(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが、第１のＩＩＩ族元素、および前記第１のＩＩＩ族元素とは異なる第２のＩＩＩ族元素を含む第１半導体材料の層である第１バリアおよび第２バリアと、
前記第１および第２バリア間に配置された、前記第１のＩＩＩ族元素とは異なる第３のＩＩＩ族元素を含む、前記第１半導体材料とは異なる第２半導体材料の層であるエミッタと
を含む光検出器であって、
各バリアは、前記第１のＩＩＩ族元素の比Ｘが０．１６から０．７０の範囲にあり前記第２のＩＩＩ族元素の比が１−Ｘとなる量のＩＩＩ族元素を含み、
前記エミッタと前記第１および第２バリアとの各界面にはヘテロ接合が形成され、
前記エミッタは、光信号に対してスプリットオフ応答を有し、さらにカットオフ波長を有し、
前記スプリットオフ応答は、上限を有する波長範囲にわたって生じ、
前記カットオフ波長は、前記上限の１倍の範囲、前記上限の２倍の範囲、または前記上限の４倍の範囲にある光検出器。
【請求項２】
前記第１半導体材料は、第１のＶ族元素をさらに含み、
前記第１のＩＩＩ族元素は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびこれらの組み合わせから選択され、
前記第２のＩＩＩ族元素は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびこれらの組み合わせから選択され、
前記第１のＶ族元素は、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、およびこれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記第１半導体材料はＡｌ０．５７Ｇａ０．４３Ａｓを含む、請求項１に記載の光検出器。
【請求項４】
前記第２半導体材料は、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびこれらの組み合わせを含む群から選択される第３のＩＩＩ族元素と、
Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、およびこれらの組み合わせから選択される第２のＶ族元素と
を含む、請求項１に記載の光検出器。
【請求項５】
前記第２半導体材料は、Ｂｅ、Ｍｇ、およびこれらの組み合わせから選択されるＩＩ族元素、ＣであるＩＶ族元素、ならびにこれらの組み合わせから選択される少なくとも一つのドープ元素をドープされる、請求項４に記載の光検出器。
【請求項６】
前記第２半導体材料はＧａＡｓを含み、
前記スプリットオフ応答は、３．６μｍの上限を有する波長範囲にわたって生じ、
前記カットオフ波長は、４μｍから８μｍの範囲にある、請求項１に記載の光検出器。
【請求項７】
動作温度が室温を超える、請求項１に記載の光検出器。
【請求項８】
それぞれが、第１のＩＩＩ族元素、および前記第１のＩＩＩ族元素とは異なる第２のＩＩＩ族元素を含む第１半導体材料の層である複数のバリアと、
それぞれが、前記第１半導体材料とは異なる第２半導体材料の層であり、光信号に対するスプリットオフ応答を有し、さらにカットオフ波長を有する複数のエミッタと
を含む光検出器であって、
前記第１半導体材料は、前記第１のＩＩＩ族元素の比Ｘが０．１６から０．７０の範囲にあり前記第２のＩＩＩ族元素の比が１−Ｘとなる量のＩＩＩ族元素を含み、
前記第２半導体材料は、第１のＩＩＩ族元素とは異なる第３のＩＩＩ族元素を含み、
前記複数のバリアのそれぞれは、前記複数のエミッタの少なくとも一つの近くに配置されて、前記複数のバリアのそれぞれと前記複数のエミッタの少なくとも一つとの各界面にヘテロ接合が形成され、
前記スプリットオフ応答は、上限を有する波長範囲にわたって生じ、
前記カットオフ波長は、前記上限の１倍の範囲、前記上限の２倍の範囲、または前記上限の４倍の範囲にある光検出器。
【請求項９】
前記複数のバリアは少なくとも３１の層を含み、前記複数のエミッタは少なくとも３０のエミッタを含む、請求項８に記載の光検出器。
【請求項１０】
前記第１半導体材料のバリアはさらに第１のＶ族元素を含む、請求項８に記載の光検出器。
【請求項１１】
前記第２半導体材料は第３のＩＩＩ族元素および第２のＶ族元素を含む、請求項８に記載の光検出器。
【請求項１２】
前記第２半導体材料はさらに、３×１０１８ｃｍ−３の濃度を有するｐドーパントを含む、請求項１１に記載の光検出器。
【請求項１３】
光検出器を製造する方法であって、
第１半導体材料の層であるエミッタベース層を設けるステップと、
前記ベース層上に、第１のＩＩＩ族元素、および前記第１のＩＩＩ族元素とは異なる第２のＩＩＩ族元素を含む第２半導体材料の層である第１バリアを配置するステップと、
前記第１バリア上に、前記第１半導体材料の層であるエミッタを配置して、前記エミッタと前記第１バリアとの第１界面にヘテロ接合を形成するステップと、
前記エミッタ上に、前記第２半導体材料の層である第２バリアを配置して、前記エミッタと前記第２バリアとの第２界面にヘテロ接合を形成するステップと
を含み、
前記第２半導体材料は、前記第１のＩＩＩ族元素の比Ｘが０．１６から０．７０の範囲にあり前記第２のＩＩＩ族元素の比が１−Ｘとなる量のＩＩＩ族元素を有し、
前記第１半導体材料は、前記第２半導体材料とは異なる半導体であり、
前記第２半導体材料は、前記第１のＩＩＩ族元素とは異なる第３のＩＩＩ族元素を含み、
前記エミッタは、光信号に対するスプリットオフ応答を有し、さらにカットオフ波長を有し、
前記スプリットオフ応答は、上限を有する波長範囲にわたって生じ、
前記カットオフ波長は、前記上限の１倍の範囲、前記上限の２倍の範囲、または前記上限の４倍の範囲にある方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、「高動作温度スプリットオフバンド赤外線検出器」という名称の２００６年９月１日に出願された米国仮特許出願第６０／８４１，７５６号の優先権を主張する。これは、本明細書中に参考として組み込まれる。
【０００２】
連邦政府後援研究開発に関する記載
本発明者は、国立科学財団により与えられた助成金第NSF ECS 0140434号および第NSF ECS 0553051号のもとで政府援助を受けた。政府は本発明者に所定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
