二色性フォトダイオード
【課題】二色性フォトダイオードおよび二色性光検出のための方法を提供する。
【解決手段】広バンドギャップ接合は、第１光スペクトルを検出するよう動作可能な格子整合接合を含む。狭バンドギャップ接合は、広バンドギャップ接合に結合されており、かつ、フォトダイオード構造を含む。狭バンドギャップ接合は、第２光スペクトルを検出するよう動作可能である。
【解決手段】広バンドギャップ接合は、第１光スペクトルを検出するよう動作可能な格子整合接合を含む。狭バンドギャップ接合は、広バンドギャップ接合に結合されており、かつ、フォトダイオード構造を含む。狭バンドギャップ接合は、第２光スペクトルを検出するよう動作可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、電気光学に関する。詳しくは、本開示の実施形態は、電気光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体は、一般に、波長のスペクトルにわたって赤外線放射を発するが、センサは、通常、特定の帯域幅内でしか放射を収集しないので、時として該スペクトルの限られた領域しか対象とならない。複数スペクトル画像解析は、ある電磁スペクトルにわたる周波数において画像データを取り込み、かつ、人間の目が可視の赤色、緑色および青色光の受容体によってでは取り込めない追加の情報の抽出を可能とすることができる。複数スペクトル画像解析は、各画素上に到達している放射の全強度の記録のみとは対照的に、あるスペクトルを数多くの帯域に分割する。
【０００３】
周波数の波長は、フィルタにより、または、特定の波長に対して感度の高い器具の使用により分離されてもよい。例えば、周波数からの光は、赤外光のように可視光範囲を超えていることがある。可視スペクトルのある帯域、例えば、赤緑青色（ＲＧＢ）領域と呼ばれる約０．７μｍから約０．４μｍの範囲において、また、約０．７μｍから約１０μｍまたはそれ以上の赤外波長においても１つのデジタル画像を取得することが望ましいことがある。
【０００４】
可視光と赤外光との境界は、精密に定められてはいない。人間の目は、約７００ｎｍ波長を超える光に対して著しく感度が低下するので、より長い波長は、一般的な光源により照らされた光景に対して限られた貢献しかしない。赤外の始まりは、概して約７００ｎｍと約８００ｎｍ波長の間のさまざまな値においてさまざまな基準にしたがって定められてもよい。
【０００５】
赤外スペクトルは、赤外光に対する種々のセンサ反応によりより小さなセクションにさらに分割されることが多い。例えば、近赤外は、人間の目により検出可能な放射にもっとも波長が近いスペクトル領域であってもよく、中赤外および遠赤外は、可視スペクトルから徐々に離れていてもよい。赤外スペクトルは、材料を送出吸収する光源（例えば、光ファイバー）および検出器の利用可能性に基づき複数の帯域に分割されてもよい。例えば、短波長赤外（ＳＷＩＲ）、近赤外（ＮＩＲ）、中赤外（ＭＩＲ）および遠赤外（ＦＩＲ）または温度は、周波数帯域に対して一般的に用いられる言及である。ＳＷＩＲは、概して、例えば、約１から約３μｍ、約１．４から約３μｍ、または類似の範囲によりさまざまに定められてもよい。数多くの帯域、細かなスペクトル解像度および広いスペクトル範囲を有するスペクトル画像解析は、「ハイパースペクトル」と呼ばれることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二色性フォトダイオードおよび二色性光検出のための方法を開示する。広バンドギャップ接合は、第１光スペクトルを検出するよう動作可能な格子整合接合を含む。狭バンドギャップ接合は、広バンドギャップ接合に結合されており、かつ、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）構造を含む。狭バンドギャップ接合は、第２光スペクトルを検出するよう動作可能である。
【０００７】
このように、二色性フォトダイオードは、ＳＷＩＲカメラ感度範囲を可視領域へと拡張するために提供される。ＳＷＩＲカメラ感度範囲を可視領域へと拡張することにより、ＳＷＩＲセンサ技術をより多くの用途へと広げ、かつ、より高度な統合を得られる可能性がある。二色性フォトダイオードは、複数帯域光検出および画像解析の統合の困難性を大幅に低下させる。フォトダイオードおよびアレイは、高い効率および密度で複数の光学帯域をカバーすることにより、カメラ画質、統合、重量、体積および消費電力における競争力が得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施形態において、二色性フォトダイオードは、狭バンドギャップ接合に結合されている広バンドギャップ接合を含む。広バンドギャップ接合は、第１光スペクトルを検出するよう動作可能な格子整合接合を含む。狭バンドギャップ接合は、第２光スペクトルを検出するよう動作可能なフォトダイオード構造を含む。
【０００９】
別の実施形態において、二色性光検出のための方法は、広バンドギャップ接合を介して第１光スペクトルを検出する。広バンドギャップ接合は、格子整合接合を含む。該方法はさらに、広バンドギャップ接合と結合された狭バンドギャップ接合を介して第２光スペクトルを検出する。狭バンドギャップ接合は、フォトダイオード構造を含む。
【００１０】
さらに別の実施形態において、二色性フォトダイオードを提供するための方法は、格子整合接合を含む広バンドギャップ接合を設ける。該方法はさらに、第１光スペクトルを検出するよう広バンドギャップ接合を構成し、フォトダイオード構造を含む狭バンドギャップ接合を設ける。該方法はさらに、第２光スペクトルを検出するよう狭バンドギャップ接合を構成し、狭バンドギャップ接合を広バンドギャップ接合に結合する。
【００１１】
本概要は、詳細な説明において下でさらに説明するいろいろな概念を単純な形態で紹介するために提供されている。本概要は、特許請求されている主題の鍵となる特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また、特許請求されている主題の範囲の決定における補助として用いられることも意図していない。
【００１２】
本開示の実施形態のより完全な理解は、以下の図とともに考慮された際の詳細な説明および請求項に言及することにより導き出されてもよい。それらの図において、同様の参照番号は、図全体を通じて類似の構成要素を指す。これらの図は、本開示の広さ、範囲、規模または適用可能性を限定することなく本開示の理解を促進するために提供されている。図面は、必ずしも一定の縮尺にしたがってはいない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、アバランシェフォトダイオードの一例を示している。
【図２】図２は、本開示の一実施形態に係る二重接合構造を含む正面照明二色性フォトダイオードの一例を示している。
【図３】図３は、本開示の一実施形態に係るＩｎＰ基板除去後の二重接合構造を含む背面照明二色性フォトダイオードの一例を示している。
【図４】図４は、本開示の一実施形態に係る透明基板および／またはマイクロレンズに結合された二重接合構造を含む背面照明二色性フォトダイオードの一例を示している。
【図５】図５は、本開示の一実施形態に係る二色性フォトダイオードアレイシステムの一例を示している。
【図６】図６は、本開示の一実施形態に係る二色性光検出のためのプロセスを示すフローチャートの一例を示している。
【図７】図７は、本開示の一実施形態に係る二色性フォトダイオードを提供するためのプロセスを示すフローチャートの一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明は、事実上例示的なものであり、本開示または本開示の実施形態の用途および使用を限定するよう意図されていない。特定の装置、技法および用途の説明は、例としてのみ示されている。ここに説明する実施例に対する修正は、当業者にとって容易に明らかとなるだろうし、かつ、ここに定義されている一般的原理は、本開示の精神および範囲から逸脱することなくその他の実施例および用途に適用することができる。本開示は、請求項と一致した範囲を与えられるべきであり、かつ、ここに説明され、示される実施例に限定されるべきではない。
【００１５】
本発明の実施形態は、機能的かつ／または論理的なブロック要素およびさまざまな処理工程に関してここに説明することができる。そのようなブロック要素は、特定した機能を行うよう構成されたあらゆる数のハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェア構成要素により実現可能であることは理解されたい。簡潔にするために、ここに説明するフォトダイオード、半導体、マイクロエレクトロニクスに関連する従来の技法および構成要素、ならびに、システムのその他の機能的側面（および該システムの個々の動作構成要素）は、ここには詳細に説明しないかもしれない。これに加えて、当業者は、本開示の実施形態がさまざまなハードウェアおよびソフトウェアとともに実用に供されてもよく、かつ、ここに説明する実施形態が単に本開示の例示的実施形態に過ぎないことを理解するだろう。
【００１６】
本開示の実施形態は、実用的かつ非限定的な用途、すなわち、フォトダイオードとの関連においてここに説明する。ただし、本開示の実施形態は、そのようなフォトダイオード用途に限定はされず、ここに説明する技法は、その他の用途にもまた利用可能である。例えば限定はされないが、実施形態は、太陽電池、動作検出装置およびその他の光処理用途に適用可能であってもよい。
【００１７】
本説明を読んだ後、当業者にとって明らかであろうように、以下は、本開示の実施例および実施形態であり、これらの実施例にしたがった動作には限定されない。その他の実施形態を利用してもよく、かつ、本開示の例示的実施形態の範囲を逸脱することなく構造的な変更を行ってもよい。
【００１８】
マルチバンド画像融合は、画像技術において重要な動向である。小型の空中作業台およびハイパースペクトル画像解析用に、複数の帯域検出器を１つのセンサアレイに統合することは、大きさ、重量および電力（ＳＷＡＰ）の無駄をなくすためにきわめて重要であることがある。限定はされないが生物医学的画像解析のような商用の用途に対して、可視からＳＷＩＲまでの波長範囲が、実質的に理想的であることがある。
【００１９】
本開示の実施形態は、ＳＷＩＲカメラ感度範囲を可視領域へと拡張可能な二色性フォトダイオードを提供する。ＳＷＩＲカメラ感度範囲を可視領域へと拡張することにより、ＳＷＩＲセンサ技術をより多くの用途へと広げ、かつ、より高度な統合を得られることがある。
【００２０】
格子整合二重接合構造を利用することによって、異なる波長範囲において動作する２つのフォトダイオードを単一のエピタキシャル構造へと統合可能である。格子整合二重接合構造の各接合を線形モードで動作させることにより、一波長より長い波長における画像を単一のアレイにより取得可能である。一波長より長い波長からの画像の融合によりより高い画像コントラストを達成してもよく、これを重畳および同期させることができる。
【００２１】
格子整合二重接合構造の二色性構造は、限定はされないがＰ‐Ｉ‐Ｎダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、感光体およびその他の半導体ダイオードなどのさまざまなフォトダイオードに適用可能である。そのような統合のコンパクトな性質により、ここに説明する二色性フォトダイオードは、大判アレイへの拡大が実質的に容易であり得る。例えば、リン化インジウム／ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ）格子整合材料系において、長い波長範囲は、ＩｎＧａＡｓ吸収体を有する二色性フォトダイオードによりカバーすることができる一方、短い波長範囲は、二色性フォトダイオードのリン化インジウム（ＩｎＰ）吸収体により検出することができる。
【００２２】
図１は、アバランシェフォトダイオード１００の一例を示した図である。アバランシェフォトダイオード１００は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）構造１０４およびリン化インジウム（ＩｎＰ）基板１２２（ＩｎＰ基板１２２）を含む。ＡＰＤ構造１０４は、負にドープされた（ｎ型）ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）（ｎ‐ＩｎＧａＡｓ）コンタクト層１０６（ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層１０６）、ｎ型リン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）層１０８（ｎ‐ＩｎＰ層１０８）、ＩｎＧａＡｓ／リン化ＩｎＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓＰ）吸収層１１０（ＩｎＧａＡｓＰ層１１０）、ヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）傾斜層１１２（ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層１１２）、負にドープされたリン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）電荷層１１４（ｎ‐ＩｎＰ電荷層１１４）、真性（ｉ型）ＩｎＰ（ｉ‐ＩｎＰ）増倍層１１６（ｉ‐ＩｎＰ増倍層１１６）、第１の正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層１１８（第１ｐ‐ＩｎＰバッファ層１１８）および第２の正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層１２０（第２ｐ‐ＩｎＰバッファ層１２０）を含んでもよい。
【００２３】
