(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線の異なる波長領域にそれぞれ感度を有する複数の多重量子井戸層を共通コンタクト層を介して積層した多重量子井戸型赤外光センサにおいて、
前記共通コンタクト層に一端が接続されたスイッチ手段と、
前記スイッチ手段の他端に接続された電流積分手段とを有し、
前記共通コンタクト層の上下にそれぞれ形成された第１、第２の多重量子井戸層の反対側の第１、第２のコンタクト層に第１、第２の電圧を印加し、前記共通コンタクト層と第１のコンタクト層間の電圧と前記共通コンタクト層と第２のコンタクト層間の電圧のいずれか一方を他方より大きくなる様に前記スイッチ手段を所定時間導通させ、前記多重量子井戸層に流れる電流により前記電流積分手段を充電又は放電し、
更に、前記スイッチ手段が接続された前記共通コンタクト層に、前記多重量子井戸層の暗電流にほぼ等しい電流を供給する電流源を有することを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【請求項２】
赤外線の異なる波長領域にそれぞれ感度を有する複数の多重量子井戸層を共通コンタクト層を介して積層した多重量子井戸型赤外光センサにおいて、
前記共通コンタクト層に一端が接続されたスイッチ手段と、
前記スイッチ手段の他端に接続された電流積分手段とを有し、
前記共通コンタクト層の上下にそれぞれ形成された第１、第２の多重量子井戸層の反対側の第１、第２のコンタクト層に第１、第２の電圧を印加し、前記共通コンタクト層と第１のコンタクト層間の電圧と前記共通コンタクト層と第２のコンタクト層間の電圧のいずれか一方を他方より大きくなる様に前記スイッチ手段を所定時間導通させ、前記多重量子井戸層に流れる電流により前記電流積分手段を充電又は放電し、
前記第１、第２のコンタクト層に異なる極性の電圧を印加し、前記第１、第２の多重量子井戸層に流れる電流の差の電流で、前記電流積分手段を充電又は放電することを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１、第２の電圧を第１、第２のコンタクト層に時系列的に交互に印加して、前記異なる波長領域の赤外線に応答して流れる電流量を前記電流積分手段を介して検出することを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記スイッチ手段は、前記多重量子井戸層より大きなコンダクタンスを持つことを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記スイッチ手段は、ソースが前記共通コンタクト層に接続され、ドレインが前記電流積分手段に接続され、ゲートに制御電圧が印加されるトランジスタであることを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【請求項６】
請求項５において、
前記電流積分手段がコンデンサからなり、前記コンデンサが所定電圧にリセットされ、前記多重量子井戸層に流れる電流に応じて変化する前記コンデンサの電圧がソースフォロワトランジスタにより検出されることを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【請求項７】
請求項５において、
前記電流積分手段が演算増幅器の帰還容量からなり、前記帰還容量が放電リセットされ、前記多重量子井戸層に流れる電流に応じて前記演算増幅器の出力電圧が変化することを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【請求項８】
請求項１において、
前記第１、第２のコンタクト層に同じ極性の電圧を印加し、前記第１、第２の多重量子井戸層に流れる電流の和の電流で、前記電流積分手段を充電又は放電することを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の多重量子井戸型赤外光センサを列状又は行列状に配置したことを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線を受光して各種情報を取得する多重量子井戸型赤外光センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