室温または近室温での赤外線放射検出が、民生、産業、医療、天文学、および軍事の分野の広範な用途で重要となりつつある。赤外線放射は、光子検出器および熱検出器によって検出することができる。しかし、過度の暗電流レベルが、赤外線検出器による確実な放射検出を妨げる場合がある。暗電流とは、光検出器における熱作用により生成されるバックグラウンドノイズである。光検出器に使用される半導体材料において、暗電流は温度とともに増加するのが典型的である。したがって、事実上、室温よりも十分低い検出器に対する動作温度の制限は、暗電流によって決まる。一般的には、冷却温度は７７度ケルビン（７７Ｋ）である。このため、必要レベルまで検出器温度を低減させるべく相当の冷却システムが必要となる。したがって、相当の冷却要件なしで赤外線放射を近室温で検出したいという要望が存在する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態により、高温スプリットオフバンド赤外線検出器が開示される。簡単に説明すると、とりわけ一の実施形態は、第１半導体材料の層である第１バリアおよび第２バリアを含む。実施形態は、第１バリアと第２バリアとの間に配置されるエミッタをさらに含み、エミッタと第１および第２バリアとの界面のそれぞれにヘテロ接合が形成される。エミッタは、第１半導体材料とは異なる第２半導体材料の層であり、光信号に対するスプリットオフ応答を有し、さらにカットオフ波長を有する。
【０００５】
本開示の多くの側面は、以下の図面を参照してより良く理解できる。図面における構成要素は必ずしも一定の縮尺ではなく、むしろ本開示の原理を明確に説明することが強調される。さらに、図面において、同様の参照番号は、いくつかの図を通して対応する部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】スプリットオフ赤外線光検出器（Split-off Infrared Photodetector（ＳＰＩＰ））の一実施形態を示す。
【図２】ＳＰＩＰ検出器のシングルピリオドに対する例示的なｐ型バンドダイヤグラムを示す。
【図３】ＩＲ検出メカニズムを説明するべく使用されるｋ−ｐバンド構造ダイヤグラムを示す。
【図４Ａ】自由キャリア吸収をｋ−ｐバンド構造およびｐ型バンドダイヤグラムに描いて示す。
【図４Ｂ】Ｌ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンドへの散乱後のスプリットオフバンドへの直接光吸収をｋ−ｐバンド構造およびｐ型バンドダイヤグラムに描いて示す。
【図４Ｃ】スプリットオフバンドへの間接光吸収をｋ−ｐバンド構造およびｐ型バンドダイヤグラムに描いて示す。
【図４Ｄ】Ｌ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンドへの散乱後のスプリットオフバンドへの間接光吸収をｋ−ｐバンド構造およびｐ型バンドダイヤグラムに描いて示す。
【図５】第１の例示的ＳＰＩＰ検出器の実測応答ならびに推測および実測吸収を示すプロット図である。
【図６】第２の例示的ＳＰＩＰ検出器の実測変換効率および計算吸収係数を示すプロット図である。
【図７Ａ】１×１０１８ｃｍ−３ｐドープＧａＡｓ層のＳ−Ｏバンド吸収に対する計算吸収係数を示すプロット図である。
【図７Ｂ】１×１０１８ｃｍ−３ｐドープＩｎＰ層のＳ−Ｏバンド吸収に対する計算吸収係数を示すプロット図である。
【図７Ｃ】１×１０１８ｃｍ−３ｐドープＡｌＰ層のＳ−Ｏバンド吸収に対する計算吸収係数を示すプロット図である。
【図７Ｄ】１×１０１８ｃｍ−３ｐドープＡｌＮ層のＳ−Ｏバンド吸収に対する計算吸収係数を示すプロット図である。
【図７Ｅ】１×１０１８ｃｍ−３ｐドープＧａＮ層のＳ−Ｏバンド吸収に対する計算吸収係数を示すプロット図である。
【図８】スプリットオフ赤外線光検出器の一代替実施形態を示す。
【図９】温度３００Ｋで動作するＳＰＩＰ検出器の応答を示すプロット図である。
【図１０】様々な動作温度でのＳＰＩＰ検出器の応答を示すプロット図である。
【図１１】様々な動作温度でのＳＰＩＰ検出器の応答を示すプロット図である。
【図１２】温度３００Ｋで動作するＳＰＩＰ検出器の変換効率を示すプロット図である。
【図１３】様々な動作温度でのＳＰＩＰ検出器の検出感度を示すプロット図である。
【図１４】様々なＯＰＤでの温度３１３Ｋに対する検出器の応答を示すプロット図である。
【図１５】様々なＯＰＤ速度での温度３１３Ｋに対する検出器の応答の変換効率を示すプロット図である。
【図１６】温度３００Ｋで動作する直接スプリットオフしきい値範囲外の波長を有する光へのＳＰＩＰ検出器の応答を示すプロット図である。
【図１７】温度３００Ｋで動作する直接スプリットオフしきい値範囲外の波長を有する光に対するＳＰＩＰ検出器の変換効率を示すプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示が詳細に説明される前に理解すべきなのは、本開示は説明される特定の実施形態に限定されるものではなく、もちろん変更可能であるということである。また、ここで使用する用語が、特定の実施形態を説明する目的のみであり限定の意図がないことも理解すべきである。本開示の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるからである。
【０００８】
所定範囲の値が与えられる場合、その範囲の上限と下限との間に介在する、（そうではないことが文脈により明確に示されない限り）その下限の単位の１０分の１までの各値、および他の記載のまたはその記載の範囲に介在する任意の値が、本開示内に包含されることを理解すべきである。こうした狭い範囲の上限および下限は、その狭い範囲に独立して含まれてよい。記載の範囲において特に除外される任意の限界を条件として、これらもまた本開示の範囲内に包含される。記載の範囲がかかる限界の一方または双方を含む場合は、それら含まれる限界の一方または双方を除外する範囲もまた本開示に含まれる。
【０００９】
ここで使用されるすべての技術的および科学的用語は、そうではないことが定義されない限り、本開示が属する業界の当業者が通常理解するものと同じ意味を有する。ここに説明されるものと類似または同等の任意の方法および材料もまた本開示の実施またはテストにて使用することができるが、以下には好ましい方法および材料を説明する。
【００１０】
