JP3716401B2 - 量子井戸型光センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は量子井戸型光センサに関するものであり、特に、多重量子井戸に生じたサブバンド間の遷移による光吸収を利用した赤外線センサにおける暗電流の相殺構造に特徴のある量子井戸型光センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１０μｍ帯近傍の赤外線を検知する赤外線検知装置としては、Ｃｄ組成比が０．２近傍、例えば、Ｃｄ組成比が０．２２のＨｇＣｄＴｅ層に形成したｐｎ接合ダイオードをフォトダイオードとしたものを用い、このフォトダイオードを一次元アレイ状或いは二次元アレイ状に配置すると共に、読出回路との電気的なコンタクトをとるために、赤外線フォトダイオードアレイ基板及びＳｉ信号処理回路基板を、双方に形成したＩｎ等の金属のバンプで貼り合わせた赤外線検知装置が知られている。
【０００３】
しかし、この様なＨｇＣｄＴｅ系赤外線検知装置の場合には、結晶性の良好な大面積基板の入手が困難であるので多センサ素子からなる大型の赤外線検知アレイを構成することが困難であるという問題があり、近年、この様な問題を解決するものとして、結晶性の良好な大面積基板の入手が容易であるＧａＡｓ系半導体を用い、且つ、多重量子井戸におけるサブバンド間の遷移による光吸収を利用することにより１０μｍ帯近傍の赤外線の検知を可能にした量子井戸型光センサが注目を集めている。
【０００４】
ここで、図３を参照して従来の量子井戸型光センサを説明する。
図３参照
図３は、従来の量子井戸型光センサの１セル分の概略的断面図であり、まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板３１上に、下部コンタクト層となるｎ型ＧａＡｓ層３２、ｉ型ＡｌＧａＡｓバリア層に交互に挟まれた複数のｎ型ＧａＡｓウエル層からなるＭＱＷ層３３、及び、上部コンタクト層となるｎ型ＧａＡｓ層３４を順次堆積させたのち、センサ素子形成領域に対応するｎ型ＧａＡｓ層３４の表面に垂直入射光をＭＱＷ層３３で検知可能なように斜め方向に回折・偏向させる回折格子３５を設け、次いで、ｎ型ＧａＡｓ層３２に対する共通電極を形成するためのコンタクト用開口を設けたのち、ＳｉＯＮ膜（図示せず）を保護膜とし、ＳｉＯＮ膜に設けた開口部分にＡｕ・Ｇｅ／Ｎｉからなるオーミック電極３６，４０を設けると共に、オーミック電極３６及び回折格子３５を覆うようにＡｕ膜を設けて反射電極３７とし、さらに、ＳｉＯＮ膜３９を介してＴｉ／Ａｕ膜からなるパッド電極３９を設け、このパッド電極３９を介して出力端子４１を接続するとともに、オーミック電極４０を介して共通電極端子４２を接続する。
なお、オーミック電極４０の表面もＴｉ／Ａｕ膜で覆われており、また、出力端子４１及び共通電極端子４２はＩｎバンプによって構成される。
【０００５】
この様に、従来の量子井戸型光センサでは、サブバンド間の遷移による光吸収を起こす多重量子井戸構造のＭＱＷ層３３の上下をコンタクト層、即ち、ｎ型ＧａＡｓ層３２及びｎ型ＧａＡｓ層３４で挟んだ素子構造となっており、各光センサ素子には半絶縁性ＧａＡｓ基板３１側からほぼ垂直入射した入射光がＭＱＷ層３３において吸収されやすいように斜め方向に回折・偏向させる回折格子３５、及び、回折格子３５を透過する光をＭＱＷ層３３側に反射する反射電極３７からなる光結合構造を有している。
【０００６】
この様な光センサ素子を１次元アレイ状或いは２次元アレイ状に配置することによって赤外線検知アレイを構成しており、各光センサ素子に対する共通バイアスは共通電極端子４２からｎ型ＧａＡｓ層３２を介して印加することになり、また、各光センサ素子からの出力は、各光センサ素子に設けた出力端子４１から取り出すことになる。
【０００７】
この様な量子井戸型光センサにおいては、量子井戸内に閉じ込められたキャリア、この場合には、電子を入射光によって励起し、ｉ型ＡｌＧａＡｓバリア層の伝導帯側のバンド端を越えて外部に流出させて光電流として検知しており、量子井戸での光吸収効率を高めるためには、ＭＱＷ層３３を構成するｎ型ＧａＡｓウエル層のドーピング濃度を大きくして量子井戸内のキャリア濃度、即ち、電子濃度を増加させれば良い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光吸収効率を高めるために、キャリア濃度を増加させると、増加したキャリアが熱励起によって量子井戸外に脱出する電流成分、即ち、暗電流も増加し、この暗電流は光センサ出力としては無意味なので、暗電流の増加がセンサ感度の低下をもたらすという問題がある。
【０００９】
したがって、この様な量子井戸型光センサを動作させるためには、素子温度を低くして暗電流を小さくする必要が生じ、センサ感度を向上させるためには冷却温度を液体窒素温度（７７Ｋ）以下にする等の著しい制限があるという問題を生じていた。
【００１０】