目標物から放射される赤外線を受光して赤外映像を生成し、その目標物に関する各種の情報を取得するシステムが広く利用されている。例えば、地球の地下資源の探査では、人口衛星に搭載した赤外線センサで地球から放射される赤外線の分布を観測し、石油や鉱脈などの探査が行われる。
【０００３】
赤外線センサのなかでも、多重量子井戸型赤外光センサ（ＱＷＩＰ：Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）は、量子井戸の幅を変えて電子の励起レベルを変えることができるので、検出波長域を制御することができる。従って、検出波長域を複数設けた多重量子井戸型赤外光センサで複数の検出波長域の情報を取得すれば、より高次の情報を得ることができると共に、武器誘導用赤外センサや防衛システムなど更に詳細な情報を必要とする分野への応用が期待できる。
【０００４】
図１は、従来の２つの検出波長域を有する多重量子井戸型赤外光センサの概略の構成図である。この多重量子井戸型赤外光センサは、ＧａＡｓ等の基板１１の上に共通電極１４を設け、その上に波長が８〜１０μｍ程度の長波長赤外線（ＬＷＩＲ：Ｌｏｎｇ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ）を検出する第１の多重量子井戸層ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）１を設ける。次に、第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１の上に、コンタクト層１５を介して波長が３〜５μｍ程度の中波長赤外線（ＭＷＩＲ：Ｍｉｄ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ）を検出する第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２を設ける。そして、コンタクト層１５に信号読み出し用のトランジスタＴ１を接続し、第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２の上の電極１６に信号読み出し用のトランジスタＴ２を接続する。
【０００５】
多重量子井戸型赤外光センサは、検出波長域の赤外線を受光すると基底レベルにあった電子が励起レベルに励起され、励起レベルから導電帯に遷移する電子が増加するので、その時にバイアス電圧が印加されていると電流が流れる。
【０００６】
即ち、多重量子井戸型赤外光センサは、バイアス電圧が印加されていると受光する赤外線の量により電流が増減するので、その電流の値を測定することにより受光する赤外線の量を測定することができる。この場合、多重量子井戸型赤外光センサは、受光する赤外線の量により値が変化するインピーダンス素子とみなすことができる。
【０００７】
なお、多重量子井戸層のインピーダンスの値は、基底レベルと励起レベルのエネルギー差に対応しており、このエネルギー差が小さい場合はインピーダンスも小さく、このエネルギー差が大きい場合はインピーダンスも大きくなる。一方、長波長赤外線はエネルギーが小さく、それに対応して長波長赤外線を吸収する多重量子井戸層の基底レベルと励起レベルのエネルギー差は小さい。また、中波長赤外線はエネルギーが大きく、それに対応して中波長赤外線を吸収する多重量子井戸層の基底レベルと励起レベルのエネルギー差は大きい。このため、長波長赤外線（ＬＷＩＲ）を検出する第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１のインピーダンスＲ１は小さく、中波長赤外線（ＭＷＩＲ）を検出する第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２のインピーダンスＲ２は大きくなり、しかもその差が極めて大きくなるので、