本明細書で引用されるすべての公報および特許は、あたかも個別の各公報または特許が個別具体的に示されて参照として組み込まれるかのように、参照としてここに組み込まれる。また、引用される当該公報に関連する方法および／または材料を開示および説明するべく、参照としてここに組み込まれる。任意の公報を引用するのは、その開示が本願出願日よりも前だからであり、その引用を、先行開示を理由に本願の開示がかかる公報よりも先行する資格がないと認めるものとして解釈してはならない。さらに、与えられる公開日は、独立して確認する必要があり得る実際の公開日とは異なる可能性がある。
【００１１】
本開示を読むことで当業者には明らかなように、ここに説明かつ示される個々の実施形態はそれぞれ、別個の構成要素および特徴を有する。これらの構成要素および特徴は、本開示の範囲または要旨を逸脱することなく他のいくつかの実施形態のいずれかの特徴と直ちに分離または組み合わせてよい。記載されるいずれの方法も、記載の事象順で、または論理的に可能な任意の他の順で実施することができる。
【００１２】
本開示の実施形態は、他に指定しない限り、当該技術分野の範囲内にある、化学、有機化学、液相化学、気相化学、生物学、物理学、量子物理学等の技術を用いる。かかる技術は文献に十分に説明されている。
【００１３】
以下の例は、どのようにして、ここに開示および請求される方法を行い組成物および化合物を使用するかに係る完全な開示および説明を当業者に与えるべく記載される。数（例えば量、温度等）に関して正確さを保証するべく努力が払われているが、いくつかの誤りおよび偏差を考慮するべきである。他に指定しない限り、部は重量部であり、温度は℃であり、圧力は気圧である。標準温度および圧力は２５℃および１気圧と定義される。
【００１４】
本開示の実施形態が詳細に説明される前に理解すべきなのは、他に指定しない限り、本開示は特定の材料、試薬、反応物質、製造工程等に限られず、変更し得るということである。また、ここに使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定を意図したものではないことも理解すべきである。本開示において可能なことであるが、論理的に可能な場合にはステップは異なる順序で実行できる。
【００１５】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、単数形の「一」および「前記」は、明確にそうではないことが文脈から示されない限りは複数の指示対象も含む。したがって、例えば「一のサポート」という場合は複数のサポートも含む。本明細書および特許請求の範囲において、以下の意味を有するものと定義される用語の数は、反対の意図が明らかでない限り、言及される。
【００１６】
ホモ接合界面仕事関数内部光放出（Homojunction Interfacial Workfunction Internal Photoemission（ＨＩＷＩＰ））検出器、ヘテロ接合界面仕事関数内部光放出（Heterojunction Interfacial Workfunction Internal Photoemission（ＨＥＩＷＩＰ））検出器、および量子井戸赤外線光検出器（Quantum Well Infrared Photodetectors（ＱＷＩＰ））が、中赤外線（middle infrared（ＭＩＲ））および遠赤外線（far infrared（ＦＩＲ））範囲の放射を検出できる。一般に、ＭＩＲに対する波長（λ）範囲は、約５から３０μｍであり、ＦＩＲに対しては約３０μｍを超える。ＨＩＷＩＰ検出器およびＨＥＩＷＩＰ検出器は、ドープエミッタ層およびアンドープバリア層を順次含むことができる。ＭＩＲ範囲およびＦＩＲ範囲においては、バリアを横切る内部光放出および収集の後のエミッタ層の自由キャリア吸収によって検出が行われる。カットオフ波長は、界面の仕事関数によって決まる。仕事関数は、エミッタ内のドープに起因するバンドギャップの狭小化により影響を受け得る。デバイスパラメータ（例えば、エミッタ領域のドープ濃度ならびにエミッタおよびバリアの材料組成）を調整することにより、カットオフ波長を所望の範囲にあつらえることができる。
【００１７】
図１は、ＳＰＩＰ検出器１００の一実施形態を示す。ＳＰＩＰ検出器には、互いに異なるバンドギャップを有する材料であって、２つの異なる電気タイプの２つの化学的に異なる材料により、ヘテロ接合が形成される。ヘテロ接合の例は、ＧａＡｓ／Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ接合（ｘは０＜ｘ＜１を満たす数）である。当該設計は、スプリットオフバンド応答に最適化されたＨＥＩＷＩＰ検出器に類似する。しかし、検出メカニズムは、ＨＥＩＷＩＰ検出器で用いられるそれとは異なる。ＨＥＩＷＩＰ検出器の説明は、２００７年８月７日に発行された、「ヘテロ接合遠赤外線光検出器」という名称の米国特許第７，２５３，４３２号明細書に与えられており、これは本明細書に参照として組み込まれる。
【００１８】
一般に、ＨＥＩＷＩＰ検出器は、第１コンタクト層１３０と第２コンタクト層１４０との間にそれぞれ挟まれたいくつかのエミッタ層１１０およびバリア層１２０を有する。バリア層１２０の総数はＮ（Ｎは１より大きい整数）である。図１に示す例示的な実施形態において、バリア１２０の総数はＮ＝４である。なお、他の実施形態（図示せず）においては、２つのバリアの間に配置された１つのエミッタが動作可能である。
【００１９】
各バリア１２０は、第１のＩＩＩ族元素（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびこれらの組み合わせ）、第２のＩＩＩ族元素（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびこれらの組み合わせ）、および第１のＶ族元素（例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、およびこれらの組み合わせ）から作られた材料の層である。バリア１２０はさらに、バンドギャップに特徴がある。各バリア１２０の構造パラメータには、第１および第２のＩＩＩ族元素ならびに第１のＶ族元素の化学的同一性、バリア層１２０の厚さ、第１および第２のＩＩＩ族元素の相対濃度、バリア１２０のバンドギャップ、ならびにバリア１２０の総数Ｎが含まれ得るがこれらに限られない。
【００２０】
とりわけ一の実施形態において、第１のＩＩＩ族元素はＡｌであり、第２のＩＩＩ族元素はＧａであり、第１のＶ族元素はＡｓである。第１のＩＩＩ族元素Ａｌの濃度は、正規化量ｘを特徴とする（ｘは、０から約１、約０．０５から０．５０、および約０．１６から０．３０の範囲である）。また、第２のＩＩＩ族元素Ｇａの濃度は、正規化相対量１−ｘを特徴とする。図１においてｄｂとして特定される各バリア層１２０の厚さは、約４００から４０００Å、約５００から１０００Å、および約６００から８００Åの範囲をとることができる。
