JP2016162989A - 量子閉じ込め構造光検知器及び赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】量子閉じ込め構造光検知器及び赤外線撮像装置に関し、暗電流を増加させることなく検出感度を高める。【解決手段】量子閉じ込め構造を有する受光部の近傍に前記受光部にキャリアをトンネル注入する障壁層／井戸層／障壁層の積層構造を有する量子井戸構造を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、量子閉じ込め構造光検知器及び赤外線撮像装置に関するものであり、例えば、感度を高めるとともに暗電流を低減した量子閉じ込め構造光検知器及び赤外線撮像装置に関するものである。

量子型光検知器は、光に対し感度を有する量子閉じ込め構造を有する活性層と、その両端に形成された電極層によって構成される。量子型光検知器に光が入射すると、活性層において光電変換され、量子型光検知器に光電流が流れる。この量子型光検知器に流れる電流の変化を読み取ることで光信号を検出する。

量子型光検知器としては、活性層として１次元量子閉じ込め構造を有する量子井戸構造を用いた量子井戸型光検知器や、活性層として３次元量子閉じ込め構造を有する量子ドット型光検知器が知られている（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。

この内、量子ドット型光検知器は、量子ドットをバンドギャップがより大きい中間層に埋め込むことで３次元閉じ込め構造の活性層を備えている。ここで、図８を参照して従来の量子ドット型光検知器を説明する。

図８は従来の量子ドット型光検知器の概略的断面図であり、ここでは、１画素として説明するが、実際にはこの画素が２次元マトリクス状に配置されて赤外線撮像素子となっている。図８に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板８１上に、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層８２を介して、ＧａＡｓ下地層８３、ＩｎＡｓ量子ドット８４及びＧａＡｓ中間層８５を順次堆積する。なお、ＩｎＡｓ量子ドット８４は、通常は、ストランスキ−クラスタノフ（ＳＫ）成長モードで形成するためにＩｎＡｓ量子ドット８４が発生する前にウェット層が形成されるがここでは、図示は省略する。

次いで、ＩｎＡｓ量子ドット８４及びＧａＡｓ中間層８５を必要とする層数だけ繰り返して成長させたのち、ｎ型ＧａＡｓ上部電極層８６を形成する。次いで、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層８２に下部電極８７を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ上部電極層８６に上部電極８８を設け、これらの電極間にバイアス電源８９及び電流計９０を接続する。

光が量子ドット構造を有する活性層に入射すると、ＩｎＡｓ量子ドット８４の量子準位に捕獲されている束縛キャリアが入射光を吸収して励起され、束縛から脱する。バイアス電源８９により印加された電圧により束縛から脱した光励起キャリアが電極に集められ、光電流を形成する。この光電流の変化を電流計で検知することによって光信号が検出される。

特開２００７−３０５７０５号公報 特開２０１２−１０９４３４号公報

しかし、従来の量子ドット型光検知器では光検知感度と雑音の増大とがトレードオフの関係にあるので、この事情を図９を参照して説明する。図９は従来の量子ドット型光検知器の問題点の説明図である。図９（ａ）に示すように、入射する光９３が少ない場合には、光吸収はあまり生じずに、量子ドットの量子準位９１に捕獲された束縛電子９２の一部が励起されて光励起電子９４となる。

図９（ｂ）に示すように、入射する光９３が増えると多くの束縛電子９２が励起されて光励起電子９４となって光電流を形成する。その結果、量子準位９１に捕獲される束縛電子９２が減少するため光吸収の減少につながり、光吸収が起こるほど束縛電子９２が減少して検知器感度が低下するという問題がある。

このような束縛電子の減少に伴う光検知器の感度低下を抑制する方法として、不純物ドーピングなどにより、もともとの束縛電子を多くすることが考えられる。しかし、図９（ｃ）に示すように、この方法では束縛電子９２が熱９５による熱的励起によって束縛を脱して熱励起電子９６となる量が増加する。このような熱的励起により脱出した熱励起電子９６は暗電流を形成して光検知器の雑音の原因となるため、これはかえってＳ／Ｎを低下させてしまうことになる。なお、このような事情は、活性層として一次元量子閉じ込め構造の量子井戸構造を用いた場合も同様であり、また、束縛キャリアとして正孔を用いた場合も同様である。