Ｒ１≪Ｒ２
が成立する。
【０００８】
従って、図１（１）に示すように共通電極１４からバイアス電圧Ｖ０を印加し、トランジスタＴ１を導通しトランジスタＴ２を非導通にすると、バイアス電圧Ｖ０は第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１だけに印加され、長波長赤外線（ＬＷＩＲ）が検出される（図１（２）参照）。
【０００９】
一方、トランジスタＴ１を非導通にしトランジスタＴ２を導通すると、バイアス電圧は、インピーダンスＲ２が大きい第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２に大部分が印加され、インピーダンスＲ１が小さい第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１にはほとんど印加されない。また、赤外線を受光したことによるインピーダンスの変化は、インピーダンスＲ２が大きい第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２の影響が支配的になり、中波長赤外線（ＭＷＩＲ）の受光だけを検出することができる。
【００１０】
このように、従来の多重量子井戸型赤外光センサは、２つの多重量子井戸層ＭＱＷ１、ＭＱＷ１のインピーダンスＲ１、Ｒ２の違いを利用し、２つの検出波長に対応した信号を時系列的に読み出していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多重量子井戸型赤外光センサは、波長８〜１０μｍ程度の長波長赤外線（ＬＷＩＲ）と波長３〜５μｍ程度の中波長赤外線（ＭＷＩＲ）とで多重量子井戸層のインピーダンスが２桁程度異なる点を利用して、それぞれの信号を読み出していた。
【００１２】
しかしながら、検出波長が８〜９μｍの多重量子井戸層と検出波長が９〜１０μｍの多重量子井戸層を積層した場合は、検出波長域が近接し、多重量子井戸層のインピーダンスの違いも減少する。このため、２つの多重量子井戸層の信号はお互いに変調を受け、２つの信号間のクロストークが増大し、異なる波長毎の情報の取得が困難になる。
【００１３】
そこで、本発明は、複数の検出波長域が近接している場合でも、それぞれの検出波長域からの信号を、クロストークを生じることなく独立して取得することができると共に、各信号の和信号及び差信号を直接取得することができる多重量子井戸型赤外光センサを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、赤外線の異なる波長領域にそれぞれ感度を有する複数の多重量子井戸層を共通コンタクト層を介して積層した多重量子井戸型赤外光センサにおいて、前記共通コンタクト層に一端が接続されたスイッチ手段と、前記スイッチ手段の他端に接続された電流積分手段とを有し、前記共通コンタクト層の上下にそれぞれ形成された第１、第２の多重量子井戸層の反対側の第１、第２のコンタクト層に第１、第２の電圧を印加し、前記共通コンタクト層と第１のコンタクト層間の電圧と前記共通コンタクト層と第２のコンタクト層間の電圧のいずれか一方を他方より大きくなる様に前記スイッチ手段を所定時間導通させ、前記多重量子井戸層に流れる電流により前記電流積分手段を充電又は放電することを特徴とする多重量子井戸型赤外光センサを提供することにより達成される。
【００１５】
本発明によれば、電極とスイッチ手段により、検出波長域の異なる多重量子井戸層に個別にバイアス電圧を印加することができるので、バイアス電圧が印加された多重量子井戸層の信号だけを、クロストークなく検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例について図面に従って説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