【００２１】
光検出器１００はさらに、複数のエミッタ層１１０を有する。エミッタの総数はＮ−１である。図１に示す例示的な実施形態において、エミッタ１１０の総数はＮ−１＝３である。各エミッタ１１０は、第３のＩＩＩ族元素（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびこれらの組み合わせ）および第２のＶ族元素（例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、およびこれらの組み合わせ）から作られる材料の層である。エミッタ１１０はさらに、バリア１２０のバンドギャップとは異なるバンドギャップを特徴とする。各エミッタ１１０は、２つのバリア１２０の間に配置されて、エミッタ１１０とバリア１２０との各界面１１５においてヘテロ接合を形成する。さらに、各エミッタ１１０はドープされる。ドープ元素が添加されることによりエミッタ１１０には自由キャリアが生じる。ドープ元素には、ＩＩ族元素（例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、およびこれらの組み合わせ）および／またはＩＶ族元素（例えば、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、およびこれらの組み合わせ）が含まれるがこれらに限られない。各エミッタ１１０の構造パラメータには、第３のＩＩＩ族元素、第２のＶ族元素、および、ＩＩ、ＩＶ、またはＶＩ族元素からのドープ元素の化学的同一性、エミッタ層１１０の厚さ、ドープ元素のドープ濃度、エミッタ１１０のバンドギャップ、ならびにエミッタ１１０の総数Ｎ−１が含まれ得る。
【００２２】
とりわけ一の実施形態において、第３のＩＩＩ族元素はＧａであり、ドープ元素はＩＩ族元素Ｂｅであり、第２のＶ族元素はＡｓである。図１においてｄｅとして特定される各エミッタ層１１０の厚さは、約１５０から７００Å、約１５０から４００Å、および約１５０から２００Åであり得る。ドープ元素のドープ濃度は、約１×１０１７から５×１０１９ｃｍ−３、約３×１０１７から１×１０１９ｃｍ−３、および約１×１０１８から１×１０１９ｃｍ−３であり得る。各エミッタ１１０のスプリットオフバンドギャップは、実質的に約３から８００ｍｅＶ、約１９から３９０ｍｅＶ、および約２８０から３９０ｍｅＶの仕事関数（ΔＳＯ）を特徴とする。各エミッタ１１０の各バリア１２０との界面１１５は、実質的に約１５から４００ｍｅＶ、約６０から４００ｍｅＶ、および約２００から４００ｍｅＶの仕事関数（Δ）を特徴とする。互いに類似するこれら２つの仕事関数を有することにより、最適な動作温度が達成され得る。界面の仕事関数（Δ）を隣接エミッタの仕事関数（ΔＳＯ）のほぼ２倍に等しくさせることにより、光検出器１００の応答を最大化することができる。
【００２３】
さらに、光検出器１００は、一の最外バリア１２０と界面１２５で接触する第１コンタクト層１３０を有する。光検出器１００はまた、対向する最外バリア１２０と界面１３５で接触する第２コンタクト層１４０も有する。第１コンタクト層１３０および第２コンタクト層１４０は、エミッタ１１０が作られる材料と実質的に同じ材料から作られる。オーミックコンタクトに必要なドープに応じて、第１コンタクト１３０はまた、上部エミッタ層として機能してもよい。光検出器１００はさらに、第２コンタクト層１４０と界面１４５で接触する基板１５０を有する。基板１５０は、エミッタ１１０およびバリア１２０が作られる材料に適合する材料から作られるが、アンドープまたはドープのいずれかでよい。
【００２４】
第１コンタクト層１３０は、第１表面１３２と、対向界面１２５と、光信号１６０を受けるべく第１表面１３２に画定される開口１３４とを有する。開口１３４は、第１コンタクト層１３０の第１表面１３２を部分的にエッチングすることによって形成してよい。さらに、第１および第２コンタクト層１３０および１４０にそれぞれ配置される伝導コンタクト１７０および１８０は、入射する光信号１６０に対する光検出器１００の応答を測定するべく使用できる。
【００２５】
図２は、ＳＰＩＰ検出器のシングルピリオドに対する例示的なｐ型バンドダイヤグラムを示す。図２にΔとして示される各エミッタ１１０の仕事関数は、３次元フェルミ準位２１０と、対応するバリア１２０の伝導帯２２０との差として定義される。仕事関数は、Δ＝Δｄ＋Δｘにより与えられる。ここで、ΔｄおよびΔｘは、エミッタ１１０のドープからの寄与分、ならびにエミッタ１１０およびバリア１２０それぞれのＩＩＩ族元素の差分含有率である。ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ、およびＧａＡｓのｐドープエミッタのバリアを使用する例示的実施形態において、Δｄはエミッタ１１０のドープの寄与分を表し、Δｘはバリア１２０内のＡｌ含有率（ｘ）の寄与分を表す。バリア１２０のＡｌ含有率（ｘ）が減少すると、ΔはΔｄの制限を受ける。Ａｌが除かれている（すなわちｘ＝０の）場合、エミッタ１１０とバリア１２０との界面１１５（図１参照）はホモ接合である。破線２３０は、バリア１２０の材料がＧａＡｓのみ（すなわちホモ接合検出器）の場合の、価電子帯エッジを示す。バリア１２０の第１のＩＩＩ族元素含有率および／またはエミッタ１１０のドープ密度を調整することにより、所望のバンドギャップを与えるべく仕事関数（Δ）をあつらえることができる。結果的に得られる構造は、暗電流および検出器ノイズを低減する材料層間にくっきりとした界面を有する。
【００２６】
エミッタ１１０が十分に高いレベルまでドープされ、キャリア２４０は、エミッタ１１０内に３次元分布を形成する。検出は、自由キャリア吸収によって行われる。バリア１２０の第１のＩＩＩ族元素含有率および／またはエミッタ１１０のドープ密度を調整することにより、検出範囲を任意の所望の波長に対してあつらえることができる。カットオフ波長は、検出器の波長検出範囲の整数または非整数の倍数で調整することができる（例えば、カットオフ波長は、波長検出範囲の上限の４、３、２、または１．３倍となり得る）。とりわけ一の実施形態において、ＦＩＲ波長で動作可能とするべく仕事関数（図２のΔ）を小さくして、バリア１２０を低いＡｌ含有率（ｘ）にすることができる。エミッタ層１１０内のドープが増加すると、エミッタ１１０内の吸収も増加し得る。しかし、検出器１００の暗電流もまた増加する。エミッタ層１１０のドープは、エミッタ１１０内の暗電流効果および吸収量子効率をバランスさせる。