したがって、本発明は、量子井戸型光センサにおいて、暗電流の大半を相殺させるように動作させて、センサ感度を向上することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、多重量子井戸層１，５におけるサブバンド間のキャリア励起による光吸収を利用して光検知を行う量子井戸型光センサにおいて、２つの多重量子井戸層１，５を設け、２つの多重量子井戸層１，５間に光閉じ込め層３とセンサ出力端子９を設けるとともに、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５側に入射光を偏向させる光結合構造６を設け、光入射側に設けた多重量子井戸層１から暗電流のみを取り出し、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５から暗電流及び光電流を取り出し、２つの多重量子井戸層１，５に互いに逆極性となる電圧を印加することで、取り出した暗電流同士を相殺させた出力電流をセンサ出力端子９から取り出すことを特徴とする。
【００１２】
この様に、２つの多重量子井戸層１，５を積層させると共に、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層１，５側に入射光を偏向させる光結合構造６、例えば、回折格子と反射電極とからなる光結合構造６を設けることによって、ほぼ垂直入射された入射光は、２つの多重量子井戸層１，５のどちらでも吸収されず、光結合構造６によって反射・偏向されて反射光となることにより光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５において効率良く吸収されることになる。
なお、偏向とは回折による偏向も含むものである。
【００１３】
さらに、２つの多重量子井戸層１，５間に光閉じ込め層３、即ち、低屈折率層を設けているので、光結合構造６によって反射・偏向された光は、光入射側に設けた多重量子井戸層１に達することはほとんどなく、したがって、光入射側に設けた多重量子井戸層１における電流成分をほぼ暗電流のみとすることができ、２つの多重量子井戸層１，５に互いに逆極性となる電圧を印加することで、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５における暗電流を相殺し、光電流のみをセンサ出力端子９から取り出すことができる。
なお、２つの多重量子井戸層１，５を低コンタクト抵抗でバイアスするためには、２つの多重量子井戸層１，５の間にコンタクト層２，４を設ける必要がある。
【００１４】
（２）また、本発明は、上記（１）において、２つの多重量子井戸層１，５は、同じ層構造であることを特徴とする。
【００１５】
この様に、２つの多重量子井戸層１，５を同じ層構造とすることによって、発生する暗電流を略等しくすることができ、それによって、暗電流を相殺して光電流のみを取り出すことができる。
【００１６】
（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、光閉じ込め層３は、２つの多重量子井戸層１，５よりも低屈折率であることを特徴とする。
【００１７】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、入射光は、２つの多重量子井戸層１，５に対して垂直方向或いは垂直に近い方向から入射されることを特徴とする。
【００１８】
（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、量子井戸型光センサは、２つの多重量子井戸層１，５の間及びその外側にコンタクト層２，４，７，８を設け、電圧は、コンタクト層７，８を介して印加され、暗電流及び光電流は、コンタクト層２，４を介して取り出されることを特徴とする。
【００１９】
（６）また、本発明は、多重量子井戸層１，５におけるサブバンド間のキャリア励起による光吸収を利用して光検知を行う量子井戸型光センサにおいて、それぞれコンタクト層２，４，７，８に挟まれた２つの多重量子井戸層１，５を光閉じ込め層３を介して対向させた状態で積層させるとともに、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５側に入射光を偏向させる光結合構造６を設け、２つの多重量子井戸層１，５の間に設けたコンタクト層２，４に接続した電極をセンサ出力端子９とするとともに、２つの多重量子井戸層１，５の互いに対向する側と反対側に設けたコンタクト層７，８にそれぞれの多重量子井戸層１，５に電圧を印加する電極を設け、２つの多重量子井戸層１，５の互いに対向する側と反対側に設けたコンタクト層７，８から各多重量子井戸層１，５に印加する電圧の極性が、互いに逆であることを特徴とする。
【００２０】