ＡＰＤ１０４構造は、例えば限定はされないが、約９３０ｎｍからＩｎＧａＡｓ吸収体では約１６００ｎｍまで、もしくは、ＩｎＧａＡｓＰ吸収体では約１０６４ｎｍまでに感度を持つガイガーモード、線形モードまたはその他のフォトダイオード動作モードで動作してもよい。ガイガーモードＡＰＤ（Ｇ‐ＡＰＤ）は、光発生キャリアが、衝突イオン化機構によるアバランシェイベントを引き起こす可能性のある逆バイアスｐ‐ｎ接合に基づき、半導体光検出器のクラスを識別する。この装置は、単一光子レベルまでの低強度信号を検出し、かつ、数十ピコ秒のジッターを有する光子の到着時間を登録することができる。線形モードのＡＰＤと同様に、Ｇ‐ＡＰＤは、逆バイアスｐ‐ｎ接合の光子により引き起こされたアバランシェ電流を利用して、入射放射線を検出する。Ｇ‐ＡＰＤと線形モードＡＰＤとの根本的な差異は、（線形モードＡＰＤが降伏電圧より低いバイアス電圧で動作するのに対して）Ｇ‐ＡＰＤが降伏電圧より高い逆バイアス電圧により動作するよう特に設計されているということである。
【００２４】
図１に示すように、ＡＰＤ１００のような一般的なＳＷＩＲのＡＰＤは、広バンドギャップＰ層（第１ｐ‐ＩｎＰバッファ層１１８および第２ｐ‐ＩｎＰバッファ層１２０）とＮ層（ｎ‐ＩｎＰ層１０８）とに挟まれた吸収体（ＩｎＧａＡｓＰ層１１０およびＩｎＧａＡｓＰ傾斜層１１２）ならびにｉ‐ＩｎＰ増倍層１１６を含む機能領域を含んでもよい。動作波長範囲は、吸収体のバンドギャップと光路（ＩｎＰ基板１２２、第２ｐ‐ＩｎＰバッファ層１２０および第１ｐ‐ＩｎＰバッファ層１１８）における広バンドギャップ材料のバンドギャップとにより決定される。ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ材料系において、この範囲の上側結合は、ＩｎＰと格子整合されているＩｎＧａＡｓのバンドギャップにより定められ、３００Ｋにおいて約１．６５μｍである。通常、ＩｎＰが基板であり、Ｐ層およびＮ層に用いられて、Ｐ‐Ｉ‐Ｎ構造を構成する。ＩｎＰのバンドギャップは、動作波長範囲の下側結合を決定し、これは、約０．９２μｍである。
【００２５】
Ｐ‐Ｉ‐Ｎダイオードは、ｐ型半導体とｎ型半導体領域との間の広幅の低濃度にドープされた「近」真性半導体領域を有するダイオードである。ｐ型領域およびｎ型領域は、オーミックコンタクトに用いられるので、典型的には高濃度にドープされている。広幅の真性領域は、通常のＰＮダイオードと接触している。広幅の真性領域は、Ｐ‐Ｉ‐Ｎダイオードを下位（inferior）整流器（ダイオードの典型的な機能の１つ）とするが、Ｐ‐Ｉ‐Ｎダイオードを減衰器、高速スイッチ、光検出器および高圧電源電子機器用途に適したものとする。
【００２６】
ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層１０６は、ＡＰＤ構造１０４を読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）５１８（図５）を介して読み出しチャネル（ＲＯＣ）５２４（図５）と結合するよう動作可能な頂部導電体を提供する。
【００２７】
ｎ‐ＩｎＰ層１０８は、ＡＰＤ構造１０４用の格子整合Ｎ層を提供する。
【００２８】
ＩｎＰ基板１２２は、ＡＰＤ構造１０４がその上に構成されている基板ベースを含む。ＩｎＰ基板１２２は、ＡＰＤ構造１０４に対して構造的支持を与える。
【００２９】
図２は、本開示の一実施形態に係る二重接合構造２０４／２０６を含む正面照明二色性フォトダイオード２００（二色性フォトダイオード２００）の一例を示している。二色性フォトダイオード２００は、広バンドギャップ接合２０４、狭バンドギャップ接合２０６およびＩｎＰ基板２２８を含む。広バンドギャップ接合２０４と狭バンドギャップ接合２０６とは、両者とも、負にドープされた（ｎ型）リン化インジウム層２１４（ｎ‐ＩｎＰ層２１４）を含む。
【００３０】
広バンドギャップ接合２０４は、正にドープされたヒ化インジウムガリウム（ｐ‐ＩｎＧａＡｓ）層２０８（ｐ‐ＩｎＧａＡｓ層２０８）、正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム層２１０（ｐ‐ＩｎＰ層２１０）、真性（ｉ型）リン化インジウム層２１２（ｉ‐ＩｎＰ層２１２）およびｎ‐ＩｎＰ層２１４を含む。ｉ‐ＩｎＰ層２１２は、ｐ‐ＩｎＰ層２１０とｎ‐ＩｎＰ層２１４とに挟まれている。
【００３１】
狭バンドギャップ接合２０６は、ｎ‐ＩｎＰ層２１４、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層２１６、ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層２１８、負にドープされたリン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）電荷層２２０（ｎ‐ＩｎＰ電荷層２２０）、真性リン化インジウム（ｉ‐ＩｎＰ）増倍層２２２（ｉ‐ＩｎＰ増倍層２２２）、第１の正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層２２４（第１ｐ‐ＩｎＰバッファ層２２４）および第２の正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層２２６（第２ｐ‐ＩｎＰバッファ層２２６）を含む。
【００３２】
広バンドギャップ接合２０４は、限定はされないが、約４００ｎｍから約９３０ｎｍまでをカバーし、狭バンドギャップ接合２０６は、限定はされないが、約９３０ｎｍから約１０６４ｎｍまで（ＩｎＧａＡｓＰ吸収体）または約１６００ｎｍまで（ＩｎＧａＡｓ吸収体）をカバーする。格子整合広バンドギャップ材料を有するホモ接合をＳＷＩＲフォトダイオードの前に挿入することにより、ＳＷＩＲ光検出器に対して光学的な影響なくより短い波長範囲において作用する別のフォトダイオードが得られる。図２における材料の選択は、限定はされないがＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ材料系に基づいている。例えば、格子整合ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）を用いて、図２におけるすべてのＩｎＰ層を置き換えることもできる。
【００３３】
可視範囲から約０．９２μｍまでの光は、ｐ‐ＩｎＰ層２１０、ｉ‐ＩｎＰ層２１２およびｎ‐ＩｎＰ層２１４を含む頂部ＩｎＰ Ｐ‐Ｉ‐Ｎホモ接合２３０（格子整合ホモ接合２３０）におけるＰ領域およびＩ領域に吸収されることとなる。ｐ‐ＩｎＰ層２１０の厚みが電子拡散長さと同等である限りは、格子整合ホモ接合２３０は、良好な吸収および収集効率を有することとなる。ｉ‐ＩｎＰ層２１２に高電界を印加することにより、衝突イオン化が起こる可能性があり、かつ、格子整合ホモ接合２３０はＡＰＤとして動作可能である。０．９２μｍより長い波長は、ほとんど損失なく格子整合ホモ接合２３０を通過でき、かつ、狭バンドギャップ接合２０６のようなＳＷＩＲフォトダイオードに吸収されることができる。
【００３４】
図３は、本開示の一実施形態に係るＩｎＰ基板除去後の二重接合構造３０４／３０６を含む背面照明二色性フォトダイオード３００（二色性フォトダイオード３００）の一例を示している。二色性フォトダイオード３００は、キャリア３０８、広バンドギャップ接合３０４、狭バンドギャップ接合３０６を含む。広バンドギャップ接合３０４と狭バンドギャップ接合３０６とは、両者とも、ｐ‐ＩｎＰ層３２２を含む。
【００３５】
広バンドギャップ接合３０４は、ｐ‐ＩｎＰ層３２２、ｉ‐ＩｎＰ層３２４およびｎ‐ＩｎＰ層３２６を含む。ｉ‐ＩｎＰ層３２４は、ｐ‐ＩｎＰ層３２２とｎ‐ＩｎＰ層３２６とに挟まれている。
【００３６】
狭バンドギャップ接合３０６は、ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層３１０、ｎ‐ＩｎＰ層３１２、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層３１４、ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層３１６、ｎ‐ＩｎＰ電荷層３１８、ｉ‐ＩｎＰ増倍層３２０およびｐ‐ＩｎＰ層３２２を含む。
【００３７】
図３に示すように、背面照明構造は、ｎ‐ＩｎＰ層３２６とｐ‐ＩｎＰ層３２２とに挟まれたｉ‐ＩｎＰ層３２４を含むＮ‐Ｉ‐ＰのＩｎＰホモ接合３３０（格子整合ホモ接合３３０）の後に狭バンドギャップ接合３０６のようなＳＷＩＲフォトダイオード構造を成長させることにより実施可能である。ＩｎＰ基板２２８の除去後、該構造は、背面照明ｈｖ３０２用に機能する。基板の除去により、背面側の照明およびマイクロレンズの統合が促進される。キャリア３０８は、犠牲プロセスキャリアまたは読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）であってもよい。広バンドギャップ接合３０４は、限定はされないが、約４００ｎｍから約９３０ｎｍまでをカバーし、狭バンドギャップ接合３０６は、限定はされないが、約９３０ｎｍから約１０６４ｎｍまで（ＩｎＧａＡｓＰ吸収体）または約１６００ｎｍ（ＩｎＧａＡｓ吸収体）までをカバーする。
【００３８】
構造中の広バンドギャップ接合３０４と狭バンドギャップ接合３０６との両方を独立して動作させるために、頂部接点（図示せず）および底部接点（図示せず）に加えて、図２におけるｎ‐ＩｎＰ層２１４および図３におけるｐ‐ＩｎＰ層３２２に対して追加の接点を設けねばならない。頂部接点は、例えば限定はされないが、それぞれの二色性フォトダイオード２００および３００のｐ‐ＩｎＧａＡｓ層２０８、キャリア３０８またはその他の適切な接点に結合されてもよい。底部接点は、例えば限定はされないが、それぞれの二色性フォトダイオード２００および３００のＩｎＰ基板２２８およびｎ‐ＩｎＰ層３２６に結合されてもよい。したがって、３つの端子（例えば、頂部接点、追加の接点および底部接点）は、例えば限定はされないが、二色性フォトダイオード２００におけるｐ‐ＩｎＧａＡｓ層２０８、ｎ‐ＩｎＰ層２１４およびＩｎＰ基板２２８に結合されてもよい。
【００３９】
同様に、３つの端子は、例えば限定はされないが、二色性フォトダイオード３００におけるキャリア３０８、ｐ‐ＩｎＰ層３２２およびｎ‐ＩｎＰ層３２６に結合されてもよい。これら３つの端子は、それぞれの広バンドギャップ接合２０４／３０４および狭バンドギャップ接合２０６／３０６を別々にまたは組み合わせて動作させるために用いてもよい。これら３つの端子により、広バンドギャップ接合２０４／３０４および狭バンドギャップ接合２０６／３０６は、個々に線形モードまたはガイガーモードのいずれかで動作可能であり、かつ、画像用途のための柔軟性をもたらす。上記接合のうちの１つがガイガーモードで動作される場合、２つの接合の間に適切な吸収体を挿入して、二次電子放出による可能性のある光学的クロストークを回避する必要がある。
【００４０】
長距離に達する光検出と測距（ＬＩＤＡＲ）用途のために、両接合は、ガイガーモードで動作可能であり、検出効率を最大化することができる。例えば、約１０６４ｎｍパルスレーザおよび約５３２ｎｍにおけるその第二高調波により、これら二重接合画素を有するアレイは、両波長において３Ｄ画像を生成する。水中のそれらの透過率の違いに起因して、２つの３Ｄ画像の融合は、例えば、沿岸領域の遠隔検知において非常に効果的であることがある。
【００４１】
図４は、本開示の一実施形態に係る透明基板および／またはマイクロレンズ４２６に結合された二重接合構造４０４／４０６を含む背面照明二色性フォトダイオード（二色性フォトダイオード４００）の一例を示している。二色性フォトダイオード４００は、広バンドギャップ接合４０４および狭バンドギャップ接合４０６を含む。広バンドギャップ接合４０４と狭バンドギャップ接合４０６とは、両者とも、ｐ‐ＩｎＰ層４２０を含む。広バンドギャップ接合４０４は、ｐ‐ＩｎＰ層４２０、ｉ‐ＩｎＰ層４２２およびｎ‐ＩｎＰ層４２４を含む。
【００４２】
図４に示すように、背面照明構造は、ｎ‐ＩｎＰ層４２４とｐ‐ＩｎＰ層４２０とに挟まれたｉ‐ＩｎＰ層４２２を含むＮ‐Ｉ‐ＰのＩｎＰホモ接合４３０（格子整合ホモ接合４３０）の後に狭バンドギャップ接合４０６のようなＳＷＩＲフォトダイオード構造を成長させることにより実施可能である。狭バンドギャップ接合４０６はまた、ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層４０８、ｎ‐ＩｎＰ層４１０、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層４１２、ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層４１４、ｎ‐ＩｎＰ電荷層４１６、ｉ‐ＩｎＰ増倍層４１８およびｐ‐ＩｎＰ層４２０を含む。
【００４３】
二重接合構造４０４／４０６は、ＩｎＰ基板の除去および透明基板またはマイクロレンズへの転写後に生じる。基板の除去は、背面側の照明およびマイクロレンズの統合を促進する。マイクロレンズは、アレイ充填率を高めるのに役立つ。広バンドギャップ接合４０４は、限定はされないが、約４００ｎｍから約９３０ｎｍまでをカバーし、狭バンドギャップ接合４０６は、限定はされないが、約９３０ｎｍから約１０６４ｎｍ（ＩｎＧａＡｓＰ吸収体）まで、または、約１６００ｎｍ（ＩｎＧａＡｓ吸収体）までをカバーする。
【００４４】
本二色性構造の実施形態は、ＰＩＮ、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）および光伝導体を含むさまざまなフォトダイオードとともに組み込むことができる。この統合のコンパクトな性質により、本二色性フォトダイオードは、大判アレイへの拡大が容易である。
【００４５】
上で説明した格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０は、ｉ‐ＩｎＰ層３２４、ｎ‐ＩｎＰ層３２６およびｐ‐ＩｎＰ層３２２においてリン化インジウム（ＩｎＰ）を材料の一例として含んでいる。しかしながら、その他の真性（ｉ型）材料、正にドープされた（ｐ型）材料および負にドープされた（ｎ型）材料もまた、下でより詳細に説明するように、これらの層を構成するために用いてもよい。
【００４６】