【００２７】
ＭＩＲおよびＦＩＲ範囲のために設計されたＨＥＩＷＩＰ検出器はまた、近赤外線（ＮＩＲ）の複数の応答ピークも示す。一般に、ＮＩＲのための波長（λ）範囲は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系検出器に対しては約５μｍ未満である。これらのピークは、スプリットオフ（Ｓ−Ｏ）バンド効果によって生成され、自由キャリア応答領域の上部に現れる。これらの相対的に強いＳ−Ｏ応答は、１３０Ｋまでで見られるが、自由キャリア応答は４０Ｋを超えるとなくなる。Ｓ−ＯバンドＩＲ検出器は、４つの検出メカニズムに依存し得るが、それぞれは以下の３つのプロセスに依存する。（ｉ）励起キャリアを生成する光吸収、（ｉｉ）キャリアの脱出、ならびに（ｉｉｉ）脱出キャリアの掃き出しおよび収集である。キャリアは、散乱長がエミッタ厚さｄｅに近似するほど十分高いドープを有することにより、波動関数が自己干渉できるようになる前に散乱する。このため、キャリアは、井戸中に離散した量子状態を形成することがない。これにより、エミッタ１１０内のキャリア分布は３次元となるが、なおも束縛される。
【００２８】
図３は、ＩＲ検出メカニズムを説明するべく使用されるｋ−ｐバンド構造ダイヤグラムを示す。検出メカニズムの説明において、３つのバンドを考慮する必要がある。ｋ＝０において縮退する軽い正孔（light hole（Ｌ−Ｈ））バンド３１０および重い正孔（heavy hole（Ｈ−Ｈ））バンド３２０、ならびにそれらからエネルギーＥＳＯだけ離れたスプリットオフバンド３３０である。平衡条件下ではｐドープ領域は、Ｌ−ＨおよびＨ−Ｈバンド３１０および３２０のそれぞれにおいてではあるが、Ｓ−Ｏバンドの最大値よりも上にフェルミ準位を有する。４つの検出メカニズムは、例１−３に示される参照にて説明されるホモ接合およびヘテロ接合検出器の双方で使用される標準自由キャリア吸収を含む。吸収は、自由キャリア遷移を含む。これは、軽い正孔と重い正孔とスプリットオフ正孔バンドとの混合を含む束縛スプリットオフバンド状態または連続状態のいずれかへの束縛状態からの遷移を使用するＳｉ／ＳｉＧｅ検出器における応答とは異なる。Ｓｉ／ＳｉＧｅ検出器は、束縛−束縛または束縛−連続モードで動作するＱＷＩＰ検出器である。他の３つの検出メカニズムは、ｐ型検出器に対して生じ得る正孔バンド間の遷移を含む。ひとたびキャリアがＳ−Ｏバンドに入ると、キャリアは、直接脱出するか、または散乱してＬ−ＨおよびＨ−Ｈバンド３１０および３２０内に戻った後に脱出する。
【００２９】
図４Ａは、自由キャリア吸収をｋ−ｐバンド構造およびｐ型バンドダイヤグラムに描いて示す。エミッタ層１１０における自由キャリア吸収に対しては、キャリアはＬ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンド３１０／３２０内にとどまる。その後、エミッタ１１０とバリア１２０との界面における内部光放出により、励起キャリアがエミッタ層１１０から脱出する。
【００３０】
図４Ｂは、Ｌ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンドへの散乱後のスプリットオフバンドへの直接光吸収をｋ−ｐバンド構造およびｐ型バンドダイヤグラムに描いて示す。Ｌ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンド３１０／３２０とＳ−Ｏバンド３３０との間の遷移が直接的であれば、励起キャリアの最終的なエネルギーにより、励起キャリアはエミッタ１１０から脱出せずにＳ−Ｏバンド３３０内にとどまる。これは、ｋ＜ｋｆとなるＳ−Ｏバンド３３０内の状態エネルギーに起因する（ここでｋｆは、Ｓ−Ｏバンド３３０内のバリアよりも上にある重い正孔バンド３２０内のフェルミ準位に対応する）。励起エネルギーにより、キャリアは散乱してＳ−Ｏバンド３３０から外に出てＬ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンド３１０／３２０に戻る。キャリアは、その後、標準のメカニズムを介したプロセスにより脱出することができる。Ｌ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンド３１０／３２０内を占有するので、この散乱時間は、直接緩和の時間よりも早くなり得る。
【００３１】
図４Ｃは、スプリットオフバンドへの間接光吸収をｋ−ｐバンド構造およびｐ型バンドダイヤグラムに描いて示す。間接遷移に対しては、励起キャリアはｋ＞ｋｆを有し得る。ここで、キャリアはＳ−Ｏバンド３３０から直接脱出するのに十分なエネルギーを有し得る。この場合、脱出プロセスは、図４Ａに示す自由キャリア吸収の脱出プロセスと類似する。
【００３２】
図４Ｄは、Ｌ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンドへの散乱後のスプリットオフバンドへの間接光吸収をｋ−ｐバンド構造およびｐ型バンドダイヤグラムに描いて示す。キャリアが脱出円錐（escape cone）内に入ることにならない間接遷移に対しては、図４Ｂに示す散乱プロセスを経て脱出することが依然可能である。ここで、間接光吸収は、Ｌ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンド３１０／３２０への散乱事象に引き続いて生じる。その後、内部光放出がＬ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンド３１０／３２０において生じる。これにより、脱出円錐内には存在しない間接光吸収キャリアにとって付加的な脱出経路が与えられる。また同様に、Ｓ−Ｏバンド３３０での脱出可能性が全くない低エネルギー光子の吸収の結果、キャリアが生じることになる。ここで、しきい値は、フェルミエネルギーとＳ−Ｏバンドエッジとの差によって決まる。
【００３３】
スプリットオフ吸収効果を検討するにあたり、２つの検出器が使用された。例４に示す参照に説明される約２０μｍのしきい値を有する約１０−１５μｍの範囲に対して設計された検出器を使用して、Ｓ−Ｏ応答が最初に示される。検出器ＨＥ０２０４設計は、カーボンで１０１８ｃｍ−３までドープされたｐドープ１８８ÅＧａＡｓエミッタおよび１２５０ÅＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓバリアの１６周期を含む。上部および下部のコンタクトはそれぞれ、厚さが０．２および０．７μｍの１×１０１９ｃｍ−３ｐドープＧａＡｓ層である。これらの検出器で使用されるドープ値に対して、散乱長は約２００Åであり、エミッタの厚さに近似する。