この様に、２つの多重量子井戸層１，５の互いに対向する側と反対側に設けたコンタクト層７，８から各多重量子井戸層１，５に極性が互いに逆の電圧を印加することによって、他に特段の回路的手段を用いることなく、２つの多重量子井戸層１，５における暗電流を相殺することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の実施の形態の量子井戸型光センサを図２を参照して説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す平面におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によって、下部光センサの下部コンタクト層となる、厚さが、０．５〜３．０μｍ、例えば、２．０μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3、例えば、１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１２、第１ＭＱＷ層１３、下部光センサの上部コンタクト層となる、厚さが、０．２〜１．０μｍ、例えば、０．５μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１４、光閉じ込め層となる、厚さが０．２〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、アンドープのｉ型ＡｌＡｓ層１５、上部光センサの下部コンタクト層となる、厚さが、０．２〜１．０μｍ、例えば、０．５μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１６、第２ＭＱＷ層１７、及び、上部光センサの上部コンタクト層となる、厚さが、０．５〜３．０μｍ、例えば、０．７μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１８を順次エピタキシャル成長させる。
【００２２】
なお、この場合の第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７は共に同じ構成であり、例えば、厚さが５０ｎｍのｉ型Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓバリア層と、厚さが５．５ｎｍでキャリア濃度が２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓウエル層とを、ｎ型ＧａＡｓウエル層が２０層になるように交互に堆積させて形成するものであり、この場合のｉ型Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓバリア層は、隣接するｎ型ＧａＡｓウエル層間において電子がトンネルしないように十分に厚く形成しておく。
【００２３】
次いで、全面にフォトレジストを塗布したのち、干渉露光法を用いて、各光センサ素子領域に対応する部分のｎ型ＧａＡｓ層１８の表面に一次の回折格子１９を形成したのち、次いで、全面にＳｉＯＮ膜（図示せず）を設け、通常のフォトリソグラフィー工程によって、共通電極を形成するための開口部及び素子分離溝を形成するための開口部を有するＳｉＯＮマスク（図示せず）を形成し、このＳｉＯＮマスクをマスクとしてウェット・エッチングを施すことによってｎ型ＧａＡｓ層１２に達するコンタクト用開口（図においては、右側の周辺部）及び、素子分離溝（図においては、左側の周辺部）を形成する。
なお、この場合、ｎ型ＧａＡｓ層１２と第１ＭＱＷ層１３との間にｎ型ＩｎＧａＰ層等のエッチングストッパーを設けておいても良い。
【００２４】
次いで、ＳｉＯＮマスクを除去したのち、全面に新たにＳｉＯＮ膜（図示せず）を設け、通常のフォトリソグラフィー工程を用いて共通電極形成部及びセンサ電極形成部のＳｉＯＮ膜を選択的に除去し、次いで、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉからなるオーミック電極２０，２５を設けたのち、その表面にＡｕからなる反射電極２１を設け、フォトレジストパターンを利用したリフトオフ法により共通電極及びセンサ電極を選択的に形成する。
【００２５】
なお、この電極形成工程において、回折格子１９の部分に設けるオーミック電極２０は、回折格子１９の一部に設けるものであり、且つ、回折格子１９の凹凸により段切れされ、回折格子１９の凸部の頂部及び凹部の底部のみに部分的に形成されるだけであるので、回折格子１９の大部分においては反射電極２１の反射性が損なわれることがない。
また、共通電極側においては、後述するＴｉ／Ａｕ膜も含めて全体をオーミック電極２５として表示している。
【００２６】
次いで、フォトレジストパターンを除去したのち、新たにフォトレジストを塗布し、センサ出力端子を形成するための開口部を有するレジストマスク（図示せず）を設け、このレジストマスクをマスクとしてドライエッチングを施し、ＳｉＯＮ膜の一部を除去し、引き続いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８及び第２ＭＱＷ層１７を除去し、次いで、フォトレジストパターンを除去したのち、再び新たにフォトレジストを塗布し、先の開口部より小さな面積の開口部を有するレジストマスク（図示せず）を設け、このレジストマスクをマスクとしてドライエッチングを施して、ｎ型ＧａＡｓ層１６及びｉ型ＡｌＡｓ層１５を除去してｎ型ＧａＡｓ層１４を露出させる。