したがって、量子閉じ込め構造光検知器及び赤外線撮像装置において、暗電流を増加させることなく検出感度を高めることを目的とする。

開示する一観点からは、量子閉じ込め構造を有する受光部と、前記受光部の近傍に設けられて前記受光部にキャリアをトンネル注入する障壁層／井戸層／障壁層の積層構造を有する量子井戸構造とを有し、前記障壁層の禁制帯幅が、受光部の量子閉じ込め構造を形成する中間層の禁制帯幅より大きいことを特徴とする量子閉じ込め構造光検知器が提供される。

また、開示する別の観点からは、上述の量子閉じ込め構造光検知器を二次元格子状に配列した赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子の各画素に対応するバイアス兼スイッチング用のトランジスタを二次元格子状に配列した信号処理回路基板と、前記各画素と前記各トランジスタを１：１で接続する突起状電極とを有することを特徴とする赤外線撮像装置が提供される。

開示の量子閉じ込め構造光検知器及び赤外線撮像装置によれば、暗電流を増加させることなく検出感度を高めることが可能になる。

本発明の実施の形態の量子閉じ込め構造光検知器の概略的断面図である。 本発明の実施の形態の量子閉じ込め構造光検知器の動作原理の説明図である。 本発明の実施例１の量子ドット型光検知器の概略的断面図である。 本発明の実施例１の量子ドット型光検知器の動作原理の説明図である。 本発明の実施例１の量子ドット型光検知器を搭載した赤外線撮像装置の一部切り欠き斜視図である。 本発明の実施例２の量子閉じ込め構造光検知器の概略的断面図である。 本発明の実施例２の量子閉じ込め構造光検知器の動作原理の説明図である。 従来の量子ドット型光検知器の概略的断面図である。 従来の量子ドット型光検知器の問題点の説明図である。

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の量子閉じ込め構造光検知器を説明する。図１は、本発明の実施の形態の量子閉じ込め構造光検知器の概略的断面図である。本発明の実施の形態の量子閉じ込め構造光検知器は、量子閉じ込め構造を有する受光部７と、受光部７の近傍に設けられて受光部７にキャリアをトンネル注入する障壁層４／井戸層５／障壁層６の積層構造を有する量子井戸構造３を備えている。この時、キャリアの注入源となる量子井戸構造３の障壁層４，６の禁制帯幅を、受光部７の量子閉じ込め構造を形成する中間層８，１０の禁制帯幅より大きくして、熱励起キャリアの発生を抑制する。キャリアがトンネル注入する距離は１０ｎｍ以下であり、より好適には８ｎｍ以下とする。

量子閉じ込め構造を有する受光部７としては、量子井戸構造３の障壁層６を利用して、障壁層６とバリア層として作用する中間層１０に挟まれた井戸層を有する１次元量子閉じ込め構造を有する受光部を用いても良い。この場合には、典型的には、受光部７をＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層構造とし、量子井戸構造３をＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層構造とする。

或いは、量子閉じ込め構造を有する受光部７として、中間層８，１０に挟まれた量子ドット９を有する３次元量子閉じ込め構造を有する受光部を用いても良い。この場合には、典型的には、中間層８，１０をＡｌＧａＡｓ層とし、量子ドット９をＩｎＡｓ量子ドットとする。また、量子井戸構造３を、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層構造とする。なお、基板側の中間層８は量子ドット９を形成する際の下地層となる。

また、障壁層４／井戸層５／障壁層６の積層構造を有する量子井戸構造３の井戸層５に、井戸層５に捕獲されるキャリアと同導電型の導電型決定不純物をドープすることが望ましく、それによって受光部７に供給するキャリアを多くすることができる。

また、量子閉じ込め構造を有する受光部７は、光検知時のキャリアの流れに関して量子井戸構造３の下流側に配置する。なお、上記の特許文献１の場合も量子閉じ込め構造を有する受光部と量子井戸構造を近接配置しているが、受光部における電位障壁の低下を目的とするものであるため、本発明とは逆に受光部の下流側に量子井戸構造を設けている。

また、受光感度を高めるために、量子閉じ込め構造を有する受光部７と量子井戸構造３を交互に複数層積層することが一般的であり、積層数としては、５〜１００とする。この場合、受光部７と、光検知時のキャリアの流れに関して受光部７より下流側に配置された量子井戸構造３との間に、中間層１０の禁制帯幅から障壁層４の禁制帯幅まで連続的に禁制帯幅が変化する傾斜禁制帯幅層１１を設けることが望ましい。この傾斜禁制帯幅層１１により光励起されたキャリアの流れをスムーズにすることができる。