【００３４】
図５は、第１の例示的ＳＰＩＰ検出器の実測応答ならびに推測および実測吸収を示すプロット図である。図５には、７９−１３０Ｋにおける検出器ＨＥ０２０４に対する、１．２−５μｍのＳ−Ｏ範囲での実測応答が示されている。１０５Ｋ、２．０μｍにおいて、０．４５Ａ／Ｗのピーク応答が実測された。１０５Ｋから１３０Ｋまで温度が上がるにつれて、応答は低下した。温度に伴う応答の上昇は、励起キャリアに対する脱出率に与えるフォノン効果に関連し得る。光電流を入射光子速度で割ることにより決まる変換効率は、約２７であった。また、９０Ｋで得られた１．８μｍにおける固有検出感度（Ｄ＊）は２．２×１０７Ｊｏｎｅｓであった。この値が低いのは、これらの検出器の設計が相当に低い温度での動作を目的とするからである。最適化された検出器における増加したバリアであれば暗電流を低減させるので、固有検出感度（Ｄ＊）を向上させるはずである。約２．８および３．４μｍにおける応答に見られる２つの段差は、図４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄに示すスプリットオフ吸収のためのしきい値によるものと思われる。これは、高ドープの使用が好ましいアプローチたり得ることを示す。約３．７μｍにおいて小さな痕跡（signature）が特定され得るが、これは、束縛された重い・軽い正孔から束縛されたＳ−Ｏへの遷移の痕跡と思われる。
【００３５】
他の実験結果および熱電子電流計算に基づけば、空孔要因トンネル効果（defect assisted tunneling）が支配的になるまでドープが増加することにより、暗電流が著しく増加するということはないはずである。こうした高い値よりも下にドープが維持されれば、吸収が増加することにより、応答およびバックグラウンド制限性能（background limited performance（ＢＬＩＰ））温度が増加するはずである。
【００３６】
図６は、第２の例示的ＳＰＩＰ検出器の実測応答および計算吸収係数を示すプロット図である。代替検出器は、約３．６×１０１８ｃｍ−３および約１．２×１０１８ｃｍ−３のＢｅドープ上部コンタクトおよびエミッタをそれぞれ有する１６周期を含むことができる。約５０Ｋ、および約３ｋＶ／ｃｍのバイアス電界における代替検出器の変換効率を図６に示す。約５−１５μｍの広い応答は、自由キャリア吸収に起因する。また、約２−４μｍの鋭いピークはＳ−Ｏ応答に起因する。この増加した変換効率は、Ｓ−Ｏ領域における増加した吸収／放出に起因する。自由キャリアおよび間接吸収の応答、すなわち図４Ａ、４Ｃ、および４Ｄに示す検出メカニズムに対しては、モーメントを保存するべく吸収においてフォノンまたは不純物散乱事象が必要となる。図４Ｂに示す直接吸収応答および図４Ｄに示す間接吸収応答においては、散乱事象も必要となる。図４Ｄに示す検出メカニズムには２つの余分な粒子が必要となるので、他の３つよりも遅くならざるを得ない。図４Ｃに示す間接吸収応答に対するしきい値は、Ｓ−Ｏバンド内のバリアを通過する必要があるので、図４Ｂおよび４Ｄに示す検出メカニズムに対するしきい値よりも低くなる。Ｓ−Ｏ応答における幅および２つのしきい値に基づいて、Ｓ−Ｏ応答では直接吸収および間接吸収の双方が生じる。
【００３７】
Ｓ−Ｏバンドを使用して観測される強力な応答を理解するべく計算が実行され、自由キャリア応答およびＳ−Ｏ応答に対する相対吸収が決められた。第１ステップは、Ｌ−Ｈ、Ｈ−Ｈ、およびＳ−Ｏ正孔エネルギーバンドを計算するべく、量子ドットおよび量子井戸解析で使用されるものと類似するｋ−ｐモデルを使用することであった。次に、当該バンドのエネルギー状態からの光子エネルギー（h-bar*ω）の関数として吸収係数が計算された。計算は、約１×１０１８ｃｍ−３までｐドープされた約１μｍ厚のＧａＡｓ層に対して行われた。Ｓ−Ｏバンドによる吸収は、図６の差し込み図に示すように、Ｌ−Ｈ／Ｈ−Ｈバンドの自由キャリア吸収よりも１オーダー以上大きかった。これは、この範囲におけるＳ−Ｏメカニズムの相対的な改善を示す。同様に、図５の差し込み図に示すように、推測された自由キャリア吸収と比べて、実測吸収はスプリットオフ領域で増加している。実験変換効率は、（実験吸収の増加を考慮に入れたとしても）計算変換効率よりも大きい。この違いは、ＧａＡｓに対する大きなスプリットオフエネルギー（約３４０ｍｅＶ）の結果得られる利得に起因すると思われる。スプリットオフバンドまで励起されたキャリアの高エネルギーは、そのキャリアが、衝撃効果を介して追加的なキャリアを励起して検出器内に高利得因子をもたらすのに十分なエネルギーを有することを意味する。約３．４μｍにおける応答に見られる段差は、図６の差し込み図に示す計算結果と十分に一致する。しかし、約２．９μｍにおいて生じるものと計算された降下とは、わずかに矛盾する。実験の段差は、（光放出プロセスの効果に起因するのかもしれない）約０．１５μｍ幅であり、しきい値は、図５に現れるものよりも大きいと思われる。
【００３８】
しきい値が約２０μｍの範囲のテストされたデバイスは、約１３０Ｋの最大動作温度を有する。しきい値を約５μｍまで低下させることにより、Ｄ＊を〜５×１０９Ｊｏｎｅｓとしたまま動作温度を約３００Ｋまで増加させることができる。応答は、吸収を増やすべく層の数を増やすことにより、および検出器上に堆積する金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴を使用することにより調整できる。室温および近室温で動作するべく設計されたデバイスは、現在入手可能な非冷却検出器と競合できる。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ以外の材料により、約３−５μｍ範囲の改善されたカバレッジを得ることができる。リン酸塩材料に対しては、Ｓ−Ｏバンドへの直接遷移により、約１１から１８μｍの範囲のしきい値が得られる一方で、窒化物材料は、Ｓ−Ｏモードにおいて約６０から４１０μｍの範囲で動作することができる。Ｓ−Ｏバンドのオフセットエネルギーおよびポテンシャルしきい値波長を表１に示す。さらに、図７Ａから７Ｅは、１×１０１８ｃｍ−３ｐドープされた、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＰ、ＡｌＮ、およびＧａＮエミッタ層それぞれのＳ−Ｏバンド吸収に対する計算吸収係数を示すプロット図である。