【００２７】
次いで、レジストマスクを除去したのち、新たに保護絶縁膜となるＳｉＯＮ膜２０を堆積させ、通常のフォトリソグラフィー工程によりセンサ出力端子形成部、共通電極部、及び、センサ電極部の反射電極１９の一部を露出させ、露出部にバリア層及び密着性改善層となるＴｉ／Ａｕ膜からなるパッド電極２３，２４を設け、このパッド電極２３，２４を介してＩｎバンプを蒸着法により形成する。なお、図においては、Ｉｎバンプを太い実線で示しており、また、オーミック電極２５は上述の様にＴｉ／Ａｕ膜で覆われている。
【００２８】
次いで、下部光センサ素子においては共通電極であるオーミック電極２５側が負になるように、例えば、５．０Ｖの電圧を印加し、一方、上部光センサ素子においてはパッド電極２３側が正になるように同じ５．０Ｖの電圧を印加する。
【００２９】
この様な量子井戸型光センサにおいて、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１側から半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の主面に対して垂直方向或いは垂直に近い方向から入射した信号光の大半は第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７で吸収されずに透過してしまうが、ｎ型ＧａＡｓ層１８の表面に設けた回折格子１９によって斜め方向に回折・偏向されて、再び第２ＭＱＷ層１７に対して斜め方向に入射されることになり、斜め方向から入射することによって第２ＭＱＷ層１７において効果的に吸収される。
なお、この場合の第２ＭＱＷ層１７における吸収波長帯は、約８〜９μｍである。
【００３０】
また、回折格子１９を透過しようとする信号光は、反射電極２１によって反射され、再び、第２ＭＱＷ層１７側に反射され、再び、第２ＭＱＷ層１７において吸収されるので、光検知効率をさらに向上することができる。
【００３１】
また、第２ＭＱＷ層１７で吸収されなかった反射光の大半は、光閉じ込め層となる低屈折率のｉ型ＡｌＡｓ層１５に対して低入射角で入射することになるので、ｉ型ＡｌＡｓ層１５とｎ型ＧａＡｓ層１６の界面における全反射によって再び第２ＭＱＷ層１７に入射して吸収されることになる。
【００３２】
一方、第１ＭＱＷ層１３側においては、反射光がｉ型ＡｌＡｓ層１５をほとんど透過してこないので、第１ＭＱＷ層１３において信号光に基づく光電流は僅かなものとなり、ほとんどの出力が暗電流となる。
【００３３】
なお、ＭＱＷ層においては垂直方向の入射光はほとんど吸収しないので、ほぼ垂直方向に反射された光は第２ＭＱＷ層１７を透過して第１ＭＱＷ層１３に達するが、第１ＭＱＷ層１３でも吸収されずに半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の裏面まで達し、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の裏面で反射される。
【００３４】
この半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の裏面で反射された光は、光の進行方向は反転するが入射角は変わらないので第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７で吸収されることなく、再度、回折格子１９と反射電極２１とからなる光結合部に向かい、上述と同じ原理で第２ＭＱＷ層１７でのみ吸収されることになり、この様な過程を繰り返すことによって第２ＭＱＷ層１７で、ほとんどの信号光が吸収されることになる。
【００３５】
この場合、上部光センサ素子を流れる電流Ｉ1 は、Ｉp1を光電流、Ｉd1を暗電流とすると、
Ｉ1 ＝Ｉp1＋Ｉd1
となり、一方、下部光センサ素子を流れる電流Ｉ2 は、Ｉp2を光電流、Ｉd2を暗電流とすると、
Ｉ2 ＝Ｉp2＋Ｉd2
となるが、上述のようにＩp2≒０であるので、
Ｉ2 ≒Ｉd2
となる。
【００３６】
また、パッド電極２４に接続するセンサ出力端子から出力される電流Ｉは、上下の光センサ素子に印加されるバイアスの極性が互いに逆であり、且つ、ＭＱＷ部は基本的には抵抗体であるので、
Ｉ＝Ｉ1 −Ｉ2 ≒Ｉp1＋Ｉd1−Ｉd2
となるが、第１ＭＱＷ層１３と第２ＭＱＷ層１７の層構造は上述のように全く同じであり、且つ、その面積もパッド電極２４を形成するための開口部の面積を除けば略同じ面積となるので、
Ｉd1≒Ｉd2
となり、したがって、センサ出力端子から出力される電流Ｉは、
Ｉ≒Ｉp1