図２は、本実施の形態の２つの検出波長域を有する多重量子井戸型赤外光センサの原理構成図と等価回路である。本実施の形態の多重量子井戸型赤外光センサは、ＧａＡｓ等の基板１１の上に第１の電極（第１のコンタクト層）１７を設け、その上に波長が８〜１０μｍ程度の長波長赤外線（ＬＷＩＲ）を検出する第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１を設ける。次に、第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１の上に、共通コンタクト層１８を介して波長が３〜５μｍ程度の中波長赤外線（ＭＷＩＲ）を検出する第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２を設ける。そして、共通コンタクト層１８にスイッチ手段として信号読み出し用のトランジスタＴ３を接続し、第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２の上に第２の電極（第２のコンタクト層）１９を設ける。そして、スイッチ手段Ｔ３の他端には、多重量子井戸層ＭＱＷ１、ＭＱＷ２に流れる電流を積分するコンデンサＣｉｎｔが接続される。
【００１８】
前述のように、多重量子井戸層ＭＱＷ１、ＭＱＷ２は、赤外線入力で変調される抵抗体Ｒ１、Ｒ２と見なすことができ、図２（１）の多重量子井戸型赤外光センサは、図２（２）の等価回路で表すことができる。
【００１９】
次に、図２（２）により本実施の形態の多重量子井戸型赤外光センサの動作について説明する。本実施の形態の多重量子井戸型赤外光センサは、予めコンデンサＣｉｎｔを所定電圧で充電しておき、第１の電極１７又は第２の電極１９のどちらか一方にバイアス電圧Ｖ１又はＶ２を印加する。その状態でトランジスタＴ３のゲート電極に制御電圧Ｖｇを印加し、所定時間ΔＴだけトランジスタＴ３を導通させる。
【００２０】
多重量子井戸層ＭＱＷ１、ＭＱＷ２は、バイアス電圧が印加されている場合だけ検出波長域の赤外線の強度に応じた電流が流れ、コンデンサＣｉｎｔに充電されていた容量を放電又は充電するので、所定時間ΔＴの間のコンデンサＣｉｎｔの電圧の低下又は上昇を測定すれば、多重量子井戸層で受光した赤外線の強度が検出できる。
【００２１】
この場合、トランジスタＴ３のゲート電極には、トランジスタＴ３のゲート・ソース間の閾値電圧Ｖｔに近い制御電圧Ｖｇが印加される。そしてトランジスタＴ３のコンダクタンスは十分大きく（インピーダンスは十分小さく）制御される。従って、多重量子井戸層ＭＱＷ１とＭＱＷ２の接続点Ｎ１の電圧は、制御電圧Ｖｇ（≒Ｖｔ）からゲート・ソースの閾値電圧Ｖｔだけ下がった電圧、即ち略０〔Ｖ〕になる。
【００２２】
従って、図２（３）ａに示すように、第１の電極１７にＶ１＝−２〔Ｖ〕、第２の電極１９にＶ２＝０〔Ｖ〕を印加すると、多重量子井戸層ＭＱＷ１には２〔Ｖ〕のバイアス電圧が印加されて放電電流Ｉ１が流れるが、多重量子井戸層ＭＱＷ２にはバイアス電圧がほとんど印加されないので電流はほとんど流れない。逆に、図２（３）ｂに示すように、第２の電極１９にＶ２＝−２〔Ｖ〕、第１の電極１７にＶ１＝０〔Ｖ〕を印加すると、多重量子井戸層ＭＱＷ２には２〔Ｖ〕のバイアス電圧が印加されて放電電流が流れるが、多重量子井戸層ＭＱＷ１にはバイアス電圧がほとんど印加されないので電流はほとんど流れない。
【００２３】
このように多重量子井戸層ＭＱＷ１とＭＱＷ２の接続点Ｎ１の電圧が０〔Ｖ〕の近傍に固定されることを特性図により説明する。図３は、多重量子井戸層ＭＱＷ１（Ｒ１）にバイアス電圧Ｖ１を印加した場合の動作点の説明図である。トランジスタＴ３のソース電圧Ｖｓを横軸にとり、トランジスタＴ３に流れる電流Ｉｔを縦軸にとると、電流Ｉｔは、ソース電圧Ｖｓが（Ｖｇ−Ｖｔ）以下の領域で特性曲線２０のように急峻に立ち上がる。即ち、トランジスタＴ３のインピーダンスは十分小さくなる。ここに、Ｖｇ、Ｖｔは、トランジスタＴ３のゲート電圧及び閾値電圧である。