上述の量子閉じ込め構造光検知器を二次元格子状に配列することで赤外線撮像素子となる。また、この赤外線撮像素子と赤外線撮像素子の各画素に対応するバイアス兼スイッチング用のトランジスタを二次元格子状に配列した信号処理回路基板とを突起状電極で１：１に接続することで赤外線撮像装置が形成される。

図２は、本発明の実施の形態の量子閉じ込め構造光検知器の動作原理の説明図であり、ここでは、キャリアを電子にした場合を説明するが、キャリアを正孔にした場合には、価電子帯側において同様の状態になる。図２（ａ）は光入射のない場合のバンド構造図であり、量子井戸構造３及び量子閉じ込め構造を有する受光部７のそれぞれに束縛電子１７，１８が捕獲された状態になっている。この時、量子井戸構造３の障壁層（４，６）の禁制帯幅を受光部７の中間層（８，１０）の禁制帯幅より大きくしているので、伝導帯側において両者の間にΔＥ_Ｃのギャップが形成される。

図２（ｂ）に示すように、入射光１９が受光部７に入射すると、受光部７に捕獲されていた束縛電子（１７）が光を吸収して励起されて光励起電子２０になって束縛状態から脱する。量子準位が空位になった受光部７には量子井戸構造３の束縛電子１８がトンネル効果によって注入されて空位になっていた量子準位に捕獲される。したがって、光吸収による束縛電子１７の減少を補っているので、検知器感度低下が抑制される。また、隣接する量子井戸構造３に捕獲されている束縛電子１８は井戸層（５）を挟む障壁層（４，６）の高いエネルギー障壁により熱的励起が抑制される。その結果、量子井戸構造３を設けたことに起因する暗電流増加は低く抑えられる。

次に、図３乃至図５を参照して、本発明の実施例１の量子ドット型光検知器を説明する。図３は本発明の実施例１の量子ドット型光検知器の概略的断面図である。図３に示すように、分子線エピタキシー法を用いて、半絶縁性ＧａＡｓ基板２１上に、厚さが１０００ｎｍで、Ｓｉ濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型ＧａＡｓ下部電極層２２を成膜する。この時の基板温度は６００℃とする。

引き続いて、基板温度を４８５℃として、厚さが５０ｎｍのｉ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓバリア層２３、厚さが３ｎｍでＳｉ濃度が４×１０^１７ｃｍ^−３のｎ型Ｉｎ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ井戸層２４及び厚さが５ｎｍのｉ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓバリア層２５を順次成膜する。この積層構造が電子を量子ドットにトンネル注入する量子井戸構造となる。

引き続いて、厚さが３ｎｍのｉ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ下地層２６を成膜する。次いで、成長速度を０．２分子層／秒としてＩｎＡｓを２．０分子層分供給する。ある程度の量を供給することによりＩｎＡｓに加わる圧縮歪が増し、ＩｎＡｓが３次元成長をしてＩｎＡｓ量子ドット２７が自己形成される。引き続いて、厚さが１０ｎｍのｉ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ中間層２８を成膜する。この積層構造が３次元量子閉じ込め構造である量子ドットを有する受光部となる。

次いで、厚さが１００ｎｍのｉ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成層２９を成膜する。このｉ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成層２９は、Ａｌ組成比が０．１から０．２に滑らかに変わるようにＡｌ組成比を調整しながら成長させる。

次いで、ｉ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓバリア層２３乃至ｉ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成層２９の積層構造を９回繰り返して合計で１０段の積層構造を形成した後、厚さが５０ｎｍのｉ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ層３０を成膜する。次いで、基板温度を４８５℃から６００℃に昇温したのち、厚さが１０００ｎｍでＳｉ濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型ＧａＡｓ上部電極層３１を成膜する。

次いで、標準的なリソグラフィー及びドライエッチングによりｎ型ＧａＡｓ下部電極層２２までの掘削を行って画素を形成し、次いで、蒸着法を用いてＡｕＧｅ及びＡｕを順次成膜してＡｕＧｅ／Ａｕ積層構造の下部電極３２及び上部電極３３を形成する。下部電極３２と上部電極３３との間に下部電極３２が陰極、上部電極３３が陽極となるようにバイアス電源３４を接続して電極間に電位差を加えておき、その間に流れる電流を電流計３５で計測すると、光入射時の電流変化を観測することができる。

