１９は、Ａｕ／Ｇｅから造られ、かつ下部ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１９４ＦとＡｕ反射器１９６Ｄとの間に位置している。オーミックコンタクト２１９は、ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１９４Ｆと、反射器１９６Ｄとの間にオーミック接続を提供する。同様なオーミックコンタクトは、他のピクセル構成のそれぞれにおいて同様な位置に備えられる。コンタクト／反射器のそれぞれは、検出器ピクセル構成の下方の相当するバンプへの電気接続を提供する。検出器アレイ１５０は、図３Ａ−Ｄを参照して説明した材質及びステップを使用することにより製造される。図５に示されるような、検出器アレイ１５０のためのパラメータは、以下のテーブルＩに表されている。テーブルIIに示されたテスト結果は、ピクセルサイズが５６μｍ×５６μｍであり、かつこのアレイにおける典型的ピクセル間隔が６０μｍ×６０μｍである検出器に対するものである。頂部コンタクト１８６は、ピクセル構成外周で貫通導体に接続されている。これらの貫通導体は下方に、下にあるＲＯＩＣのターミナルにまで、前述したようにＩｎバンプに伸びる。図５に示されたような検出器のための最適パラメータは、以下のテーブルＩに表されている。図５に示されるように製造された検出器のためのテスト結果は、以下のテーブルIIに示されている。図５に示された検出器アレイ１５０は、ＭＱＷ回折格子エレメントが各ピクセル構成内で相互に横断しているので、非偏光性である。それ故、入射赤外線放射の全ての偏光が受け取られる。図６を参照すると、図５に示された検出器アレイ１５０と同様であるが、一方向にのみ伸びる細長い回折ＭＱＷエレメントを有する偏光性検出器アレイ２４０が示されている。検出器アレイ２４０は、検出器ピクセル構成２４２、２４４、２４６、２４８、２５０及び２５２を含んでいる。各ピクセル構成は、ＲＯＩＣ２６０に接続するための相当するＩｎバンプを有している。バンプ２６２は、ピクセル構成２４２を、ＲＯＩＣ２６０のターミナル（図示せず）に接続する。同様に、ピクセル構成２４６のためにバンプ２６４、ピクセル構成２５０のためにバンプ２６６、そしてピクセル構成２５２のためにバンプ２６８が備えられる。検出器アレイ２４０内のピクセルのそれぞれに対して相当するバンプがある。それ故、各ピクセル構成はＲＯＩＣ２６０に提供される異なる信号を発生する。バンプ２６２−２６８の間のスペースは、取り巻くエレメントを一緒に結合するためのウイッキドエポキシ２７０によって満たされる。検出器アレイ２４０は、その上面上にｎ⁺ＧａＡｓアレイコンタクト２７４から成る層を有し、かつこれは、複数の細長いコンタクトストライプを備え、そしてその全てが相互に電気的及び物理的に相互接続されている。ピクセル構成２４６は、細長いコンタクト２７４Ａ及び２７４Ｂを有している。コンタクト２７４の下方に、図５に示された構成１９０及び図３Ｄに示された構成６８と同様な回折ＭＱＷ構成２７６がある。ピクセル構成２４６は、その上面上にｎ⁺ＧａＡｓストライプコンタクト２７４Ａ及び２７４Ｂを有するＭＱＷエレメント２７６Ａ及び２７６Ｂを含んでいる。コンタクトストライプ２７４Ａ及び２７４Ｂは、より広いｎ⁺ＧａＡｓ導体２７４Ｃ及び２７４Ｄの間に伸びる。各ピクセル構成のための下部（第二の）平面状ｎ⁺ＧａＡｓコンタクトは、検出器２４０を横切って伸びるが、しかしピクセル構成のそれぞれに対して別個のコンタクトに分割される。これは、構成２４２のためのコンタクト２８０Ａ，構成２４４のためのコンタクト２８０Ｂ、構成２４６のためのコンタクト２８０Ｃ、構成２４８のためのコンタクト２８０Ｄ、構成２５０のためのコンタクト２８０Ｅ、及び構成２５２のためのコンタクト２８０Ｆから成る。コンタクト２８０は、図３Ａ−３Ｄに示されたコンタクト７０に相当する。コンタクト２８０Ａ− Ｆは、スロット２８２、２８４、２８６、２８８、及び２９０によって分離される。Ａｕコンタクト／反射器はまた、各ピクセル構成に相当する個々のコンタクト／反射器におけるスロット２８２−２９０によって分割される。ピクセル構成２４２は、反射器２９８Ａを有し、構成２４６は反射器２９８Ｂを有し、構成２５０は反射器２９８Ｃを有し、そしてピクセル構成２５２は反射器２９８Ｄを有している。