【００２４】
また、多重量子井戸層ＭＱＷ１に流れる電流Ｉ１は、抵抗値Ｒ１に対応する直線２１により表されるため、特性曲線２０と直線２１の交点（Ｉｔ＝Ｉ１の点）が動作点２２となる。従って、トランジスタＴ３のインピーダンスがＲ１より十分小さい範囲で、バイアス電圧Ｖ１がＶ１’に変動したり、Ｒ１がＲ１’、Ｒ１’’と変動しても、動作点２２の電圧Ｖｓは０〔Ｖ〕近傍に固定される。
【００２５】
図４は、多重量子井戸層ＭＱＷ１（Ｒ１）にバイアス電圧Ｖ１を印加し、多重量子井戸層ＭＱＷ２（Ｒ２）にＶ１と逆極性のバイアス電圧Ｖ２を印加した場合の動作点の説明図である。電流Ｉ１は抵抗値Ｒ１に対応する直線２５により表され、電流Ｉ２は抵抗値Ｒ２に対応する直線２６により表される。トランジスタＴ３には電流Ｉ１から電流Ｉ２を引いた電流Ｉｔが流れるため、この場合の動作点２２は、特性曲線２０と直線２７の交点となる。従って、この場合は、Ｉ１＞Ｉ２となる条件で、動作点２２の電圧Ｖｓは０〔Ｖ〕近傍に固定される。
【００２６】
このように、本実施の形態の多重量子井戸型赤外光センサは、動作点２２の電圧Ｖｓが０〔Ｖ〕近傍に固定され、多重量子井戸層の第１、第２の電極の電圧Ｖ１、Ｖ２を図２（３）の様に制御することにより、検出波長域の異なる多重量子井戸層に個別にバイアス電圧を印加することができる。従って、バイアス電圧が印加された多重量子井戸層の信号だけを、クロストークなく検出することができる。
【００２７】
図５は、多重量子井戸層を４層で構成した多重量子井戸型赤外光センサの概略図である。この場合は、異なる検出波長域を有する第１〜第４の多重量子井戸層ＭＱＷ１、ＭＱＷ２、ＭＱＷ３、ＭＱＷ４を積層し、第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１の上端に電圧Ｖ３を印加する電極３０を設け、第２、第３の多重量子井戸層ＭＱＷ２とＭＱＷ３の接続点に電圧Ｖ４を印加する電極３１を設け、第４の多重量子井戸層ＭＱＷ４の下端に電圧Ｖ５を印加する電極３２を設ける。そして、第１、第２の多重量子井戸層ＭＱＷ１とＭＱＷ２の共通コンタクト層に対応する接続点Ｎ２にトランジスタＴ４を接続し、第３、第４の多重量子井戸層ＭＱＷ３とＭＱＷ４の共通コンタクト層に対応する接続点Ｎ３にトランジスタＴ５を接続する。
【００２８】
本構成の多重量子井戸型赤外光センサによれば、４つの異なる波長域の赤外線を、個別にクロストークなく検出することができる。即ち、第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１の検出波長域の赤外線ＩＲ１を検出する場合は、図５（２）ａに示すように、Ｖ３＝−２〔Ｖ〕、Ｖ４＝Ｖ５＝０〔Ｖ〕、トランジスタＴ４をＯＮ、トランジスタＴ５をＯＦＦとする。この場合、前述のようにトランジスタＴ４のゲート電圧ＶｇをトランジスタＴ４の閾値電圧Ｖｔに略等しくすれば、接続点Ｎ２の電圧は略０〔Ｖ〕になり、多重量子井戸層ＭＱＷ１の信号だけを検出することができる。
【００２９】
なお、第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２の検出波長域の赤外線ＩＲ２を検出する場合は、図５（２）ｂに示すようにＶ４＝−２〔Ｖ〕、Ｖ３＝Ｖ５＝０〔Ｖ〕、トランジスタＴ４をＯＮ、トランジスタＴ５をＯＦＦとし、第３の多重量子井戸層ＭＱＷ３の検出波長域の赤外線ＩＲ３を検出する場合は、図５（２）ｃに示すようにＶ４＝−２〔Ｖ〕、Ｖ３＝Ｖ５＝０〔Ｖ〕、トランジスタＴ４をＯＦＦ、トランジスタＴ５をＯＮとし、第４の多重量子井戸層ＭＱＷ４の検出波長域の赤外線ＩＲ４を検出する場合は、図５（２）ｄに示すようにＶ５＝−２〔Ｖ〕、Ｖ３＝Ｖ４＝０〔Ｖ〕、トランジスタＴ４をＯＦＦ、トランジスタＴ５をＯＮとする。
【００３０】