図４は、本発明の実施例１の量子ドット型光検知器の動作原理の説明図であり、図４（ａ）は無バイアス状態の伝導帯側のバンドダイヤグラムであり、図４（ｂ）は、光検知時の伝導帯側のバンドダイヤグラムである。図４（ａ）に示すように、ｎ型Ｉｎ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ井戸層２４の量子準位及びＩｎＡｓ量子ドット２７の量子準位に電子が捕獲された状態になっている。

図４（ｂ）に示すように、バイアス電圧が印加された状態で光が入射するとＩｎＡｓ量子ドット２７において光吸収が生じて励起された電子がＩｎＡｓ量子ドット２７から飛び出して光電流となる。この時、電子の流れに関して上流側にあるｎ型Ｉｎ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ井戸層２４の量子準位に捕獲されている電子が厚さが５ｎｍのｉ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓバリア層２５及び厚さが３ｎｍのｉ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ下地層２６をトンネルしてＩｎＡｓ量子ドット２７に注入される。注入された電子はＩｎＡｓ量子ドット２７の空位になっている量子準位に捕獲されて光吸収が可能な状態となる。

このように、本発明の実施例１の量子ドット型光検知器においては、受光部となるＩｎＡｓ量子ドット２７の上流側に電子をトンネル注入する量子井戸構造を設けているので光吸収に伴う電子の減少による検知感度の低下を抑制することができる。この時、ｉ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓバリア層２５の禁制帯幅はｉ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ下地層２６の禁制帯幅より大きく、したがって、ポテンシャルウエルの深さがより深くなるので、ｎ型Ｉｎ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ井戸層２４に起因する熱励起電子の発生が抑制される。

図５は、本発明の実施例１の量子ドット型光検知器を搭載した赤外線撮像装置の一部切り欠き斜視図である。ここでは、図３に示した量子ドット型光検知器を１画素として２次元格子状に配置して赤外線撮像素子６０が形成される。この赤外線撮像素子６０をＩｎバンプ６１により信号読出回路７１及びバイアス兼スイッチングトランジスタを形成したＳｉ信号処理回路装置７０とフリップチップボンディング技術を用いてハイブリッド接続を行うことにより赤外線撮像装置の本体部となる。最後に、赤外線撮像装置の本体部に対して、必要な光学系や冷却デュア容器内への設置等の工程を終えて、赤外線撮像装置が完成する。なお、図５における符号７２は撮像対象となる赤外線である。

次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施例２の量子井戸型光検知器を説明する。図６は本発明の実施例２の量子井戸型光検知器の概略的断面図である。図６に示すように、分子線エピタキシー法を用いて、半絶縁性ＧａＡｓ基板４１上に、厚さが１０００ｎｍで、Ｓｉ濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型ＧａＡｓ下部電極層４２を成膜する。この時の基板温度は６００℃とする。

引き続いて、厚さが４０ｎｍのｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層４３、厚さが８ｎｍでＳｉ濃度が４×１０^１７ｃｍ^−３のｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ａｓ井戸層４４及び厚さが６ｎｍのｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層４５を順次成膜する。この積層構造が電子を量子ドットにトンネル注入する量子井戸構造となる。

引き続いて、厚さが４．５ｎｍでＳｉ濃度が４×１０^１７ｃｍ^−３のｎ型ＧａＡｓ井戸層４６及び厚さが１０ｎｍのｉ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓバリア層４７を順次成膜する。ここで、ｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層４５を一方のバリア層とする量子井戸構造によって１次元量子閉じ込め構造の受光部が形成される。

次いで、厚さが５０ｎｍのｉ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成層４８を成膜する。このｉ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成層４８は、Ａｌ組成比が０．２５から０．３に滑らかに変わるようにＡｌ組成比を調整しながら成長させる。

次いで、ｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層４３乃至ｉ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成層４８の積層構造を９回繰り返して合計で１０段の積層構造を形成した後、厚さが５０ｎのｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層４９を成膜する。次いで、厚さが１０００ｎｍでＳｉ濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型ＧａＡｓ上部電極層５０を成膜する。

次いで、標準的なリソグラフィー及びドライエッチングによりｎ型ＧａＡｓ上部電極５０に回折格子５１を形成する。次いで、標準的なリソグラフィー及びドライエッチングによりｎ型ＧａＡｓ下部電極層４２までの掘削を行って画素を形成し、次いで、蒸着法を用いてＡｕＧｅ及びＡｕを順次成膜してＡｕＧｅ／Ａｕ積層構造の下部電極５２及び反射電極５３を形成する。