図５は、本開示の一実施形態に係る二色性フォトダイオードアレイシステム（システム５００）を示している。実用的なシステム５００は、あらゆる数の入力モジュール、あらゆる数のプロセッサモジュール、あらゆる数のメモリモジュールおよびあらゆる数のその他のモジュールを含んでいてもよい。示されているシステム５００は、説明を容易にするために単純な実施形態を描写している。システム５００のこれらの構成要素およびその他の構成要素は、ともに相互接続されていることにより、システム５００のさまざまな構成要素間の通信を可能としている。一実施形態において、システム５００のこれらの構成要素およびその他の構成要素は、通信回線５２６を介してともに相互接続されていてもよい。当業者は、ここに開示している実施形態に関連して説明されるさまざまな説明的ブロック、モジュール、回路および処理論理が、ハードウェア、コンピュータ読み取り可能なソフトウェア、ファームウェアまたはそれらのあらゆる実用的な組み合わせにおいて実施可能であることを理解するだろう。
【００４７】
ハードウェア、ファームウェアおよびソフトウェアのこの互換性および親和性を明確に示すために、さまざまな説明的構成要素、ブロック、モジュール、回路および工程をそれらの機能性の点から概して説明する。そのような機能性がハードウェア、ファームウェアまたはソフトウェアのいずれとして実施されるのかということは、特定の用途およびシステム全体に課せられる設計の制約にかかっている。ここに説明する概念に精通している者は、各特定の用途に対して適切な手法でそのような機能性を実施するかもしれないが、そのような実施の決定は、本開示の範囲からの逸脱を引き起こすものとして解釈されるべきではない。
【００４８】
システム５００は、図２〜図４に示した実施形態と類似の機能、材料および構造を有していてもよい。したがって、共通の特徴、機能および要素は、ここでは重複して説明しないことがある。
【００４９】
システム５００は、二色性フォトダイオード１ ５０２、二色性フォトダイオードＮ ５１２（Ｎ番目の二色性フォトダイオード）のようなあらゆる数の二色性フォトダイオード１〜Ｎと、読み出し集積回路５１８と、読み出しチャネル５２４とを含んでもよい。Ｎは、１以上のいかなる数とすることもできる。Ｎは、フォトダイオード１〜Ｎが用いられる用途に応じて選択してもよい。例えば限定はされないが、二色性１０８０ｐ高精細テレビ（ＨＤＴＶ）画像アレイは、２，０７３，６００と等しいＮを要するかもしれない。
【００５０】
システム５００は、例えば限定はされないが、フォトダイオードアレイを表していてもよい。
【００５１】
二色性フォトダイオード１ ５０２は、広バンドギャップ接合５０４および狭バンドギャップ接合５０６を含む。同様に、二色性フォトダイオードＮ ５１２は、広バンドギャップ接合５０８および狭バンドギャップ接合５１０を含む。
【００５２】
読み出し集積回路５１８は、二色性フォトダイオード１〜Ｎからの広帯域信号および狭帯域信号を受信するよう構成されている。
【００５３】
読み出しチャネル５２４は、二色性フォトダイオード１〜Ｎの光検出を記録するよう構成されている。読み出しチャネル５２４は、プロセッサモジュール５２０およびメモリモジュール５２２を含む。
【００５４】
プロセッサモジュール５２０は、システム５００の動作に関連付けられた機能、技法および処理タスクを実行するよう構成されている処理論理を含む。とりわけ、処理論理は、ここに説明するシステム５００を支持するよう構成されている。プロセッサモジュール５２０は、ここに説明する機能を行うよう設計された汎用プロセッサ、連想記憶装置、デジタルシグナルプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、あらゆる適切なプログラマブル論理装置、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェアコンポーネントまたはそれらのあらゆる組み合わせにより実施または実現されてもよい。このように、プロセッサは、マイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、状態機械などとして実現されてもよい。
【００５５】
プロセッサはまた、コンピューティング装置の組み合わせ、例えば、デジタルシグナルプロセッサとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサコアと併用される１つ以上のマイクロプロセッサまたはその他あらゆるそのような構成として実施されてもよい。
【００５６】
メモリモジュール５２２は、システム５００の動作を指示するようフォーマットされたメモリを有するデータ記憶領域を含んでいてもよい。メモリモジュール５２２は、システム５００の機能性を支持する必要に応じてデータを記憶、維持および提供するよう構成されている。実用的な実施形態において、メモリモジュール５２２は、例えば限定はされないが、不揮発性記憶装置（例えば、不揮発性半導体メモリ、ハードディスク装置、光ディスク装置）、ランダムアクセス記憶装置（例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）または当該技術において知られているその他あらゆる形態の記憶媒体を含んでいてもよい。
【００５７】
メモリモジュール５２２は、プロセッサモジュール５２０と結合され、かつ、例えば限定はされないが、光子到着時期、光スペクトル周波数値、データベース、プロセッサモジュール５２０により実行されるコンピュータプログラム、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムの実行に用いられる一時的データまたはその他の光処理ソフトウェアを記憶するよう構成されていてもよい。また、メモリモジュール５２２は、データベースを更新するためのテーブルを含む動的更新データベースを表していてもよい。メモリモジュール５２２は、プロセッサモジュール５２０がメモリモジュール５２２から情報を読み取り、メモリモジュール５２２へ情報を書き込めるようにプロセッサモジュール５２０と結合されていてもよい。例えば、上で触れたように、プロセッサモジュール５２０は、光スペクトル周波数値、光子到達時期またはその他の適用可能な光学処理データにアクセスするためにメモリモジュール５２２にアクセスしてもよい。
【００５８】
一例として、プロセッサモジュール５２０およびメモリモジュール５２２は、それぞれの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に存在していてもよい。メモリモジュール５２２はまた、プロセッサモジュール５２０内に組み込まれていてもよい。ある実施形態において、メモリモジュール５２２は、プロセッサモジュール５２０により実行されるべき命令の実行中に一時的変数またはその他の中間情報を記憶するためのキャッシュメモリを含んでもよい。
【００５９】
図６は、本開示の一実施形態に係る二色性光検出のためのプロセス６００を示したフローチャートの一例を示している。プロセス６００に関連して行われるさまざまなタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を行うためのコンピュータ実行可能な命令を有するコンピュータ読み取り可能な媒体またはそれらのいかなる組み合わせにより機械的に行われてもよい。
【００６０】
プロセス６００は、いかなる数の追加のまたは代替のタスクを含んでもよく、図６に示されているタスクは、示されている順序で行われる必要はなく、かつ、プロセス６００は、ここで詳細には説明しない追加の機能性を有するより包括的な手順またはプロセスに組み込まれてもよいことは理解されたい。説明の目的で、プロセス６００の以下の説明は、図２〜図５に関連して上で触れた構成要素に言及することがある。
【００６１】
実用的な実施形態において、プロセス６００の部分は、二色性フォトダイオード１ ５０２、二色性フォトダイオードＮ ５１２、読み出し集積回路５１８および読み出しチャネル５２４などのようなシステム５００の種々の構成要素により行われてもよい。プロセス６００は、図２〜図５に示した実施形態と類似の機能、材料および構造を有していてもよい。したがって、共通の特徴、機能および構成要素は、ここでは重複して説明しないことがある。
【００６２】
プロセス６００は、格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０のような格子整合ホモ接合を含む広バンドギャップ接合２０４／３０４／４０４のような広バンドギャップ接合を介して第１光スペクトルを検出することにより開始してもよい（タスク６０２）。格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０は、例えば限定はされないが、正にドープされた（ｐ型）層と負にドープされた（ｎ型）層とに挟まれた真性（ｉ型）層またはその他のホモ接合フォトダイオードを含んでもよい。真性（ｉ型）層、正にドープされた（ｐ型）層および負にドープされた（ｎ型）層の各々は、例えば限定はされないが、リン化インジウム、ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）、水銀カドミウムテルルまたはその他の光活性材料を含んでもよい。例えば、上で説明したように、格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０は、ｐ‐ｌｎＰ層２１０／３２２／４２０のような正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム層とｎ‐ｌｎＰ層２１４／３２６／４２４のような負にドープされた（ｎ型）リン化インジウム層とに挟まれたｉ‐ｌｎＰ層２１２／３２４／４２２のような真性（ｉ型）リン化インジウム層を含んでもよい。第１光スペクトルは、例えば限定はされないが、ＳＷＩＲスペクトルを含んでもよい。
【００６３】
プロセス６００は、広バンドギャップ接合２０４／３０４／４０４に結合された狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６のような狭バンドギャップ接合を介して第２光スペクトルを検出することにより続行してもよく、該狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）構造を含む（タスク６０４）。第２光スペクトルは、例えば限定はされないが、可視光スペクトルを含んでもよい。
【００６４】
図７は、本開示の一実施形態に係る二色性フォトダイオードを提供するためのプロセス７００を示したフローチャートの一例を示している。プロセス７００に関連して行われるさまざまなタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を行うためのコンピュータ実行可能な命令を有するコンピュータ読み取り可能な媒体またはそれらのいかなる組み合わせにより機械的に行われてもよい。説明の目的で、プロセス７００の以下の説明は、図２〜図５に関連して上で触れた構成要素に言及することがある。
【００６５】
プロセス７００は、いかなる数の追加のまたは代替のタスクを含んでもよく、図７に示されているタスクは、示されている順序で行われる必要はなく、かつ、プロセス７００は、ここで詳細には説明しない追加の機能性を有するより包括的な手順またはプロセスに組み込まれてもよいことは理解されたい。実用的な実施形態において、プロセス７００の部分は、二色性フォトダイオード１ ５０２、二色性フォトダイオードＮ ５１２、読み出し集積回路５１８および読み出しチャネル５２４などのようなシステム５００の種々の構成要素により行われてもよい。プロセス７００は、図２〜図５に示した実施形態と類似の機能、材料および構造を有していてもよい。したがって、共通の特徴、機能および構成要素は、ここでは重複して説明しないことがある。
【００６６】
プロセス７００は、ｉ‐ｌｎＰ層２１２／３２４／４２２のような真性（ｉ型）層を設けることにより開始してもよい（タスク７０２）。
【００６７】
プロセス７００は、ｐ‐ｌｎＰ層２１０／３２２／４２０のような正にドープされた（ｐ型）層を設けることにより続行してもよい（タスク７０４）。
【００６８】
プロセス７００は、ｎ‐ｌｎＰ層２１４／３２６／４２４のような負にドープされた（ｎ型）層を設けることにより続行してもよい（タスク７０６）。
【００６９】
プロセス７００は、正にドープされた（ｐ型）層と負にドープされた（ｎ型）層との間に真性（ｉ型）層を挟むことにより格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０のような格子整合接合を設けることにより続行してもよい（タスク７０８）。
【００７０】
プロセス７００は、格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０を含む広バンドギャップ接合２０４／３０６／４０４のような広バンドギャップ接合を設けることにより続行してもよい（タスク７１０）。
【００７１】
プロセス７００は、第１光スペクトルを検出するよう広バンドギャップ接合２０４／３０６／４０４を構成することにより続行してもよい（タスク７１２）。第１光スペクトルは、例えば限定はされないが、短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルを含んでもよい。
【００７２】
プロセス７００は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）構造を含む狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６のような狭バンドギャップ接合を設けることにより続行してもよい（タスク７１４）。
【００７３】
プロセス７００は、第２光スペクトルを検出するよう狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６を構成することにより続行してもよい（タスク７１６）。第２光スペクトルは、例えば限定はされないが、可視光スペクトルを含んでもよい。
【００７４】
プロセス７００は、狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６を広バンドギャップ接合２０４／３０６／４０４に結合することにより続行してもよい（タスク７１８）。