図６は、本発明の第１の実施の形態の多重量子井戸型赤外センサの単位セル３５の構成図である。本実施の形態の多重量子井戸型赤外センサは、図２（２）と同様に、赤外線ＩＲ１を検出する第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１と、赤外線ＩＲ２を検出する第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２と、信号読み出し用のトランジスタＴ３と、コンデンサＣｉｎｔとを有し、更に、コンデンサＣｉｎｔを予め充電するリセットトランジスタＴ６と、コンデンサＣｉｎｔの充電電圧を低インピーダンスで取り出すソースフォロワトランジスタＴ７とを有する。
【００３１】
赤外線を検出する場合は、まずトランジスタＴ６のゲートにリセット信号ΦＲを入力してトランジスタＴ６を導通させ、コンデンサＣｉｎｔを例えば５〔Ｖ〕の電源Ｖｄｄで予め充電する。そして、前述のように、電圧Ｖ１、Ｖ２を制御して検出する波長域の多重量子井戸層ＭＱＷ１又はＭＱＷ２にバイアス電圧を印加する。
【００３２】
次に、トランジスタＴ３のゲートに制御電圧Ｖｇを入力してトランジスタＴ３を所定時間だけ導通させる。制御電圧Ｖｇは、前述のようにトランジスタＴ３のゲート・ソース間の閾値電圧Ｖｔにほぼ等しくする。従って、ＭＱＷ１とＭＱＷ２の接続点Ｎ１はほぼ０〔Ｖ〕に固定され、バイアス電圧を印加した多重量子井戸層の赤外線の受光量に応じた電流量だけを検出することができる。コンデンサＣｉｎｔの充電電荷は、バイアス電圧を印加した多重量子井戸層に流れる電流Ｉ１またはＩ２により放電されるので、コンデンサＣｉｎｔの電圧Ｖｃは、所定時間後、受光した赤外線の強度に対応した電圧になる。その電圧ＶｃがソースフォロワトランジスタＴ７のソース端子から低インピーダンスで取り出される。
【００３３】
なお、図６では、ソースフォロワトランジスタＴ７の出力は、水平走査線Ｗ１、垂直走査線Ｗ２で選択されたトランジスタＴ１０、Ｔ１１を介して出力されるが、この点については後述する。
【００３４】
図７は、本発明の第２の実施の形態の多重量子井戸型赤外センサの単位セル３５構成図である。本実施の形態の多重量子井戸型赤外センサは、赤外線ＩＲ１を検出する第１の多重量子井戸層ＭＱＷ１と、赤外線ＩＲ２を検出する第２の多重量子井戸層ＭＱＷ２と、スイッチ手段として動作するトランジスタＴ１３とを有し、更に、検出電流を積分するコンデンサＣｉｎｔと、演算増幅器ＯＰ１と、リセットトランジスタＴ１４とを有する。
【００３５】
本実施の形態の多重量子井戸型赤外センサは、まず、トランジスタＴ１４のゲートにリセット信号ΦＲを入力して導通させ、コンデンサＣｉｎｔの充電電荷を放電する。そして、前述のように電圧Ｖ１、Ｖ２を制御して検出する波長域の多重量子井戸層だけにバイアス電圧を印加する。なお、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子（＋）には仮想接地となる基準電圧Ｖｒｅｆ≒０〔Ｖ〕を印加する。
【００３６】
次に、トランジスタＴ１３のゲートに入力信号Ｖｉｎを入力し、トランジスタＴ１３を所定時間だけ導通させる。この場合、トランジスタＴ１３はスイッチとして動作し、その電圧降下はほぼゼロになる。従って、ＭＱＷ１とＭＱＷ２の接続点Ｎ１は基準電圧Ｖｒｅｆの０〔Ｖ〕と等しくなり、その状態を維持する様にコンデンサＣｉｎｔへの充電又は放電が行われる。即ち、コンデンサＣｉｎｔは、バイアス電圧が印加された多重量子井戸層に流れる電流に応じて、演算増幅器ＯＰ１の出力端子から矢印３６の方向に充電されるので、コンデンサＣｉｎｔの電圧は、所定時間後、受光した赤外線の強度に対応した電圧になる。従って、バイアス電圧を印加した多重量子井戸層の赤外線の受光だけを検出することができる。
【００３７】
図８は、本発明の第３の実施の形態の多重量子井戸型赤外センサの構成図であり、図８（１）は多重量子井戸型赤外センサの単位セル３５を一次元アレイに構成した例を示し、図８（２）は単位セル３５を二次元アレイに構成した例を示す。
【００３８】