下部電極５２と反射電極５３との間に下部電極５２が陰極、反射電極５３が陽極となるようにバイアス電源５４を接続して電極間に電位差を加えておき、その間に流れる電流を電流計５５で計測すると、光入射時の電流変化を観測することができる。

図７は、本発明の実施例２の量子井戸型光検知器の動作原理の説明図であり、図７（ａ）は無バイアス状態の伝導帯側のバンドダイヤグラムであり、図７（ｂ）は、光検知時の伝導帯側のバンドダイヤグラムである。図７（ａ）に示すように、ｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ａｓ井戸層４４の量子準位及びｎ型ＧａＡｓ量子井戸層４６の量子準位に電子が捕獲された状態になっている。

図７（ｂ）に示すように、バイアス電圧が印加された状態で光が入射すると光は垂直入射光に感度を有さないｎ型ＧａＡｓ井戸層４６を透過し、回折格子５１で回折されて斜め方向からｎ型ＧａＡｓ井戸層４６に入射して光吸収が生じる。光吸収により励起された電子がｎ型ＧａＡｓ井戸層４６から飛び出して光電流となる。この時、電子の流れに関して上流側にあるｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ａｓ井戸層４４の量子準位に捕獲されている電子が厚さが６ｎｍのｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層４５をトンネルしてｎ型ＧａＡｓ井戸層４６に注入される。注入された電子はｎ型ＧａＡｓ井戸層４６の空位になっている量子準位に捕獲されて光吸収が可能な状態となる。

このように、本発明の実施例２の量子井戸型光検知器においては、受光部となるｎ型ＧａＡｓ井戸層４６の上流側に電子をトンネル注入する量子井戸構造を設けているので光吸収に伴う電子の減少による検知感度の低下を抑制することができる。この時、ｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層４５の禁制帯幅はｉ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓバリア層４７の禁制帯幅より大きく、したがって、ポテンシャルウエルの深さがより深くなるので、ｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ａｓ井戸層４５に起因する熱励起電子の発生が抑制される。また、この本発明の実施例２の量子井戸型光検知器の場合も、実施例１と同様に赤外線撮像素子を形成してＳｉ信号処理回路装置７０とフリップチップボンディングすることにより赤外線撮像装置となる。

なお、上記の実施例１及び実施例２においては、下部電極を陰極としているが、下部電極を陽極としても良く、その場合には、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層上に量子閉じ込め構造を有する受光部を形成した後、その上に電子のトンネル注入源となる量子井戸構造を設ければ良い。

ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）量子閉じ込め構造を有する受光部と、前記受光部の近傍に設けられて前記受光部にキャリアをトンネル注入する障壁層／井戸層／障壁層の積層構造を有する量子井戸構造とを有し、前記障壁層の禁制帯幅が、受光部の量子閉じ込め構造を形成する中間層の禁制帯幅より大きいことを特徴とする量子閉じ込め構造光検知器。
（付記２）前記キャリアがトンネル注入する距離が、１０ｎｍ以下であることを特徴とする付記１に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記３）前記量子閉じ込め構造を有する受光部が、前記量子井戸構造の障壁層と前記中間層とに挟まれた井戸層を有する１次元量子閉じ込め構造を有する受光部であることを特徴とする付記１または付記２に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記４）前記量子閉じ込め構造を有する受光部が、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層構造を有し、前記量子井戸構造が、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層構造を有することを特徴とする付記３に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記５）前記量子閉じ込め構造を有する受光部が、前記中間層に挟まれた量子ドットを有する３次元量子閉じ込め構造を有する受光部であることを特徴とする付記１または付記２に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記６）前記中間層がＡｌＧａＡｓ層であり、前記量子ドットがＩｎＡｓ量子ドットであり、前記量子井戸構造が、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ積層構造を有することを特徴とする付記５に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記７）前記障壁層／井戸層／障壁層の積層構造を有する量子井戸構造の前記井戸層に、前記井戸層に捕獲されるキャリアと同導電型の導電型決定不純物がドープされていることを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記８）量子閉じ込め構造を有する受光部が、光検知時のキャリアの流れに関して前記量子井戸構造の下流側に配置されていることを特徴とする付記１乃至付記７のいずれか１に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記９）前記量子閉じ込め構造を有する受光部と前記量子井戸構造が交互に複数層積層されていることを特徴とする付記１乃至付記８のいずれか１に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記１０）前記量子閉じ込め構造を有する受光部と、光検知時のキャリアの流れに関して前記受光部より下流側に配置された量子井戸構造との間に、前記中間層の禁制帯幅から前記障壁層の禁制帯幅まで連続的に禁制帯幅が変化する傾斜禁制帯幅層を有することを特徴とする付記９に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
（付記１１）付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の量子閉じ込め構造光検知器を二次元格子状に配列した赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子の各画素に対応するバイアス兼スイッチング用のトランジスタを二次元格子状に配列した信号処理回路基板と、前記各画素と前記各トランジスタを１：１で接続する突起状電極とを有することを特徴とする赤外線撮像装置。