図５における検出器アレイ１５０に対して前述したように、反射器のそれぞれは、ピクセル構成下方の相当するバンプへの電気接続を提供する。各反射器はまた、赤外線放射反射器として機能する。ピクセル構成２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、及び２５２のそれぞれは、５つの縦方向断面を有し、かつその１つの縦方向断面は、ピクセル構成２５０に対して示されたオーミックコンタクト２９２及びピクセル構成２５２に対して示されたコンタクト２９４のような、オーミックコンタクトを備えている。各オーミックコンタクトは、９００の厚さを有するＡｕ／Ｇｅから成る矩形構成である。各オーミックコンタクトは、ピクセル構成２５０に対するコンタクト２８０Ｅのような相当する下部コンタクトと、下にある反射器２９８Ｃの間に形成される。オーミックコンタクトは、上にある第二のｎ⁺ＧａＡｓコンタクトと、下にあるＡｕ反射器との間に良好なオーミック接続を提供する。図６に示された検出器アレイは、一方向にのみ走る細長いＭＱＷエレメントを有している。それ故、それは、赤外線放射の一偏光のみを感知する。図７を参照すると、本発明に従い前述したような、複数のピクセル構成から成る焦平面アレイ３１０が示されている。このアレイは、好適には水平方向に６４０ピクセル構成、及び垂直方向に４８０ピクセル構成を有している。一例として、１つのピクセル構成３１２は、図５を参照して説明したピクセル構成１５８に相当する。アレイ３１０内のピクセル構成のそれぞれは、６４０×４８０エレメントを有する完全なイメージを発生することができるように別個の電気出力信号を有している。本発明のために前述したＲＯＩＣへのピクセル構成の電気接続は、図８に例示されている。図５に示された検出器アレイ１５０を参照する。コンタクト１８６のような頂部ｎ⁺ＧａＡｓコンタクトは、接地シンボルによって示されている電気的共通点に接続される。例えば、回折ＭＱＷエレメント１９０Ａに相当する特別の回折ＭＱＷエレメント３２０は、頂部コンタクト１８６と、ｎ⁺ＧａＡｓコンタクト１９４Ｃに相当する底部コンタクトとの間に接続される。底部コンタクトは、Ａｕ反射器１９６Ｂにオーミック接続され、かつバンプ１６８を通してＲＯＩＣ１８０に接続される。好適具体例に対して、これは、”直接注入”ＲＯＩＣである。バンプ１６８を通して伝送された信号は、Ｖ_bias源に接続されたゲート端子を有するＭＯＳＦＥＴ・ＰＲＥＡＭＰトランジスタ３２２に提供される。トランジスタ３２２は、前置増幅器として機能する。トランジスタ３２２により発生した増幅信号は、キャパシタ３２４により積分される。この積分信号は、アレイを通してピクセル構成のそれぞれにより発生した信号を選択的にサンプルするマルチプレクサ（図示せず）に提供される。ＭＱＷエレメント３２０は、前記バイアス電圧が、トランジスタ３２２及び介在導体を通してＭＱＷエレメント３２０に供給される。赤外線放射が回折ＭＱＷエレメント３２０により吸収されるとき、ＭＱＷエレメントの導電性を変化させるキャリーが発生する。これは、エレメントからの出力信号を変化させる。この信号変化は、受信赤外線放射に相当する。ピクセルエレメントからの信号の全てを集めることにより、受信赤外線放射を表すイメージを発生する。前述したＭＱＷエレメントのそれぞれは、線形形状を有しているけれども、このようなエレメントはまた、湾曲した細長い形状を有することができる。要するに、本発明は、赤外線放射を受信するための拡張性能を提供する改善されたＱＷＩＰ構成を備えている。相対する縦面上での上部及び下部コンタクト接続は、細長い回折ＭＱＷエレメントに、軸横断方向に電流を提供する。本発明の重要な観点は、細長い回折ＭＱＷエレメントが、ＭＱＷがパターン化されていない通常のＱＷＩＰよりもＭＱＷ断面積に比例して、より少ない暗電流を発生する。本発明は、８−１０μmの長波赤外線スペクトラルバンドで動作するガリウム砒素／アルミニウムガソウム砒素ＭＱＷを使って説明した。しかしながら、パラメータ及びＭＱＷ材質系の適切な選択を通して、本発明は、他のスペクトラルバンドに適用可能である。別のＭＱＷ材質系として、制限されるものではないが、インジウムガリウム砒素／インジウムアルミニウム砒素、インジウムガリウム砒素／リン化インジウム及び分離したインジウムガリウム砒素／ガリウム砒素を含んでいる。本発明のいくつかの具体例を添付図面において例示しかつ先の詳細な説明において述べたけれども、本発明は、開示された具体例に限定されず、本発明の範囲から離れることなく多数の再配置、変形及び代換えが可能であるということが理解されるであろう。