図８（１）の一次元アレイは、単位セル３５として、例えば図７に示した第２の実施の形態の多重量子井戸型赤外センサを使用する。そして、単位セル３５から出力される信号電圧を、シフトレジスタ４０で順次駆動されるスイッチングトランジスタＴ２０を介して共通バス配線４５に出力する。
【００３９】
図８（２）の二次元アレイは、例えば、４行と４列に配置された単位セル３５として図６に示した第１の実施の形態の多重量子井戸型赤外センサを使用する。そして、単位セル３５から出力される信号電圧を、垂直シフトレジスタ４３で駆動されるスイッチングトランジスタＴ１０を介して垂直バス配線４６に出力し、垂直バス配線４６の信号を水平スフトレジスタ４４で駆動されるスイッチングトランジスタＴ１１を介して出力バス配線４７に出力することによって、信号多重化を行う。なお、バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２は電源４１、４２から供給され、トランジスタＴ１２は負荷となる電流源である。
【００４０】
図９は、本発明の実施の形態の多重量子井戸型赤外センサに付加される電流減算回路の説明図である。多重量子井戸層ＭＱＷ１、ＭＱＷ２は、赤外線を受光した場合に検出電流Ｉ１、Ｉ２が流れるが、赤外線を受光していない場合にも熱励起による暗電流が流れる。そこで本実施の形態の多重量子井戸型赤外センサは、電流減算回路を付加して暗電流によるオフセット分をキャンセルし、検出のダイナミックレンジを大きくするものである。
【００４１】
図９（１）は、本実施の形態の電流減算回路の原理構成図で、電流源５０から多重量子井戸層ＭＱＷ１、ＭＱＷ２の接続点Ｎ１に暗電流に等しい電流Ｉｓを供給する。従って、トランジスタＴ３を流れる信号電流Ｉｉｎは、電流Ｉ１とＩ２の和から電流Ｉｓを引いた値になり、信号電流Ｉｉｎから暗電流によるオフセット分をキャンセルすることができる。
【００４２】
図９（２）は、抵抗により構成した電流減算回路を示し、ノードＮ１に電源Ｖｓに接続された抵抗Ｒを接続し、暗電流に等しい電流Ｉｓ＝Ｖｓ／Ｒを供給するものである。また、図９（３）は、ＭＯＳトランジスタにより構成した電流減算回路を示し、ノードＮ１に電源Ｖｄｄに接続されたｐ型のＭＯＳトランジスタＴ２１を接続し、その飽和電流Ｉｓにより暗電流を供給するものである。
【００４３】
また、図９（３）は、スイッチと容量により構成した電流減算回路を示し、ノードＮ１にスイッチトランジスタＴ２２、Ｔ２３とキャパシタＣｓによるスイッチドキャパシタ回路を接続し、暗電流に等しい電流Ｉｓを供給するものである。即ち、スイッチトランジスタＴ２２は、タイミング信号Φｓにより導通し電源Ｖｓからの電流でキャパシタＣｓを充電する。スイッチトランジスタＴ２３は、反転タイミング信号Φｓ／により導通しキャパシタＣｓからの放電電流をノードＮ１に供給する。この放電電流Ｉｓを暗電流と等しくする。なお、タイミング信号Φｓの周波数をｆとすると、キャパシタＣｓに充電される電荷はＱｓ＝Ｃｓ・Ｖｓになるので、放電電流Ｉｓ＝Ｃｓ・Ｖｓ・ｆになる。
【００４４】
図１０は、本実施の形態の多重量子井戸型赤外センサにおける信号読み出しモードの説明図である。本実施の形態では、各多重量子井戸層のバイアス電圧を制御することにより、各多重量子井戸層の検出電流を個別にクロストークなく読み出すことができると共に、各検出電流の和及び差も直接読み出すことができ、多重量子井戸型赤外センサの構成を簡素化することができる。
【００４５】
図１０（１）は、多重量子井戸層ＭＱＷ１の電流Ｉ１を読み出す場合で、電極１７に電圧Ｖ１＝−２〔Ｖ〕、電極１９に０〔Ｖ〕を印加する。この場合、前述のようにノードＮ１はほぼ０〔Ｖ〕に固定され、多重量子井戸層ＭＱＷ１だけにバイアス電圧が印加されるので、トランジスタＴ３には電流Ｉｉｎ＝Ｉ１が流れ、多重量子井戸層ＭＱＷ１だけを読み出すことができる。
【００４６】
図１０（２）は、多重量子井戸層ＭＱＷ２の電流Ｉ２を読み出す場合で、電極１７に０〔Ｖ〕、電極１９に電圧Ｖ２＝−２〔Ｖ〕を印加する。この場合、トランジスタＴ３には電流Ｉｉｎ＝Ｉ２が流れ、多重量子井戸層ＭＱＷ２だけを読み出すことができる。
【００４７】