【００３９】
図８は、ＳＰＩＰ検出器８００の一の代替実施形態を示す。検出器８００は、第１コンタクト層８３０と第２コンタクト層８４０とにそれぞれ挟まれたいくつかのエミッタ層８１０およびバリア層８２０を有することができる。検出器８００は、赤外線範囲の波長を有する光を検出し、かつ非冷却動作下で機能するべく構成される。すなわち、検出器８００は、室温（例えば約３００Ｋ）まで、およびそれを超える動作温度において応答を与え、かかる光を検出することができる。図示の検出器８００は、約１８８Åの厚さを有するＧａＡｓを含む複数のエミッタ８１０層を備える。エミッタ８１０層はさらに、約３×１０１８ｃｍ−３のＢｅのドーパント濃度でｐドープされる。検出器８００は、約６００Åの厚さを有するアンドープＡｌ０．５７Ｇａ０．４３Ａｓを含む複数のバリア層を備える。なお、エミッタ層およびバリア層をなす複数の元素の含有率関係は、同一または類似の結果を得ながら調整することができるが、上記開示の検出器８００層をなす複数の元素の含有率関係は、少なくとも赤外線範囲の波長を有する光を非冷却動作下で検出するように構成される。なお、図８の図示は説明のみを目的としたものであり、バリア層８２０またはエミッタ層８１０のすべてを開示するものではない。バリア層８２０の総数はＮである。ここで、Ｎは３１に等しい。したがって、図８に示す例示的な実施形態において、バリア層８２０の総数は３１となる。
【００４０】
各バリア８２０は、アルミニウム、ガリウム、およびヒ素から作られる材料の層である。図示の検出器８００のバリア８２０をなす材料は、ほぼアルミニウム２８．５％、ガリウム２１．５％、およびヒ素５０％を含む。なお、かかる材料はＡｌ０．５７Ｇａ０．４３Ａｓとして表現できる。なお、バリア８２０をなす元素の含有率関係を調整または変化させて図示の検出器８００と同一または類似の結果を得ることができる。例えば、バリア８２０のＡｌをＩＩＩ族元素「Ｉｎ」で置換して、またはＡｌもしくはＧａをＩＩＩ族元素の組み合わせで置換して同一または類似の結果を得ることができる。さらに、ＡｓをＳｂのようなＶ族元素またはその組み合わせで置換して同一または類似の結果を得ることができる。
【００４１】
バリア８２０はさらに、バンドギャップを特徴とする。各バリア８２０の構造パラメータには、バリア８２０をなす元素の含有率関係または相対濃度、バリア層８２０の厚さ、バリア８２０のバンドギャップ、およびバリア８２０の総数Ｎが含まれ得るがこれらに限られない。上述のように、図示の検出器におけるバリア８２０の総数Ｎは３１であるが、おわかりのように、バリア８２０の数Ｎは本開示に基づいて変更してよい。
【００４２】
検出器８００はさらに、複数のエミッタ層８１０を有する。ここで、エミッタの総数はＮ−１である。図８に示す例示的な実施形態において、エミッタ８１０の総数はＮ−１＝３０である。なお、エミッタ８１０の数は本開示に基づいて、同一または類似の結果を得るべく変更してよい。なお、コンタクト８３０、８４０は、エミッタ８１０に化学的に類似するように構成できるので、これらもまた図示の検出器８００の設計におけるエミッタのように機能し得る。図示の検出器８００において、各エミッタ８１０は、エミッタ８１０内に自由キャリアを生じさせるべくＢｅがドープされたＧａＡｓから作られた材料の層である。なお、エミッタ８１０は、Ｂｅ以外の、ＩＩ族元素および／またはＩＶ族元素を含むがこれらに限られないドープ元素を添加することによりドープされてよい。しかし、おわかりのように、エミッタ８１０はまた、ＩＩＩ族元素（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびこれらの組み合わせ）およびＶ族元素（例えばＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、およびこれらの組み合わせ）を含んでよい。さらに、ドーパント元素、およびドーパント元素の濃度は本開示に基づいて、同一または類似の結果を得るべく変更してよい。例えば、異なるドープおよび異なる材料により、検出器８００のスプリットオフ応答をさらに長い波長まで拡張することができる。
【００４３】
検出器８００のエミッタ層およびバリア層のためのさらに代替的な設計として、ＩｎＧａＡｓＰは、エミッタ層のスプリットオフエネルギーを低減するべく使用し得る代替材料となる。ドーパント濃度約３×１０１８ｃｍ−３および厚さ約２００ÅのＩｎ０．２９４Ｇａ０．７０６Ａｓ０．４Ｐ０．６を使用して構成されたエミッタは、５．１μｍ近くのスプリットオフしきい値という結果になる。厚さ約４００ÅのＡｌ０．３０Ｇａ０．７０Ａｓ０．４を使用して構成されたバリア層もまた、この代替的な設計に使用することができる。なお、本開示に基づく当該代替的な設計は、検出器８００の光波長応答を調整するべく動作する。例えば、上記の代替的な設計の検出器は、約３から５μｍの範囲の波長を有する光を検出する。
【００４４】
エミッタ８１０はさらに、バリア８２０のバンドギャップとは異なるバンドギャップを特徴とする。各エミッタ８１０は、２つのバリア８２０の間に配置されて、エミッタ８１０とバリア８２０との各界面８１５においてヘテロ接合を形成する。各エミッタ８１０の構造パラメータには、ＩＩＩ族元素、Ｖ族元素、および、ＩＩまたはＩＶ族元素からのドープ元素の化学的同一性、エミッタ層８１０の厚さ、ドープ元素のドープ濃度、エミッタ８１０のバンドギャップ、ならびにエミッタ８１０の総数Ｎ−１が含まれ得る。
【００４５】
検出器８００は、一方の最外バリア８２０と界面８２５において接触する第１コンタクト層を有する。検出器８００はまた、対向する最外バリア８２０と界面８３５において接触する第２コンタクト層を有する。第１コンタクト層８３０および第２コンタクト層８４０は、１×１０１９ｃｍ−３ｐドープＧａＡｓ層から作られる。第１コンタクト層８３０が厚さ約０．２μｍを有する一方、第２コンタクト層８４０は厚さ約０．７μｍを有してよい。以下に説明するオーミックコンタクトに必要なドープによれば、第１コンタクト８３０はまた、上部エミッタ層として機能してもよい。検出器８００はさらに、第２コンタクト層８４０と界面８４５において接触する基板８５０を有する。基板８５０は、エミッタ８１０およびバリア８２０が作られる材料に適合する材料から作られるが、アンドープまたはドープのいずれかでよい。図示の実施形態において、基板８５０はアンドープＧａＡｓから作られる。
【００４６】