１ 半導体基板
２ 半導体下部電極層
３ 量子井戸構造
４ 障壁層
５ 井戸層
６ 障壁層
７ 受光部
８ 中間層
９ 量子ドット
１０ 中間層
１１ 傾斜禁止帯幅層
１２ 半導体上部電極層
１３ 下部電極
１４ 上部電極
１５ バイアス電源
１６ 電流計
１７，１８ 束縛電子
１９ 入射光
２０ 光励起電子
２１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
２２ ｎ型ＧａＡｓ下部電極層
２３，２５ ｉ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓバリア層
２４ ｎ型Ｉｎ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ井戸層
２６ ｉ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ下地層
２７ ＩｎＡｓ量子ドット
２８ ｉ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓ中間層
２９ ｉ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成層
３０ ｉ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ層
３１ ｎ型ＧａＡｓ上部電極層
３２ 下部電極
３３ 上部電極
３４ バイアス電源
３５ 電流計
４１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
４２ ｎ型ＧａＡｓ下部電極層
４３，４５ ｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓバリア層
４４ ｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ａｓ井戸層
４６ ｎ型ＧａＡｓ井戸層
４７ ｉ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓバリア層
４８ ｉ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成層
４９ ｉ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層
５０ ｎ型ＧａＡｓ上部電極層
５１ 回折格子
５２ 下部電極
５３ 反射電極
５４ バイアス電源
５５ 電流計
６０ 赤外線撮像素子
６１ Ｉｎバンプ
７０ Ｓｉ信号処理回路基板
７１ 読出回路
７２ 赤外線
８１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
８２ ｎ型ＧａＡｓ下部電極層
８３ ＧａＡｓ下地層
８４ ＩｎＡｓ量子ドット
８５ ＧａＡｓ中間層
８６ ｎ型ＧａＡｓ上部電極層
８７ 下部電極
８８ 上部電極
８９ バイアス電源
９０ 電流計
９１ 量子準位
９２ 束縛電子
９３ 光
９４ 光励起電子
９５ 熱
９６ 熱励起電子

Claims (6)

1. 量子閉じ込め構造を有する受光部と、
   前記受光部の近傍に設けられて前記受光部にキャリアをトンネル注入する障壁層／井戸層／障壁層の積層構造を有する量子井戸構造と
   を有し、
   前記障壁層の禁制帯幅が、受光部の量子閉じ込め構造を形成する中間層の禁制帯幅より大きいことを特徴とする量子閉じ込め構造光検知器。
2. 前記量子閉じ込め構造を有する受光部が、前記量子井戸構造の障壁層と前記中間層とに挟まれた井戸層を有する１次元量子閉じ込め構造を有する受光部であることを特徴とする請求項１に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
3. 前記量子閉じ込め構造を有する受光部が、前記中間層に挟まれた量子ドットを有する３次元量子閉じ込め構造を有する受光部であることを特徴とする請求項１に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
4. 前記障壁層／井戸層／障壁層の積層構造を有する量子井戸構造の前記井戸層に、前記井戸層に束縛されるキャリアと同導電型の導電型決定不純物がドープされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
5. 前記量子閉じ込め構造を有する受光部と前記量子井戸構造が交互に複数層積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の量子閉じ込め構造光検知器。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の量子閉じ込め構造光検知器を二次元格子状に配列した赤外線撮像素子と、
   前記赤外線撮像素子の各画素に対応するバイアス兼スイッチング用のトランジスタを二次元格子状に配列した信号処理回路基板と、
   前記各画素と前記各トランジスタを１：１で接続する突起状電極と
   を有することを特徴とする赤外線撮像装置。

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