図１０（３）は、多重量子井戸層ＭＱＷ１の電流Ｉ１と多重量子井戸層ＭＱＷ２の電流Ｉ２の和の電流を読み出す場合で、電極１７に電圧Ｖ１＝−２〔Ｖ〕、電極１９に電圧Ｖ２＝−２〔Ｖ〕を印加する。この場合もノードＮ１の電圧はほぼ０〔Ｖ〕に固定されるので、多重量子井戸層ＭＱＷ１及び多重量子井戸層ＭＱＷ２の両方にバイアス電圧が印加され、トランジスタＴ３には電流Ｉｉｎ＝Ｉ１＋Ｉ２が流れ、多重量子井戸層ＭＱＷ１と多重量子井戸層ＭＱＷ２の和信号を読み出すことができる。
【００４８】
図１０（４）は、多重量子井戸層ＭＱＷ１の電流Ｉ１と多重量子井戸層ＭＱＷ２の電流Ｉ２の差の電流を読み出す場合で、電極１７に電圧Ｖ１＝−２〔Ｖ〕、電極１９に電圧Ｖ２＝＋２〔Ｖ〕を印加する。この場合もノードＮ１の電圧はほぼ０〔Ｖ〕に固定されるので、多重量子井戸層ＭＱＷ１と多重量子井戸層ＭＱＷ２に逆極性のバイアス電圧が印加され、トランジスタＴ３には電流Ｉｉｎ＝Ｉ１−Ｉ２が流れ、多重量子井戸層ＭＱＷ１と多重量子井戸層ＭＱＷ２の差信号を読み出すことができる。
【００４９】
図１１は、本発明の実施の形態の多重量子井戸型赤外センサの実施形態の一例を示す説明図である。図１１（１）に示すような遠方の目標５１を探知するためには、和信号モードで探索を行う。和信号モードでは２波長域の信号が加算されるため、高いＳ／Ｎ比を実現でき、遠方の目標５１の追尾が可能になる。
【００５０】
図１１（１）に示すように、目標５１が接近して信号強度が強くなれば、それぞれの波長域の信号を個別に取得し、それぞれの信号を比べてその特徴から目標５１を識別・類別することが可能になる。目標５１がさらに接近した場合は、差信号モードによりそれぞれの波長域の信号の差を検出し、目標５１の詳細構造を認識することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、複数の検出波長域が近接している場合でも、それぞれの検出波長域からの信号を、クロストークを生じることなく独立して読み出すことができると共に、各信号の和信号及び差信号を直接読み出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の多重量子井戸型赤外光センサの概略構成図である。
【図２】本発明の多重量子井戸型赤外光センサの原理構成図と等価回路である。
【図３】本発明の多重量子井戸型赤外光センサの動作点の説明図（I）である。
【図４】本発明の多重量子井戸型赤外光センサの動作点の説明図（II）である。
【図５】本発明の多層構成の多重量子井戸型赤外光センサの概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の多重量子井戸型赤外光センサの構成図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の多重量子井戸型赤外光センサの構成図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の多重量子井戸型赤外光センサの構成図である。
【図９】本発明の実施の形態における電流減算回路の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態における信号読出モードの説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態の多重量子井戸型赤外光センサの実施形態の説明図である。
【符号の説明】
ＭＱＷ  多重量子井戸層
ＬＷＩＲ  長波長赤外線
ＭＷＩＲ  中波長赤外線
１７、１９  電極
１８  コンタクト層
Ｔ３、Ｔ６、Ｔ７  トランジスタ
Ｃｉｎｔ  積分コンデンサ
３５  単位セル
ＯＰ１  演算増幅器
４３  垂直シフトレジスタ
４４  水平シフトレジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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