【００７５】
このように、本開示の実施形態は、複数帯域光検出および画像解析の統合の困難性を大幅に低下させる二色性フォトダイオードを提供する。結果として得られるフォトダイオードおよびアレイは、高い効率および密度で複数の光学帯域をカバーすることにより、カメラ画質、統合、重量、体積および消費電力における競争力が得られる。
【００７６】
本文献において、「コンピュータプログラム製品」、「コンピュータ読み取り可能な媒体」、「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」などの用語は、概して、例えば、メモリ、記憶装置または記憶ユニットといった媒体を指すために用いられてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体のこれらおよびその他の形態は、プロセッサモジュール５２０により用いられて、プロセッサモジュール５２０に特定の動作を行わせるための１つ以上の命令を記憶するのに関わっていてもよい。概して「コンピュータプログラムコード」または「プログラムコード」と呼ばれるそのような命令は、（コンピュータプログラムの形態またはその他の分類にまとめられてもよいが）、実行されると、システム５００の電力利用スケジューリング法を可能とする。
【００７７】
上記説明は、構成要素またはノードまたは特徴がともに「接続」または「結合」されているとして言及している。ここで用いられているように、特にはっきりと断らないかぎり、「接続されている」とは、ある構成要素／ノード／特徴が別の構成要素／ノード／特徴と直接接合されて（または直接連通して）いることを意味し、かつ、必ずしも機械的にでなくともよい。同様に、特にはっきりと断らないかぎり、「結合されている」とは、ある構成要素／ノード／特徴が別の構成要素／ノード／特徴と直接もしくは間接的に接合されて（または直接もしくは間接的に連通して）いることを意味し、かつ、必ずしも機械的にでなくともよい。したがって、図２〜図５は、構成要素の配置例を描写しているが、本開示の実施形態において追加の介在構成要素、装置、特徴または構成部品が存在していてもよい。
【００７８】
本文献において用いられている語および句ならびにその変形は、特にはっきりと断らないかぎり、限定的とは対照的に制約のないものとして解釈されるべきである。上記の例として、「を含む（including）」という語は、「限定はされないが、〜を含む」などを意味するとして読まれるべきであり、「例（example）」という語は、取り上げられている項目の網羅的または限定的な一覧ではなく該項目の典型的な例を提供するために用いられており、かつ、「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準的な」、「知られている」といった形容詞および類似の意味の語は、説明されている項目をある期間に、または、ある時に入手可能な項目に限定するものとして解釈されるべきではなく、その代わりに、現在または将来のあらゆる時に入手可能であるか、または、知られている可能性のある従来の、伝統的な、通常のまたは標準的な技術を包含するよう読まれるべきである。
【００７９】
同様に、「および」という接続詞によりつながれている一群の項目は、それらの項目の各々すべてが該分類内に存在しなければならないとして読まれるべきではなく、むしろ、特にはっきりと断らないかぎり、「および／または」として読まれるべきである。同様に、「または」という接続詞によりつながれている一群の項目は、その分類の中での相互排他性を要求するものとして読まれるべきではなく、むしろ、特にはっきりと断らないかぎり、これもまた「および／または」として読まれるべきである。さらに、本開示の項目、構成要素または構成部品は、単数形で説明または請求されているかもしれないが、複数形がその範囲内であると考えられている。ただし、単数形に限定する旨が明確に記載されている場合は除く。いくつかの場合における「１つ以上の」、「少なくとも」、「限定はされないが」といった上位概念の単語および句またはその他同様の句の存在は、そのような上位概念の句がない例ではより狭い場合が意図されているか、または、要件とされていることを意味するよう読まれてはならない。
【００８０】
ここで用いられているように、特にはっきりと断らないかぎり、「動作可能な」は、使用または稼動に用いられるか、適しているか、または、準備状態であることが可能であり、特定の目的に使用可能であり、かつ、ここに説明されている記載されたまたは望まれる機能を行うことができるという意味である。システムおよび装置に関連して、「動作可能な」という語は、システムおよび／または装置が、完全に機能的かつ調整されており、起動時に記載された機能を行うための適用可能な動作可能要件のための構成要素を含み、かつ、該要件を満たすという意味である。システムおよび回路に関連して、「動作可能な」という語は、システムおよび／または回路が、完全に機能的かつ調整されており、起動時に記載された機能を行うための適用可能な動作可能要件のための論理を含み、かつ、該要件を満たすという意味である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ アバランシェフォトダイオード
１０４ アバランシェフォトダイオード構造
１０６ 負にドープされたヒ化インジウムガリウムコンタクト層
１０８ ｎ型リン化インジウム層
１１０ ＩｎＧａＡｓ／リン化ＩｎＧａＡｓ吸収層
１１２ ヒ化リン化インジウムガリウム傾斜層
１１４ 負にドープされたリン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）電荷層
１１６ 真性ＩｎＰ増倍層
１１８ 第１の正にドープされたリン化インジウムバッファ層
１２０ 第２の正にドープされたリン化インジウムバッファ層
１２２ リン化インジウム基板
２００ 二色性フォトダイオード
２０４ 広バンドギャップ接合
２０６ 狭バンドギャップ接合
２０８ 正にドープされたヒ化インジウムガリウム層
２１０ 正にドープされたリン化インジウム層
２１２ 真性リン化インジウム層
２１４ 負にドープされたリン化インジウム層
２１６ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層
２１８ ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層
２２０ 負にドープされたリン化インジウム電荷層
２２２ 真性リン化インジウム増倍層
２２４ 第１の正にドープされたリン化インジウムバッファ層
２２６ 第２の正にドープされたリン化インジウムバッファ層
２２８ ＩｎＰ基板
３００ 二色性フォトダイオード
３０２ 背面照明ｈｖ
３０４ 広バンドギャップ接合
３０６ 狭バンドギャップ接合
３０８ キャリア
３１０ ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層
３１２ ｎ‐ＩｎＰ層
３１４ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層
３１６ ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層
３１８ ｎ‐ＩｎＰ電荷層
３２０ ｉ‐ＩｎＰ増倍層
３２２ ｐ‐ＩｎＰ層
３２４ ｉ‐ＩｎＰ層
３２６ ｎ‐ＩｎＰ層
３３０ 格子整合ホモ接合
４００ 二色性フォトダイオード
４０４ 広バンドギャップ接合
４０６ 狭バンドギャップ接合
４０８ ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層
４１０ ｎ‐ＩｎＰ層
４１２ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層
４１４ ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層
４１６ ｎ‐ＩｎＰ電荷層
４１８ ｉ‐ＩｎＰ増倍層
４２０ ｐ‐ＩｎＰ層
４２２ ｉ‐ＩｎＰ層
４２４ ｎ‐ＩｎＰ層
４２６ 透明基板および／またはマイクロレンズ
４３０ 格子整合ホモ接合
５００ 二色性フォトダイオードアレイシステム
５０２ 二色性フォトダイオード１
５０４ 広バンドギャップ接合
５０６ 狭バンドギャップ接合
５０８ 広バンドギャップ接合
５１０ 狭バンドギャップ接合
５１２ 二色性フォトダイオードＮ
５１８ 読み出し集積回路
５２０ プロセッサモジュール
５２２ メモリモジュール
５２４ 読み出しチャネル
５２６ 通信回線
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、電気光学に関する。詳しくは、本開示の実施形態は、電気光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体は、一般に、波長のスペクトルにわたって赤外線放射を発するが、センサは、通常、特定の帯域幅内でしか放射を収集しないので、時として該スペクトルの限られた領域しか対象とならない。複数スペクトル画像解析は、ある電磁スペクトルにわたる周波数において画像データを取り込み、かつ、人間の目が可視の赤色、緑色および青色光の受容体によってでは取り込めない追加の情報の抽出を可能とすることができる。複数スペクトル画像解析は、各画素上に到達している放射の全強度の記録のみとは対照的に、あるスペクトルを数多くの帯域に分割する。
【０００３】
周波数の波長は、フィルタにより、または、特定の波長に対して感度の高い器具の使用により分離されてもよい。例えば、周波数からの光は、赤外光のように可視光範囲を超えていることがある。可視スペクトルのある帯域、例えば、赤緑青色（ＲＧＢ）領域と呼ばれる約０．７μｍから約０．４μｍの範囲において、また、約０．７μｍから約１０μｍまたはそれ以上の赤外波長においても１つのデジタル画像を取得することが望ましいことがある。
【０００４】
可視光と赤外光との境界は、精密に定められてはいない。人間の目は、約７００ｎｍ波長を超える光に対して著しく感度が低下するので、より長い波長は、一般的な光源により照らされた光景に対して限られた貢献しかしない。赤外の始まりは、概して約７００ｎｍと約８００ｎｍ波長の間のさまざまな値においてさまざまな基準にしたがって定められてもよい。
【０００５】
赤外スペクトルは、赤外光に対する種々のセンサ反応によりより小さなセクションにさらに分割されることが多い。例えば、近赤外は、人間の目により検出可能な放射にもっとも波長が近いスペクトル領域であってもよく、中赤外および遠赤外は、可視スペクトルから徐々に離れていてもよい。赤外スペクトルは、材料を送出吸収する光源（例えば、光ファイバー）および検出器の利用可能性に基づき複数の帯域に分割されてもよい。例えば、短波長赤外（ＳＷＩＲ）、近赤外（ＮＩＲ）、中赤外（ＭＩＲ）および遠赤外（ＦＩＲ）または温度は、周波数帯域に対して一般的に用いられる言及である。ＳＷＩＲは、概して、例えば、約１から約３μｍ、約１．４から約３μｍ、または類似の範囲によりさまざまに定められてもよい。数多くの帯域、細かなスペクトル解像度および広いスペクトル範囲を有するスペクトル画像解析は、「ハイパースペクトル」と呼ばれることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二色性フォトダイオードおよび二色性光検出のための方法を開示する。広バンドギャップ接合は、第１光スペクトルを検出するよう動作可能な格子整合接合を含む。狭バンドギャップ接合は、広バンドギャップ接合に結合されており、かつ、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）構造を含む。狭バンドギャップ接合は、第２光スペクトルを検出するよう動作可能である。
【０００７】
このように、二色性フォトダイオードは、ＳＷＩＲカメラ感度範囲を可視領域へと拡張するために提供される。ＳＷＩＲカメラ感度範囲を可視領域へと拡張することにより、ＳＷＩＲセンサ技術をより多くの用途へと広げ、かつ、より高度な統合を得られる可能性がある。二色性フォトダイオードは、複数帯域光検出および画像解析の統合の困難性を大幅に低下させる。フォトダイオードおよびアレイは、高い効率および密度で複数の光学帯域をカバーすることにより、カメラ画質、統合、重量、体積および消費電力における競争力が得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施形態において、二色性フォトダイオードは、狭バンドギャップ接合に結合されている広バンドギャップ接合を含む。広バンドギャップ接合は、第１光スペクトルを検出するよう動作可能な格子整合接合を含む。狭バンドギャップ接合は、第２光スペクトルを検出するよう動作可能なフォトダイオード構造を含む。
【０００９】
別の実施形態において、二色性光検出のための方法は、広バンドギャップ接合を介して第１光スペクトルを検出する。広バンドギャップ接合は、格子整合接合を含む。該方法はさらに、広バンドギャップ接合と結合された狭バンドギャップ接合を介して第２光スペクトルを検出する。狭バンドギャップ接合は、フォトダイオード構造を含む。
【００１０】
さらに別の実施形態において、二色性フォトダイオードを提供するための方法は、格子整合接合を含む広バンドギャップ接合を設ける。該方法はさらに、第１光スペクトルを検出するよう広バンドギャップ接合を構成し、フォトダイオード構造を含む狭バンドギャップ接合を設ける。該方法はさらに、第２光スペクトルを検出するよう狭バンドギャップ接合を構成し、狭バンドギャップ接合を広バンドギャップ接合に結合する。
【００１１】
本概要は、詳細な説明において下でさらに説明するいろいろな概念を単純な形態で紹介するために提供されている。本概要は、特許請求されている主題の鍵となる特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、また、特許請求されている主題の範囲の決定における補助として用いられることも意図していない。
【００１２】