Claims

【特許請求の範囲】１．それぞれが第一と第二の相対する縦面を有する複数の細長い、複数量子井戸赤外線放射吸収エレメントと、前記赤外線放射のための回折格子を構成する前記複数量子井戸エレメントと、前記複数量子井戸エレメントの前記第一の面とそれぞれ接触しかつそれに沿って伸びる複数の平面状電気的相互接続ストライプを含む第一のコンタクトと、前記複数量子井戸エレメントの前記第二の面に電気的に接続された第二のコンタクトと、を備え、前記第一のコンタクトと前記第二のコンタクトは、前記複数量子井戸エレメントのそれぞれの相対する縦サイド上に位置して、前記エレメントの軸に実質上横断する方向に前記エレメントを通して電流を供給し、そして、前記赤外線放射のための平面状反射器を備え、該反射器は、前記第二のコンタクトの、前記複数量子井戸エレメントとは反対のサイドに位置している、量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。２．前記第一のコンタクトストライプが同平面である請求項１に記載の量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。３．前記第二のコンタクトが平面形状を有している請求項１に記載の量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。４．前記第二のコンタクトが、前記ホトディテクタを横切って伸びる平面状要素及び前記複数量子井戸エレメントのそれぞれのための複数の一体の細長い要素を有している請求項１に記載の量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。５．前記第二のコンタクトが、前記複数量子井戸エレメントの前記第二の面とそれぞれ接触しかつそれに沿って伸びる複数の電気的に相互接続されたストライプを含む請求項１に記載の量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。６．前記平面状反射器が、電気的導電性であり、そして前記第二のコンタクトにオーミック接続され、かつ前記平面状反射器にオーミック接続されるオーミックコンタクトを含んでいる請求項１に記載の量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。７．前記複数量子井戸赤外線放射吸収エレメントが互いに平行である請求項１に記載の量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。８．前記複数量子井戸赤外線放射吸収エレメントが周期的に間隔を空けられている請求項１に記載の量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。９．前記複数量子井戸エレメントのそれぞれが、線形形状を有している請求項１に記載の量子井戸赤外線放射ホトディテクタ。１０．複数の検出器ピクセル構成を含む、赤外線放射を検出するための焦平面アレイにおいて、複数の第一のコンタクトストライプ及び複数の第二のコンタクトストライプを含み、これらコンタクトストライプは電気的に相互接続され、かつ前記第一のコンタクトストライプは、前記第二のコンタクトストライプとは角度的に分岐しており、そして前記検出器ピクセル構成の全てを取り囲むアレイコンタクトと、それぞれが、第一と第二の相対する縦面を有する、前記検出器ピクセル構成のそれぞれにおける複数の第一の細長い、複数量子井戸赤外線放射吸収エレメントと、それぞれが、第一と第二の相対する縦面を有する、前記検出器ピクセル構成のそれぞれにおける複数の第二の細長い、複数量子井戸赤外線放射吸収エレメントと、前記赤外線放射のための回折格子を備える前記第一の複数量子井戸エレメント及び前記第二の複数量子井戸エレメントと、前記検出器ピクセル構成の相当するものにおける前記第一及び第二の複数量子井戸エレメントの前記第二の面に電気的に接続された前記検出器ピクセル構成のそれぞれのための第二のコンタクトと、それぞれが、前記アレイコンタクト及び相対する縦サイド上に位置した前記第二のコンタクトを有して、エレメントの軸に実質上横断する方向に前記第一及び第二の複数量子井戸エレメントを通して電流を供給する前記第一及び第二の複数量子井戸エレメントと、前記第二のコンタクトの前記第一及び第二の複数量子井戸エレメントとは反対のサイドに位置した、前記検出器ピクセル構成のそれぞれのための平面状赤外線放射反射器と、から成る前記焦平面アレイ。