第１コンタクト層８３０は、光信号８６０を受ける表面８３４を有する。さらに、第１および第２コンタクト層８３０および８４０にそれぞれ配置されるオーミックコンタクト８７０および８８０は、入射する光信号８６０に対する検出器８００の応答を測定するべく使用できる。オーミックコンタクト８７０および８８０は、Ｔｉ、Ｐｔ、およびＡｕを含むがこれらに限られない伝導材料から作ることができる。なお、検出器８００の応答を測定する能力を与えるべく、いくつかの伝導性元素および／または化合物を、コンタクト８７０および８８０に対して使用することができる。
【００４７】
図９は、例示的な検出器８００の３００Ｋにおける応答を示す。なお、この温度は室温環境を表すが、検出器８００は、室温までおよび室温を超える動作環境において応答を与えることができる。上述のように、検出器８００の動作は以下の３つのプロセスに依存する。（ｉ）励起キャリアを生成する光信号８６０からの印加バイアスの方向に依存する層８１０および８３０または８４０のいずれかの光吸収、（ｉｉ）キャリアの脱出、ならびに（ｉｉｉ）脱出キャリアの掃き出しおよび収集である。動作温度３００Ｋにおいて、３．４μｍにおける段差（これは図４Ｄに示すプロセスに起因する）よりも大きな２．９μｍにおける段差に見られるように（これは図４Ｂに示すプロセスに起因する）、図４Ｂに示すプロセスが支配的になる。これらの結果、および、表面８３４上に光信号が存在しない状態で検出器８００で実測され得る暗電流に基づくと、検出器８００の固有検出感度（Ｄ＊）は１０９Ｊｏｎｅｓとして算出できることがわかる。
【００４８】
図１０は、様々な動作温度における、検出器８００が受ける光信号の波長に従う検出器８００のスプリットオフ応答を示す。温度が約１００Ｋから２４０Ｋまで増加するに従ってスプリットオフ応答が増加し、約２５０Ｋでピーク応答を有する。しかし、図１０は、動作温度約３００Ｋにおいて波長約２．０μｍを有する光信号に対して約０．２４Ａ／Ｗの応答を示す。自由キャリア応答に対するしきい値が温度に対してわずかに増加したのは、より長い波長での応答という結果をもたらし得るフェルミエネルギーよりも上のキャリアの数が増加したためである。約２４０Ｋにおいて増加した応答および低減した暗電流により、約３×１０９Ｊｏｎｅｓの固有検出感度（Ｄ＊）が得られる。図１１は、約１００Ｋから３００Ｋまでの範囲の温度に対する、約２．５μｍにおける検出器８００の実測応答を示す。検出器８００のピーク応答は約２４０Ｋの動作温度に存在するが、検出器８００が室温において、および室温より上においても良好な応答を与えることがわかる。
【００４９】
図１２に示すのは、約３００Ｋ、および検出器８００に印加される約４Ｖ（Ｖｂ）の電圧バイアスにおいて、約２μｍから３．５μｍまでの範囲の波長を有する検出器が受ける光信号に対する検出器８００の変換効率である。グラフ中の約３．４μｍおよび２．９μｍの段差はそれぞれ、図４Ｂおよび４Ｄに示すプロセスのしきい値に対応する。この変換効率の増加は、スプリットオフ領域における吸収／放出の増加に起因する。図１３は、検出感度の温度変化を示す。検出器８００の検出感度は、実測応答およびノイズ電流を使用して計算可能である。検出器８００の固有検出感度（Ｄ＊）は、３００Ｋにおいて約１×１０９Ｊｏｎｅｓであり、動作温度が低いほど増加する。しかし、検出器８００は、図示のように室温において、および室温より上においても動作可能である。
【００５０】
図１４は、室温より上の温度３１３Ｋにおける測定速度に対する応答の変化を示す。光路差（Optical Path Difference（ＯＰＤ））速度が低ければ低いほど遅い測定速度に対応し、高い応答値を示す。これは、相対的に遅いフォノン要因応答メカニズムに起因する。応答はＯＰＤ速度に関して著しい変化を示すが、応答メカニズムは光子検出のものであり、ボロメトリック型のものではない。図１５は、異なるＯＰＤ速度に対する検出器８００の変換効率を示す。ＯＰＤが低ければ低いほど変換効率が高くなるのは、より多くの光生成キャリアが測定時間内に脱出するからである。３１３Ｋにおいて、ＯＰＤ速度０．０５ｃｍ／ｓに対して〜８０％の変換効率が観測されている。
【００５１】
開示の検出器はまた、高い動作温度（例えば２４０Ｋよりも上）において、直接スプリットオフ赤外線範囲外の波長を有する光信号への応答も示す。図１６は、動作温度３００Ｋにおける、直接スプリットオフ赤外線範囲外の波長での検出器の応答を示す。同様に図１７は、直接スプリットオフ赤外線範囲外の波長での変換効率を示す。
【００５２】
本開示の上述の実施形態は、実施に関する可能な例に過ぎず、本開示の原理を明確に理解するために記載されているに過ぎないことを強調しておく。例えば、開示の検出器およびそのバリエーションは、室温の、および室温を超える動作環境において応答を与えることができる。したがって、ここに開示される要旨および原理から実質的に逸脱することなく、本開示に関する上述の一または複数の実施形態に対して多くのバリエーションおよび修正がなされてよい。かかる修正およびバリエーションのすべては、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。特に、３から６０ミクロンの範囲の波長に対して検出器内に応答を生成するべく、表１に示す異なる材料の組み合わせを使用することができる。
【００５３】
なお、比、濃度、量、その他の数値データは、ここでは範囲形式で表現され得る。なお、かかる範囲形式は、便宜および簡潔のために使用されるので、当該範囲の限界として明示された数値のみならず、個々の数値または当該範囲内に包含される部分的範囲のすべても、その数値および部分的範囲のそれぞれが明示されているかのように含むべく柔軟に解釈される。例えば、「約０．１％から約５％」という濃度範囲は、明示の濃度である約０．１ｗｔ％から５ｗｔ％のみならず、個々の濃度（例えば１％、２％、３％、および４％）、およびその指定範囲内の部分的範囲（例えば０．５％、１．１％、２．２％、３．３％、および４．４％）も含むように解釈される。さらに、「約「ｘ」から「ｙ」」という表現は「約「ｘ」から約「ｙ」」を含む。
【００５４】
上述の実施形態に対しては、多くのバリエーションおよび修正がなされてよい。かかる修正およびバリエーションのすべては、本開示の範囲内に含まれることが意図され、特許請求の範囲により保護される。
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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