本開示の実施形態のより完全な理解は、以下の図とともに考慮された際の詳細な説明および請求項に言及することにより導き出されてもよい。それらの図において、同様の参照番号は、図全体を通じて類似の構成要素を指す。これらの図は、本開示の広さ、範囲、規模または適用可能性を限定することなく本開示の理解を促進するために提供されている。図面は、必ずしも一定の縮尺にしたがってはいない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、アバランシェフォトダイオードの一例を示している。
【図２】図２は、本開示の一実施形態に係る二重接合構造を含む正面照明二色性フォトダイオードの一例を示している。
【図３】図３は、本開示の一実施形態に係るＩｎＰ基板除去後の二重接合構造を含む背面照明二色性フォトダイオードの一例を示している。
【図４】図４は、本開示の一実施形態に係る透明基板および／またはマイクロレンズに結合された二重接合構造を含む背面照明二色性フォトダイオードの一例を示している。
【図５】図５は、本開示の一実施形態に係る二色性フォトダイオードアレイシステムの一例を示している。
【図６】図６は、本開示の一実施形態に係る二色性光検出のためのプロセスを示すフローチャートの一例を示している。
【図７】図７は、本開示の一実施形態に係る二色性フォトダイオードを提供するためのプロセスを示すフローチャートの一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明は、事実上例示的なものであり、本開示または本開示の実施形態の用途および使用を限定するよう意図されていない。特定の装置、技法および用途の説明は、例としてのみ示されている。ここに説明する実施例に対する修正は、当業者にとって容易に明らかとなるだろうし、かつ、ここに定義されている一般的原理は、本開示の精神および範囲から逸脱することなくその他の実施例および用途に適用することができる。本開示は、請求項と一致した範囲を与えられるべきであり、かつ、ここに説明され、示される実施例に限定されるべきではない。
【００１５】
本発明の実施形態は、機能的かつ／または論理的なブロック要素およびさまざまな処理工程に関してここに説明することができる。そのようなブロック要素は、特定した機能を行うよう構成されたあらゆる数のハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェア構成要素により実現可能であることは理解されたい。簡潔にするために、ここに説明するフォトダイオード、半導体、マイクロエレクトロニクスに関連する従来の技法および構成要素、ならびに、システムのその他の機能的側面（および該システムの個々の動作構成要素）は、ここには詳細に説明しないかもしれない。これに加えて、当業者は、本開示の実施形態がさまざまなハードウェアおよびソフトウェアとともに実用に供されてもよく、かつ、ここに説明する実施形態が単に本開示の例示的実施形態に過ぎないことを理解するだろう。
【００１６】
本開示の実施形態は、実用的かつ非限定的な用途、すなわち、フォトダイオードとの関連においてここに説明する。ただし、本開示の実施形態は、そのようなフォトダイオード用途に限定はされず、ここに説明する技法は、その他の用途にもまた利用可能である。例えば限定はされないが、実施形態は、太陽電池、動作検出装置およびその他の光処理用途に適用可能であってもよい。
【００１７】
本説明を読んだ後、当業者にとって明らかであろうように、以下は、本開示の実施例および実施形態であり、これらの実施例にしたがった動作には限定されない。その他の実施形態を利用してもよく、かつ、本開示の例示的実施形態の範囲を逸脱することなく構造的な変更を行ってもよい。
【００１８】
マルチバンド画像融合は、画像技術において重要な動向である。小型の空中作業台およびハイパースペクトル画像解析用に、複数の帯域検出器を１つのセンサアレイに統合することは、大きさ、重量および電力（ＳＷＡＰ）の無駄をなくすためにきわめて重要であることがある。限定はされないが生物医学的画像解析のような商用の用途に対して、可視からＳＷＩＲまでの波長範囲が、実質的に理想的であることがある。
【００１９】
本開示の実施形態は、ＳＷＩＲカメラ感度範囲を可視領域へと拡張可能な二色性フォトダイオードを提供する。ＳＷＩＲカメラ感度範囲を可視領域へと拡張することにより、ＳＷＩＲセンサ技術をより多くの用途へと広げ、かつ、より高度な統合を得られることがある。
【００２０】
格子整合二重接合構造を利用することによって、異なる波長範囲において動作する２つのフォトダイオードを単一のエピタキシャル構造へと統合可能である。格子整合二重接合構造の各接合を線形モードで動作させることにより、一波長より長い波長における画像を単一のアレイにより取得可能である。一波長より長い波長からの画像の融合によりより高い画像コントラストを達成してもよく、これを重畳および同期させることができる。
【００２１】
格子整合二重接合構造の二色性構造は、限定はされないがＰ‐Ｉ‐Ｎダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、感光体およびその他の半導体ダイオードなどのさまざまなフォトダイオードに適用可能である。そのような統合のコンパクトな性質により、ここに説明する二色性フォトダイオードは、大判アレイへの拡大が実質的に容易であり得る。例えば、リン化インジウム／ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ）格子整合材料系において、長い波長範囲は、ＩｎＧａＡｓ吸収体を有する二色性フォトダイオードによりカバーすることができる一方、短い波長範囲は、二色性フォトダイオードのリン化インジウム（ＩｎＰ）吸収体により検出することができる。
【００２２】
図１は、アバランシェフォトダイオード１００の一例を示した図である。アバランシェフォトダイオード１００は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）構造１０４およびリン化インジウム（ＩｎＰ）基板１２２（ＩｎＰ基板１２２）を含む。ＡＰＤ構造１０４は、負にドープされた（ｎ型）ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）（ｎ‐ＩｎＧａＡｓ）コンタクト層１０６（ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層１０６）、ｎ型リン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）層１０８（ｎ‐ＩｎＰ層１０８）、ＩｎＧａＡｓ／リン化ＩｎＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓＰ）吸収層１１０（ＩｎＧａＡｓＰ層１１０）、ヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）傾斜層１１２（ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層１１２）、負にドープされたリン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）電荷層１１４（ｎ‐ＩｎＰ電荷層１１４）、真性（ｉ型）ＩｎＰ（ｉ‐ＩｎＰ）増倍層１１６（ｉ‐ＩｎＰ増倍層１１６）、第１の正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層１１８（第１ｐ‐ＩｎＰバッファ層１１８）および第２の正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層１２０（第２ｐ‐ＩｎＰバッファ層１２０）を含んでもよい。
【００２３】
ＡＰＤ１０４構造は、例えば限定はされないが、約９３０ｎｍからＩｎＧａＡｓ吸収体では約１６００ｎｍまで、もしくは、ＩｎＧａＡｓＰ吸収体では約１０６４ｎｍまでに感度を持つガイガーモード、線形モードまたはその他のフォトダイオード動作モードで動作してもよい。ガイガーモードＡＰＤ（Ｇ‐ＡＰＤ）は、光発生キャリアが、衝突イオン化機構によるアバランシェイベントを引き起こす可能性のある逆バイアスｐ‐ｎ接合に基づき、半導体光検出器のクラスを識別する。この装置は、単一光子レベルまでの低強度信号を検出し、かつ、数十ピコ秒のジッターを有する光子の到着時間を登録することができる。線形モードのＡＰＤと同様に、Ｇ‐ＡＰＤは、逆バイアスｐ‐ｎ接合の光子により引き起こされたアバランシェ電流を利用して、入射放射線を検出する。Ｇ‐ＡＰＤと線形モードＡＰＤとの根本的な差異は、（線形モードＡＰＤが降伏電圧より低いバイアス電圧で動作するのに対して）Ｇ‐ＡＰＤが降伏電圧より高い逆バイアス電圧により動作するよう特に設計されているということである。
【００２４】
図１に示すように、ＡＰＤ１００のような一般的なＳＷＩＲのＡＰＤは、広バンドギャップＰ層（第１ｐ‐ＩｎＰバッファ層１１８および第２ｐ‐ＩｎＰバッファ層１２０）とＮ層（ｎ‐ＩｎＰ層１０８）とに挟まれた吸収体（ＩｎＧａＡｓＰ層１１０およびＩｎＧａＡｓＰ傾斜層１１２）ならびにｉ‐ＩｎＰ増倍層１１６を含む機能領域を含んでもよい。動作波長範囲は、吸収体のバンドギャップと光路（ＩｎＰ基板１２２、第２ｐ‐ＩｎＰバッファ層１２０および第１ｐ‐ＩｎＰバッファ層１１８）における広バンドギャップ材料のバンドギャップとにより決定される。ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ材料系において、この範囲の上側結合は、ＩｎＰと格子整合されているＩｎＧａＡｓのバンドギャップにより定められ、３００Ｋにおいて約１．６５μｍである。通常、ＩｎＰが基板であり、Ｐ層およびＮ層に用いられて、Ｐ‐Ｉ‐Ｎ構造を構成する。ＩｎＰのバンドギャップは、動作波長範囲の下側結合を決定し、これは、約０．９２μｍである。
【００２５】
Ｐ‐Ｉ‐Ｎダイオードは、ｐ型半導体とｎ型半導体領域との間の広幅の低濃度にドープされた「近」真性半導体領域を有するダイオードである。ｐ型領域およびｎ型領域は、オーミックコンタクトに用いられるので、典型的には高濃度にドープされている。広幅の真性領域は、通常のＰＮダイオードと接触している。広幅の真性領域は、Ｐ‐Ｉ‐Ｎダイオードを下位（inferior）整流器（ダイオードの典型的な機能の１つ）とするが、Ｐ‐Ｉ‐Ｎダイオードを減衰器、高速スイッチ、光検出器および高圧電源電子機器用途に適したものとする。
【００２６】
ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層１０６は、ＡＰＤ構造１０４を読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）５１８（図５）を介して読み出しチャネル（ＲＯＣ）５２４（図５）と結合するよう動作可能な頂部導電体を提供する。
【００２７】
ｎ‐ＩｎＰ層１０８は、ＡＰＤ構造１０４用の格子整合Ｎ層を提供する。
【００２８】
ＩｎＰ基板１２２は、ＡＰＤ構造１０４がその上に構成されている基板ベースを含む。ＩｎＰ基板１２２は、ＡＰＤ構造１０４に対して構造的支持を与える。
【００２９】
図２は、本開示の一実施形態に係る二重接合構造２０４／２０６を含む正面照明二色性フォトダイオード２００（二色性フォトダイオード２００）の一例を示している。二色性フォトダイオード２００は、広バンドギャップ接合２０４、狭バンドギャップ接合２０６およびＩｎＰ基板２２８を含む。広バンドギャップ接合２０４と狭バンドギャップ接合２０６とは、両者とも、負にドープされた（ｎ型）リン化インジウム層２１４（ｎ‐ＩｎＰ層２１４）を含む。
【００３０】
広バンドギャップ接合２０４は、正にドープされたヒ化インジウムガリウム（ｐ‐ＩｎＧａＡｓ）層２０８（ｐ‐ＩｎＧａＡｓ層２０８）、正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム層２１０（ｐ‐ＩｎＰ層２１０）、真性（ｉ型）リン化インジウム層２１２（ｉ‐ＩｎＰ層２１２）およびｎ‐ＩｎＰ層２１４を含む。ｉ‐ＩｎＰ層２１２は、ｐ‐ＩｎＰ層２１０とｎ‐ＩｎＰ層２１４とに挟まれている。
【００３１】
狭バンドギャップ接合２０６は、ｎ‐ＩｎＰ層２１４、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層２１６、ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層２１８、負にドープされたリン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）電荷層２２０（ｎ‐ＩｎＰ電荷層２２０）、真性リン化インジウム（ｉ‐ＩｎＰ）増倍層２２２（ｉ‐ＩｎＰ増倍層２２２）、第１の正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層２２４（第１ｐ‐ＩｎＰバッファ層２２４）および第２の正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層２２６（第２ｐ‐ＩｎＰバッファ層２２６）を含む。
【００３２】
広バンドギャップ接合２０４は、限定はされないが、約４００ｎｍから約９３０ｎｍまでをカバーし、狭バンドギャップ接合２０６は、限定はされないが、約９３０ｎｍから約１０６４ｎｍまで（ＩｎＧａＡｓＰ吸収体）または約１６００ｎｍまで（ＩｎＧａＡｓ吸収体）をカバーする。格子整合広バンドギャップ材料を有するホモ接合をＳＷＩＲフォトダイオードの前に挿入することにより、ＳＷＩＲ光検出器に対して光学的な影響なくより短い波長範囲において作用する別のフォトダイオードが得られる。図２における材料の選択は、限定はされないがＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ材料系に基づいている。例えば、格子整合ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）を用いて、図２におけるすべてのＩｎＰ層を置き換えることもできる。
【００３３】