１１．前記アレイコンタクトの前記第一及び第二のコンタクトストライプが同平面である請求項１０に記載の焦平面アレイ。１２．前記第二のコンタクトが平面状形状を有する請求項１０に記載の焦平面アレイ。１３．前記第二のコンタクトが、前記第一及び第二の複数量子井戸エレメントの前記第二の面とそれぞれ接触しかつそれに沿って伸びる複数の電気的に相互接続されたストライプを含む請求項１０に記載の焦平面アレイ。１４．前記平面状反射器が、電気的に導電性であり、そして前記第二のコンタクトにオーミック接続され、かつ前記平面状反射器にオーミック接続されているオーミックコンタクトを含んでいる請求項１０に記載の焦平面アレイ。１５．前記第二のコンタクトが、前記ピクセル構成を横切って伸びる平面状要素及び前記複数量子井戸エレメントのそれぞれのための複数の一体の細長い要素を有する請求項１０に記載の焦平面アレイ。１６．前記第一のコンタクトストライプが相互に平行であり、かつ前記第二のコンタクトストライプが相互に平行である請求項１０に記載の焦平面アレイ。１７．前記第一の複数量子井戸エレメントが相互に平行であり、かつ前記第二の複数量子井戸エレメントが相互に平行である請求項１０に記載の焦平面アレイ。１８．前記複数量子井戸エレメントが周期的に間隔を空けている請求項１０に記載の焦平面アレイ。１９．前記複数量子井戸エレメントのそれぞれが線形形状を有する請求項１０に記載の焦平面アレイ。２０．前記第一の複数量子井戸エレメントが、前記第二の複数量子井戸エレメントに横断している請求項１０に記載の焦平面アレイ。２１．複数の検出器ピクセル構成を含む、赤外線放射を検出するための焦平面アレイにおいて、複数のコンタクトストライプを含み、該コンタクトストライプは電気的に相互接続され、そして前記検出器ピクセル構成の全てを取り囲むアレイコンタクトと、それぞれが、第一及び第二の相対する縦面を有する、前記検出器ピクセル構成のそれぞれにおける複数の細長い、複数量子井戸赤外線放射吸収エレメントと、前記赤外線放射のための回折格子を備える前記複数量子井戸エレメントと、前記検出器ピクセル構成の相当するものにおける前記複数量子井戸エレメントの前記第二の面に電気的に接続された、前記検出器ピクセル構成のそれぞれのための第二のコンタクトと、それぞれが前記アレイコンタクト、及び相対する縦サイド上に位置した前記第二のコンタクトを有して、エレメントの軸に実質上横断する方向に前記複数量子井戸エレメントを通して電流を供給する前記複数量子井戸エレメントと、前記第二のコンタクトの、前記複数量子井戸エレメントとは反対のサイドに位置した、前記検出器ピクセル構成のそれぞれのための平面状赤外線放射反射器と、から成る焦平面アレイ。２２．前記アレイコンタクトの前記コンタクトストライプが同平面である請求項２１に記載の焦平面アレイ。２３．前記第二のコンタクトが、平面状形状を有している請求項２１に記載の焦平面アレイ。２４．前記第二のコンタクトが、前記複数量子井戸エレメントの前記第二の面とそれぞれ接触しかつそれに沿って伸びる複数の電気的に相互接続されたストライプを含む請求項２１に記載の焦平面アレイ。２５．前記平面状反射器が電気的に導電性であり、そして前記第二のコンタクトにオーミック接続され、かつ前記平面状反射器にオーミック接続されているオーミックコンタクトを含む請求項２１に記載の焦平面アレイ。２６．前記第二のコンタクトが、前記ピクセル構成を横切って伸びる平面状要素及び前記複数量子井戸エレメントのそれぞれのための複数の一体の細長い要素を有している請求項２１に記載の焦平面アレイ。２７．前記複数量子井戸エレメントが相互に平行である請求項２１に記載の焦平面アレイ。２８．前記複数量子井戸エレメントが周期的に間隔を空けている請求項２１に記載の焦平面アレイ。２９．前記複数量子井戸エレメントのそれぞれが、線形形状を有している請求項２１に記載の焦平面アレイ。