可視範囲から約０．９２μｍまでの光は、ｐ‐ＩｎＰ層２１０、ｉ‐ＩｎＰ層２１２およびｎ‐ＩｎＰ層２１４を含む頂部ＩｎＰ Ｐ‐Ｉ‐Ｎホモ接合２３０（格子整合ホモ接合２３０）におけるＰ領域およびＩ領域に吸収されることとなる。ｐ‐ＩｎＰ層２１０の厚みが電子拡散長さと同等である限りは、格子整合ホモ接合２３０は、良好な吸収および収集効率を有することとなる。ｉ‐ＩｎＰ層２１２に高電界を印加することにより、衝突イオン化が起こる可能性があり、かつ、格子整合ホモ接合２３０はＡＰＤとして動作可能である。０．９２μｍより長い波長は、ほとんど損失なく格子整合ホモ接合２３０を通過でき、かつ、狭バンドギャップ接合２０６のようなＳＷＩＲフォトダイオードに吸収されることができる。
【００３４】
図３は、本開示の一実施形態に係るＩｎＰ基板除去後の二重接合構造３０４／３０６を含む背面照明二色性フォトダイオード３００（二色性フォトダイオード３００）の一例を示している。二色性フォトダイオード３００は、キャリア３０８、広バンドギャップ接合３０４、狭バンドギャップ接合３０６を含む。広バンドギャップ接合３０４と狭バンドギャップ接合３０６とは、両者とも、ｐ‐ＩｎＰ層３２２を含む。
【００３５】
広バンドギャップ接合３０４は、ｐ‐ＩｎＰ層３２２、ｉ‐ＩｎＰ層３２４およびｎ‐ＩｎＰ層３２６を含む。ｉ‐ＩｎＰ層３２４は、ｐ‐ＩｎＰ層３２２とｎ‐ＩｎＰ層３２６とに挟まれている。
【００３６】
狭バンドギャップ接合３０６は、ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層３１０、ｎ‐ＩｎＰ層３１２、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層３１４、ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層３１６、ｎ‐ＩｎＰ電荷層３１８、ｉ‐ＩｎＰ増倍層３２０およびｐ‐ＩｎＰ層３２２を含む。
【００３７】
図３に示すように、背面照明構造は、ｎ‐ＩｎＰ層３２６とｐ‐ＩｎＰ層３２２とに挟まれたｉ‐ＩｎＰ層３２４を含むＮ‐Ｉ‐ＰのＩｎＰホモ接合３３０（格子整合ホモ接合３３０）の後に狭バンドギャップ接合３０６のようなＳＷＩＲフォトダイオード構造を成長させることにより実施可能である。ＩｎＰ基板２２８の除去後、該構造は、背面照明ｈｖ３０２用に機能する。基板の除去により、背面側の照明およびマイクロレンズの統合が促進される。キャリア３０８は、犠牲プロセスキャリアまたは読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）であってもよい。広バンドギャップ接合３０４は、限定はされないが、約４００ｎｍから約９３０ｎｍまでをカバーし、狭バンドギャップ接合３０６は、限定はされないが、約９３０ｎｍから約１０６４ｎｍまで（ＩｎＧａＡｓＰ吸収体）または約１６００ｎｍ（ＩｎＧａＡｓ吸収体）までをカバーする。
【００３８】
構造中の広バンドギャップ接合３０４と狭バンドギャップ接合３０６との両方を独立して動作させるために、頂部接点（図示せず）および底部接点（図示せず）に加えて、図２におけるｎ‐ＩｎＰ層２１４および図３におけるｐ‐ＩｎＰ層３２２に対して追加の接点を設けねばならない。頂部接点は、例えば限定はされないが、それぞれの二色性フォトダイオード２００および３００のｐ‐ＩｎＧａＡｓ層２０８、キャリア３０８またはその他の適切な接点に結合されてもよい。底部接点は、例えば限定はされないが、それぞれの二色性フォトダイオード２００および３００のＩｎＰ基板２２８およびｎ‐ＩｎＰ層３２６に結合されてもよい。したがって、３つの端子（例えば、頂部接点、追加の接点および底部接点）は、例えば限定はされないが、二色性フォトダイオード２００におけるｐ‐ＩｎＧａＡｓ層２０８、ｎ‐ＩｎＰ層２１４およびＩｎＰ基板２２８に結合されてもよい。
【００３９】
同様に、３つの端子は、例えば限定はされないが、二色性フォトダイオード３００におけるキャリア３０８、ｐ‐ＩｎＰ層３２２およびｎ‐ＩｎＰ層３２６に結合されてもよい。これら３つの端子は、それぞれの広バンドギャップ接合２０４／３０４および狭バンドギャップ接合２０６／３０６を別々にまたは組み合わせて動作させるために用いてもよい。これら３つの端子により、広バンドギャップ接合２０４／３０４および狭バンドギャップ接合２０６／３０６は、個々に線形モードまたはガイガーモードのいずれかで動作可能であり、かつ、画像用途のための柔軟性をもたらす。上記接合のうちの１つがガイガーモードで動作される場合、２つの接合の間に適切な吸収体を挿入して、二次電子放出による可能性のある光学的クロストークを回避する必要がある。
【００４０】
長距離に達する光検出と測距（ＬＩＤＡＲ）用途のために、両接合は、ガイガーモードで動作可能であり、検出効率を最大化することができる。例えば、約１０６４ｎｍパルスレーザおよび約５３２ｎｍにおけるその第二高調波により、これら二重接合画素を有するアレイは、両波長において３Ｄ画像を生成する。水中のそれらの透過率の違いに起因して、２つの３Ｄ画像の融合は、例えば、沿岸領域の遠隔検知において非常に効果的であることがある。
【００４１】
図４は、本開示の一実施形態に係る透明基板および／またはマイクロレンズ４２６に結合された二重接合構造４０４／４０６を含む背面照明二色性フォトダイオード（二色性フォトダイオード４００）の一例を示している。二色性フォトダイオード４００は、広バンドギャップ接合４０４および狭バンドギャップ接合４０６を含む。広バンドギャップ接合４０４と狭バンドギャップ接合４０６とは、両者とも、ｐ‐ＩｎＰ層４２０を含む。広バンドギャップ接合４０４は、ｐ‐ＩｎＰ層４２０、ｉ‐ＩｎＰ層４２２およびｎ‐ＩｎＰ層４２４を含む。
【００４２】
図４に示すように、背面照明構造は、ｎ‐ＩｎＰ層４２４とｐ‐ＩｎＰ層４２０とに挟まれたｉ‐ＩｎＰ層４２２を含むＮ‐Ｉ‐ＰのＩｎＰホモ接合４３０（格子整合ホモ接合４３０）の後に狭バンドギャップ接合４０６のようなＳＷＩＲフォトダイオード構造を成長させることにより実施可能である。狭バンドギャップ接合４０６はまた、ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層４０８、ｎ‐ＩｎＰ層４１０、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層４１２、ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層４１４、ｎ‐ＩｎＰ電荷層４１６、ｉ‐ＩｎＰ増倍層４１８およびｐ‐ＩｎＰ層４２０を含む。
【００４３】
二重接合構造４０４／４０６は、ＩｎＰ基板の除去および透明基板またはマイクロレンズへの転写後に生じる。基板の除去は、背面側の照明およびマイクロレンズの統合を促進する。マイクロレンズは、アレイ充填率を高めるのに役立つ。広バンドギャップ接合４０４は、限定はされないが、約４００ｎｍから約９３０ｎｍまでをカバーし、狭バンドギャップ接合４０６は、限定はされないが、約９３０ｎｍから約１０６４ｎｍ（ＩｎＧａＡｓＰ吸収体）まで、または、約１６００ｎｍ（ＩｎＧａＡｓ吸収体）までをカバーする。
【００４４】
本二色性構造の実施形態は、ＰＩＮ、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）および光伝導体を含むさまざまなフォトダイオードとともに組み込むことができる。この統合のコンパクトな性質により、本二色性フォトダイオードは、大判アレイへの拡大が容易である。
【００４５】
上で説明した格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０は、ｉ‐ＩｎＰ層３２４、ｎ‐ＩｎＰ層３２６およびｐ‐ＩｎＰ層３２２においてリン化インジウム（ＩｎＰ）を材料の一例として含んでいる。しかしながら、その他の真性（ｉ型）材料、正にドープされた（ｐ型）材料および負にドープされた（ｎ型）材料もまた、下でより詳細に説明するように、これらの層を構成するために用いてもよい。
【００４６】
図５は、本開示の一実施形態に係る二色性フォトダイオードアレイシステム（システム５００）を示している。実用的なシステム５００は、あらゆる数の入力モジュール、あらゆる数のプロセッサモジュール、あらゆる数のメモリモジュールおよびあらゆる数のその他のモジュールを含んでいてもよい。示されているシステム５００は、説明を容易にするために単純な実施形態を描写している。システム５００のこれらの構成要素およびその他の構成要素は、ともに相互接続されていることにより、システム５００のさまざまな構成要素間の通信を可能としている。一実施形態において、システム５００のこれらの構成要素およびその他の構成要素は、通信回線５２６を介してともに相互接続されていてもよい。当業者は、ここに開示している実施形態に関連して説明されるさまざまな説明的ブロック、モジュール、回路および処理論理が、ハードウェア、コンピュータ読み取り可能なソフトウェア、ファームウェアまたはそれらのあらゆる実用的な組み合わせにおいて実施可能であることを理解するだろう。
【００４７】
ハードウェア、ファームウェアおよびソフトウェアのこの互換性および親和性を明確に示すために、さまざまな説明的構成要素、ブロック、モジュール、回路および工程をそれらの機能性の点から概して説明する。そのような機能性がハードウェア、ファームウェアまたはソフトウェアのいずれとして実施されるのかということは、特定の用途およびシステム全体に課せられる設計の制約にかかっている。ここに説明する概念に精通している者は、各特定の用途に対して適切な手法でそのような機能性を実施するかもしれないが、そのような実施の決定は、本開示の範囲からの逸脱を引き起こすものとして解釈されるべきではない。
【００４８】
システム５００は、図２〜図４に示した実施形態と類似の機能、材料および構造を有していてもよい。したがって、共通の特徴、機能および要素は、ここでは重複して説明しないことがある。
【００４９】
システム５００は、二色性フォトダイオード１ ５０２、二色性フォトダイオードＮ ５１２（Ｎ番目の二色性フォトダイオード）のようなあらゆる数の二色性フォトダイオード１〜Ｎと、読み出し集積回路５１８と、読み出しチャネル５２４とを含んでもよい。Ｎは、１以上のいかなる数とすることもできる。Ｎは、フォトダイオード１〜Ｎが用いられる用途に応じて選択してもよい。例えば限定はされないが、二色性１０８０ｐ高精細テレビ（ＨＤＴＶ）画像アレイは、２，０７３，６００と等しいＮを要するかもしれない。
【００５０】
システム５００は、例えば限定はされないが、フォトダイオードアレイを表していてもよい。
【００５１】
二色性フォトダイオード１ ５０２は、広バンドギャップ接合５０４および狭バンドギャップ接合５０６を含む。同様に、二色性フォトダイオードＮ ５１２は、広バンドギャップ接合５０８および狭バンドギャップ接合５１０を含む。
【００５２】
読み出し集積回路５１８は、二色性フォトダイオード１〜Ｎからの広帯域信号および狭帯域信号を受信するよう構成されている。
【００５３】
読み出しチャネル５２４は、二色性フォトダイオード１〜Ｎの光検出を記録するよう構成されている。読み出しチャネル５２４は、プロセッサモジュール５２０およびメモリモジュール５２２を含む。
【００５４】
プロセッサモジュール５２０は、システム５００の動作に関連付けられた機能、技法および処理タスクを実行するよう構成されている処理論理を含む。とりわけ、処理論理は、ここに説明するシステム５００を支持するよう構成されている。プロセッサモジュール５２０は、ここに説明する機能を行うよう設計された汎用プロセッサ、連想記憶装置、デジタルシグナルプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、あらゆる適切なプログラマブル論理装置、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェアコンポーネントまたはそれらのあらゆる組み合わせにより実施または実現されてもよい。このように、プロセッサは、マイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、状態機械などとして実現されてもよい。
【００５５】
プロセッサはまた、コンピューティング装置の組み合わせ、例えば、デジタルシグナルプロセッサとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサコアと併用される１つ以上のマイクロプロセッサまたはその他あらゆるそのような構成として実施されてもよい。
【００５６】
メモリモジュール５２２は、システム５００の動作を指示するようフォーマットされたメモリを有するデータ記憶領域を含んでいてもよい。メモリモジュール５２２は、システム５００の機能性を支持する必要に応じてデータを記憶、維持および提供するよう構成されている。実用的な実施形態において、メモリモジュール５２２は、例えば限定はされないが、不揮発性記憶装置（例えば、不揮発性半導体メモリ、ハードディスク装置、光ディスク装置）、ランダムアクセス記憶装置（例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）または当該技術において知られているその他あらゆる形態の記憶媒体を含んでいてもよい。
【００５７】
メモリモジュール５２２は、プロセッサモジュール５２０と結合され、かつ、例えば限定はされないが、光子到着時期、光スペクトル周波数値、データベース、プロセッサモジュール５２０により実行されるコンピュータプログラム、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムの実行に用いられる一時的データまたはその他の光処理ソフトウェアを記憶するよう構成されていてもよい。また、メモリモジュール５２２は、データベースを更新するためのテーブルを含む動的更新データベースを表していてもよい。メモリモジュール５２２は、プロセッサモジュール５２０がメモリモジュール５２２から情報を読み取り、メモリモジュール５２２へ情報を書き込めるようにプロセッサモジュール５２０と結合されていてもよい。例えば、上で触れたように、プロセッサモジュール５２０は、光スペクトル周波数値、光子到達時期またはその他の適用可能な光学処理データにアクセスするためにメモリモジュール５２２にアクセスしてもよい。
【００５８】
一例として、プロセッサモジュール５２０およびメモリモジュール５２２は、それぞれの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に存在していてもよい。メモリモジュール５２２はまた、プロセッサモジュール５２０内に組み込まれていてもよい。ある実施形態において、メモリモジュール５２２は、プロセッサモジュール５２０により実行されるべき命令の実行中に一時的変数またはその他の中間情報を記憶するためのキャッシュメモリを含んでもよい。
【００５９】
図６は、本開示の一実施形態に係る二色性光検出のためのプロセス６００を示したフローチャートの一例を示している。プロセス６００に関連して行われるさまざまなタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を行うためのコンピュータ実行可能な命令を有するコンピュータ読み取り可能な媒体またはそれらのいかなる組み合わせにより機械的に行われてもよい。
【００６０】
プロセス６００は、いかなる数の追加のまたは代替のタスクを含んでもよく、図６に示されているタスクは、示されている順序で行われる必要はなく、かつ、プロセス６００は、ここで詳細には説明しない追加の機能性を有するより包括的な手順またはプロセスに組み込まれてもよいことは理解されたい。説明の目的で、プロセス６００の以下の説明は、図２〜図５に関連して上で触れた構成要素に言及することがある。
【００６１】
実用的な実施形態において、プロセス６００の部分は、二色性フォトダイオード１ ５０２、二色性フォトダイオードＮ ５１２、読み出し集積回路５１８および読み出しチャネル５２４などのようなシステム５００の種々の構成要素により行われてもよい。プロセス６００は、図２〜図５に示した実施形態と類似の機能、材料および構造を有していてもよい。したがって、共通の特徴、機能および構成要素は、ここでは重複して説明しないことがある。
【００６２】
プロセス６００は、格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０のような格子整合ホモ接合を含む広バンドギャップ接合２０４／３０４／４０４のような広バンドギャップ接合を介して第１光スペクトルを検出することにより開始してもよい（タスク６０２）。格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０は、例えば限定はされないが、正にドープされた（ｐ型）層と負にドープされた（ｎ型）層とに挟まれた真性（ｉ型）層またはその他のホモ接合フォトダイオードを含んでもよい。真性（ｉ型）層、正にドープされた（ｐ型）層および負にドープされた（ｎ型）層の各々は、例えば限定はされないが、リン化インジウム、ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）、水銀カドミウムテルルまたはその他の光活性材料を含んでもよい。例えば、上で説明したように、格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０は、ｐ‐ｌｎＰ層２１０／３２２／４２０のような正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム層とｎ‐ｌｎＰ層２１４／３２６／４２４のような負にドープされた（ｎ型）リン化インジウム層とに挟まれたｉ‐ｌｎＰ層２１２／３２４／４２２のような真性（ｉ型）リン化インジウム層を含んでもよい。第１光スペクトルは、例えば限定はされないが、ＳＷＩＲスペクトルを含んでもよい。
【００６３】
プロセス６００は、広バンドギャップ接合２０４／３０４／４０４に結合された狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６のような狭バンドギャップ接合を介して第２光スペクトルを検出することにより続行してもよく、該狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）構造を含む（タスク６０４）。第２光スペクトルは、例えば限定はされないが、可視光スペクトルを含んでもよい。
【００６４】
図７は、本開示の一実施形態に係る二色性フォトダイオードを提供するためのプロセス７００を示したフローチャートの一例を示している。プロセス７００に関連して行われるさまざまなタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を行うためのコンピュータ実行可能な命令を有するコンピュータ読み取り可能な媒体またはそれらのいかなる組み合わせにより機械的に行われてもよい。説明の目的で、プロセス７００の以下の説明は、図２〜図５に関連して上で触れた構成要素に言及することがある。
【００６５】
プロセス７００は、いかなる数の追加のまたは代替のタスクを含んでもよく、図７に示されているタスクは、示されている順序で行われる必要はなく、かつ、プロセス７００は、ここで詳細には説明しない追加の機能性を有するより包括的な手順またはプロセスに組み込まれてもよいことは理解されたい。実用的な実施形態において、プロセス７００の部分は、二色性フォトダイオード１ ５０２、二色性フォトダイオードＮ ５１２、読み出し集積回路５１８および読み出しチャネル５２４などのようなシステム５００の種々の構成要素により行われてもよい。プロセス７００は、図２〜図５に示した実施形態と類似の機能、材料および構造を有していてもよい。したがって、共通の特徴、機能および構成要素は、ここでは重複して説明しないことがある。
【００６６】
プロセス７００は、ｉ‐ｌｎＰ層２１２／３２４／４２２のような真性（ｉ型）層を設けることにより開始してもよい（タスク７０２）。
【００６７】
プロセス７００は、ｐ‐ｌｎＰ層２１０／３２２／４２０のような正にドープされた（ｐ型）層を設けることにより続行してもよい（タスク７０４）。
【００６８】
プロセス７００は、ｎ‐ｌｎＰ層２１４／３２６／４２４のような負にドープされた（ｎ型）層を設けることにより続行してもよい（タスク７０６）。
【００６９】
プロセス７００は、正にドープされた（ｐ型）層と負にドープされた（ｎ型）層との間に真性（ｉ型）層を挟むことにより格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０のような格子整合接合を設けることにより続行してもよい（タスク７０８）。
【００７０】
プロセス７００は、格子整合ホモ接合２３０／３３０／４３０を含む広バンドギャップ接合２０４／３０６／４０４のような広バンドギャップ接合を設けることにより続行してもよい（タスク７１０）。
【００７１】
プロセス７００は、第１光スペクトルを検出するよう広バンドギャップ接合２０４／３０６／４０４を構成することにより続行してもよい（タスク７１２）。第１光スペクトルは、例えば限定はされないが、短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルを含んでもよい。
【００７２】
プロセス７００は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）構造を含む狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６のような狭バンドギャップ接合を設けることにより続行してもよい（タスク７１４）。
【００７３】
プロセス７００は、第２光スペクトルを検出するよう狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６を構成することにより続行してもよい（タスク７１６）。第２光スペクトルは、例えば限定はされないが、可視光スペクトルを含んでもよい。
【００７４】
プロセス７００は、狭バンドギャップ接合２０６／３０６／４０６を広バンドギャップ接合２０４／３０６／４０４に結合することにより続行してもよい（タスク７１８）。
【００７５】
このように、本開示の実施形態は、複数帯域光検出および画像解析の統合の困難性を大幅に低下させる二色性フォトダイオードを提供する。結果として得られるフォトダイオードおよびアレイは、高い効率および密度で複数の光学帯域をカバーすることにより、カメラ画質、統合、重量、体積および消費電力における競争力が得られる。
【００７６】
本文献において、「コンピュータプログラム製品」、「コンピュータ読み取り可能な媒体」、「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」などの用語は、概して、例えば、メモリ、記憶装置または記憶ユニットといった媒体を指すために用いられてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体のこれらおよびその他の形態は、プロセッサモジュール５２０により用いられて、プロセッサモジュール５２０に特定の動作を行わせるための１つ以上の命令を記憶するのに関わっていてもよい。概して「コンピュータプログラムコード」または「プログラムコード」と呼ばれるそのような命令は、（コンピュータプログラムの形態またはその他の分類にまとめられてもよいが）、実行されると、システム５００の電力利用スケジューリング法を可能とする。
【００７７】
上記説明は、構成要素またはノードまたは特徴がともに「接続」または「結合」されているとして言及している。ここで用いられているように、特にはっきりと断らないかぎり、「接続されている」とは、ある構成要素／ノード／特徴が別の構成要素／ノード／特徴と直接接合されて（または直接連通して）いることを意味し、かつ、必ずしも機械的にでなくともよい。同様に、特にはっきりと断らないかぎり、「結合されている」とは、ある構成要素／ノード／特徴が別の構成要素／ノード／特徴と直接もしくは間接的に接合されて（または直接もしくは間接的に連通して）いることを意味し、かつ、必ずしも機械的にでなくともよい。したがって、図２〜図５は、構成要素の配置例を描写しているが、本開示の実施形態において追加の介在構成要素、装置、特徴または構成部品が存在していてもよい。
【００７８】
本文献において用いられている語および句ならびにその変形は、特にはっきりと断らないかぎり、限定的とは対照的に制約のないものとして解釈されるべきである。上記の例として、「を含む（including）」という語は、「限定はされないが、〜を含む」などを意味するとして読まれるべきであり、「例（example）」という語は、取り上げられている項目の網羅的または限定的な一覧ではなく該項目の典型的な例を提供するために用いられており、かつ、「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準的な」、「知られている」といった形容詞および類似の意味の語は、説明されている項目をある期間に、または、ある時に入手可能な項目に限定するものとして解釈されるべきではなく、その代わりに、現在または将来のあらゆる時に入手可能であるか、または、知られている可能性のある従来の、伝統的な、通常のまたは標準的な技術を包含するよう読まれるべきである。
【００７９】
同様に、「および」という接続詞によりつながれている一群の項目は、それらの項目の各々すべてが該分類内に存在しなければならないとして読まれるべきではなく、むしろ、特にはっきりと断らないかぎり、「および／または」として読まれるべきである。同様に、「または」という接続詞によりつながれている一群の項目は、その分類の中での相互排他性を要求するものとして読まれるべきではなく、むしろ、特にはっきりと断らないかぎり、これもまた「および／または」として読まれるべきである。さらに、本開示の項目、構成要素または構成部品は、単数形で説明または請求されているかもしれないが、複数形がその範囲内であると考えられている。ただし、単数形に限定する旨が明確に記載されている場合は除く。いくつかの場合における「１つ以上の」、「少なくとも」、「限定はされないが」といった上位概念の単語および句またはその他同様の句の存在は、そのような上位概念の句がない例ではより狭い場合が意図されているか、または、要件とされていることを意味するよう読まれてはならない。
【００８０】
ここで用いられているように、特にはっきりと断らないかぎり、「動作可能な」は、使用または稼動に用いられるか、適しているか、または、準備状態であることが可能であり、特定の目的に使用可能であり、かつ、ここに説明されている記載されたまたは望まれる機能を行うことができるという意味である。システムおよび装置に関連して、「動作可能な」という語は、システムおよび／または装置が、完全に機能的かつ調整されており、起動時に記載された機能を行うための適用可能な動作可能要件のための構成要素を含み、かつ、該要件を満たすという意味である。システムおよび回路に関連して、「動作可能な」という語は、システムおよび／または回路が、完全に機能的かつ調整されており、起動時に記載された機能を行うための適用可能な動作可能要件のための論理を含み、かつ、該要件を満たすという意味である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ アバランシェフォトダイオード
１０４ アバランシェフォトダイオード構造
１０６ 負にドープされたヒ化インジウムガリウムコンタクト層
１０８ ｎ型リン化インジウム層
１１０ ＩｎＧａＡｓ／リン化ＩｎＧａＡｓ吸収層
１１２ ヒ化リン化インジウムガリウム傾斜層
１１４ 負にドープされたリン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）電荷層
１１６ 真性ＩｎＰ増倍層
１１８ 第１の正にドープされたリン化インジウムバッファ層
１２０ 第２の正にドープされたリン化インジウムバッファ層
１２２ リン化インジウム基板
２００ 二色性フォトダイオード
２０４ 広バンドギャップ接合
２０６ 狭バンドギャップ接合
２０８ 正にドープされたヒ化インジウムガリウム層
２１０ 正にドープされたリン化インジウム層
２１２ 真性リン化インジウム層
２１４ 負にドープされたリン化インジウム層
２１６ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層
２１８ ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層
２２０ 負にドープされたリン化インジウム電荷層
２２２ 真性リン化インジウム増倍層
２２４ 第１の正にドープされたリン化インジウムバッファ層
２２６ 第２の正にドープされたリン化インジウムバッファ層
２２８ ＩｎＰ基板
３００ 二色性フォトダイオード
３０２ 背面照明ｈｖ
３０４ 広バンドギャップ接合
３０６ 狭バンドギャップ接合
３０８ キャリア
３１０ ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層
３１２ ｎ‐ＩｎＰ層
３１４ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層
３１６ ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層
３１８ ｎ‐ＩｎＰ電荷層
３２０ ｉ‐ＩｎＰ増倍層
３２２ ｐ‐ＩｎＰ層
３２４ ｉ‐ＩｎＰ層
３２６ ｎ‐ＩｎＰ層
３３０ 格子整合ホモ接合
４００ 二色性フォトダイオード
４０４ 広バンドギャップ接合
４０６ 狭バンドギャップ接合
４０８ ｎ‐ＩｎＧａＡｓ層
４１０ ｎ‐ＩｎＰ層
４１２ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ吸収層
４１４ ＩｎＧａＡｓＰ傾斜層
４１６ ｎ‐ＩｎＰ電荷層
４１８ ｉ‐ＩｎＰ増倍層
４２０ ｐ‐ＩｎＰ層
４２２ ｉ‐ＩｎＰ層
４２４ ｎ‐ＩｎＰ層
４２６ 透明基板および／またはマイクロレンズ
４３０ 格子整合ホモ接合
５００ 二色性フォトダイオードアレイシステム
５０２ 二色性フォトダイオード１
５０４ 広バンドギャップ接合
５０６ 狭バンドギャップ接合
５０８ 広バンドギャップ接合
５１０ 狭バンドギャップ接合
５１２ 二色性フォトダイオードＮ
５１８ 読み出し集積回路
５２０ プロセッサモジュール
５２２ メモリモジュール
５２４ 読み出しチャネル
５２６ 通信回線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光スペクトルを検出するよう動作可能な格子整合接合を含む広バンドギャップ接合、および、
広バンドギャップ接合に結合されており、かつ、第２光スペクトルを検出するよう動作可能なフォトダイオード構造を含む狭バンドギャップ接合
を含む二色性フォトダイオード。
【請求項２】
格子整合接合が、正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム層と負にドープされた（ｎ型）リン化インジウム層とに挟まれている真性（ｉ型）リン化インジウム層を含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項３】
格子整合接合が、正にドープされた（ｐ型）層と負にドープされた（ｎ型）層とに挟まれている真性（ｉ型）層を含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項４】
真性（ｉ型）層、正にドープされた（ｐ型）層および負にドープされた（ｎ型）層は、各々が、リン化インジウム、ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）および水銀カドミウムテルルからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含む請求項３に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項５】
広バンドギャップ接合が、正にドープされたヒ化インジウムガリウム（ｐ‐ＩｎＧａＡｓ）層をさらに含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項６】
狭バンドギャップ接合に結合されているキャリアをさらに含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項７】
広バンドギャップ接合に結合されている透明基板およびマイクロレンズのうちの少なくとも一方をさらに含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項８】
フォトダイオード構造が、ヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）傾斜層、負にドープされたリン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）電荷層、真性リン化インジウム（ｉ‐ＩｎＰ）増倍層および正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層を含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項９】
フォトダイオード構造が、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）層およびヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）層からなる群から選択される少なくとも１つの要素をさらに含む請求項８に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項１０】
正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層が、第１の正に（ｐ型）ドープされたリン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層および第２の正に（ｐ型）ドープされたリン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層を含む請求項８に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項１１】
第１光スペクトルが、短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルを含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項１２】
第２光スペクトルが、可視光スペクトルを含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項１３】
二色性光検出のための方法であって、
格子整合接合を含む広バンドギャップ接合を用いて第１光スペクトルを検出すること、および、
広バンドギャップ接合と結合された狭バンドギャップ接合を用いて第２光スペクトルを検出することであって、狭バンドギャップ接合がフォトダイオード構造を含む、検出すること
を含む方法。
【請求項１４】
格子整合接合が、正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム層と負にドープされた（ｎ型）リン化インジウム層とに挟まれている真性（ｉ型）リン化インジウム層を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
格子整合接合が、正にドープされた（ｐ型）層と負にドープされた（ｎ型）層とに挟まれている真性（ｉ型）層を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
真性（ｉ型）層、正にドープされた（ｐ型）層および負にドープされた（ｎ型）層は、各々が、リン化インジウム、ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）および水銀カドミウムテルルからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
広バンドギャップ接合が、正にドープされたヒ化インジウムガリウム（ｐ‐ＩｎＧａＡｓ）層をさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１】
第１光スペクトルを検出するよう動作可能な格子整合接合を含む広バンドギャップ接合、および、
広バンドギャップ接合に結合されており、かつ、第２光スペクトルを検出するよう動作可能なフォトダイオード構造を含む狭バンドギャップ接合
を含む二色性フォトダイオード。
【請求項２】
格子整合接合が、正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム層と負にドープされた（ｎ型）リン化インジウム層とに挟まれている真性（ｉ型）リン化インジウム層を含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項３】
格子整合接合が、正にドープされた（ｐ型）層と負にドープされた（ｎ型）層とに挟まれている真性（ｉ型）層を含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項４】
真性（ｉ型）層、正にドープされた（ｐ型）層および負にドープされた（ｎ型）層は、各々が、リン化インジウム、ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）および水銀カドミウムテルルからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含む請求項３に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項５】
広バンドギャップ接合が、正にドープされたヒ化インジウムガリウム（ｐ‐ＩｎＧａＡｓ）層をさらに含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項６】
狭バンドギャップ接合に結合されているキャリアをさらに含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項７】
広バンドギャップ接合に結合されている透明基板およびマイクロレンズのうちの少なくとも一方をさらに含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項８】
フォトダイオード構造が、ヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）傾斜層、負にドープされたリン化インジウム（ｎ‐ＩｎＰ）電荷層、真性リン化インジウム（ｉ‐ＩｎＰ）増倍層および正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層を含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項９】
フォトダイオード構造が、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）層およびヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）層からなる群から選択される少なくとも１つの要素をさらに含む請求項８に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項１０】
正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層が、第１の正に（ｐ型）ドープされたリン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層および第２の正に（ｐ型）ドープされたリン化インジウム（ｐ‐ＩｎＰ）バッファ層を含む請求項８に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項１１】
第１光スペクトルが、短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルを含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項１２】
第２光スペクトルが、可視光スペクトルを含む請求項１に記載の二色性フォトダイオード。
【請求項１３】
二色性光検出のための方法であって、
格子整合接合を含む広バンドギャップ接合を用いて第１光スペクトルを検出すること、および、
広バンドギャップ接合と結合された狭バンドギャップ接合を用いて第２光スペクトルを検出することであって、狭バンドギャップ接合がフォトダイオード構造を含む、検出すること
を含む方法。
【請求項１４】
格子整合接合が、正にドープされた（ｐ型）リン化インジウム層と負にドープされた（ｎ型）リン化インジウム層とに挟まれている真性（ｉ型）リン化インジウム層を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
格子整合接合が、正にドープされた（ｐ型）層と負にドープされた（ｎ型）層とに挟まれている真性（ｉ型）層を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
真性（ｉ型）層、正にドープされた（ｐ型）層および負にドープされた（ｎ型）層は、各々が、リン化インジウム、ヒ化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓ）および水銀カドミウムテルルからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
広バンドギャップ接合が、正にドープされたヒ化インジウムガリウム（ｐ‐ＩｎＧａＡｓ）層をさらに含む請求項１３に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６２５０４（Ｐ２０１３−６２５０４Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１９９０６１（Ｐ２０１２−１９９０６１）
【出願日】平成２４年９月１１日（２０１２．９．１１）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９９０６１（Ｐ２０１２−１９９０６１）
【出願日】平成２４年９月１１日（２０１２．９．１１）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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