となるので、上部光センサ素子の暗電流Ｉd1を相殺して光電流Ｉp1のみを取り出すことができ、それによって、量子井戸型光センサの感度が向上する。
【００３７】
この様に、本発明の実施の形態においては、光吸収層となるＭＱＷ層を２層設け、これを光閉じ込め層を介して積層させ、上部光センサ素子側に信号光の反射光の大半がＭＱＷ層に平行に近い角度で反射されるように回折格子１９と反射電極２１とからなる光結合部を設けているので、上部光センサ素子のみを光検出部とし、下部光センサ素子を暗電流相殺用素子とすることができるので、上部光センサ素子における暗電流を相殺し、信号光に基づく光電流のみを出力として取り出すことができる。
【００３８】
以上、本発明の実施例の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上下の光センサ素子に印加するバイアスは、必ずしも同じバイアスである必要はなく、パッド電極２４を形成するための開口部の面積に起因する第１ＭＱＷ層１３と第２ＭＱＷ層１７の面積の差による暗電流の差により、光電流がキャンセルされないように、下部光センサ側のバイアスを多少小さめに設定しておいても良い。
【００３９】
また、上記の実施の形態の説明においては、暗電流をより確実に相殺できるように、第１ＭＱＷ層１３と第２ＭＱＷ層１７を同じ層構造としているが、成長工程が異なるので、各成長工程における微妙な成膜条件の違いにより膜厚や組成比にバラツキが生ずることがあるが、その場合には、そのバラツキに起因する暗電流の差を補正するようにバイアスを制御しても良く、さらには、第１ＭＱＷ層１３と第２ＭＱＷ層１７は必ずしも完全に同じ構造である必要はない。
【００４０】
また、上記の実施の形態の説明においては、光閉じ込め層となるｉ型ＡｌＡｓ層１５をｎ型ＧａＡｓ層１４とｎ型ＧａＡｓ層１６との間に設けているが、必ずしもその必要はなく、コンタクト層をｎ型ＧａＡｓ層１４のみとするとともに光閉じ込め層をｎ型ＡｌＡｓ層とし、このｎ型ＡｌＡｓ層をｎ型ＧａＡｓ層１４と第２ＭＱＷ層１７との間に設けても良い。
【００４１】
また、光閉じ込め層はＡｌＡｓ層である必要はなく、第２ＭＱＷ層１７と格子整合が取れ、且つ、第２ＭＱＷ層１７或いはｎ型ＧａＡｓ層１６より低屈折率の層であれば良く、例えば、ＡｌＧａＡｓ層を用いても良いものである。
【００４２】
また、上記の実施の形態の説明においては、第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７をＡｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ／ＧａＡｓ接合で構成しているが、バリア層の組成はＡｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓに限られるものではなく、他の組成比のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓでも良く、検知対象とする波長に応じた量子準位、サブバンドが形成されるように、バリア層の厚さ、組成比、及び、ｎ型ＧａＡｓウエル層の厚さを適宜選択すれば良く、さらに、必要とするセンサ感度に応じてｎ型ＧａＡｓウエル層の層数を適宜選択すれば良い。
【００４３】
また、上記の実施の形態の説明においては、第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７をＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の多重量子井戸構造によって構成しているが、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系等の他のIII-Ｖ族化合物半導体による多重量子井戸構造を用いても良いものであり、使用する大面積基板に格子整合する材料系であれば良い。
【００４４】
また、上記の実施の形態の説明においては、量子井戸型光センサを１個の光センサとして説明しているが、実際には、この様な光センサ素子を二次元アレイ或いは一次元アレイとして配置するものであるが、一個の光センサ素子単体として用いても良いものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、２つの多重量子井戸層を光閉じ込め層を介して積層させ、一方の多重量子井戸層を暗電流相殺用のみに用いることにより、他方の多重量子井戸層から暗電流を相殺した光電流のみを取り出すことができるのでセンサ感度が向上し、また、暗電流に影響されることがないでの従来の量子井戸型光センサよりも冷却条件が大幅に緩和されて高温での動作が可能になり、延いては、大面積の高集積度で且つ高解像度の赤外線固体撮像装置の実用化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の量子井戸型光センサの説明図である。
【図３】従来の量子井戸型光センサの概略的断面図である。
【符号の説明】
１ 多重量子井戸層
２ コンタクト層
３ 光閉じ込め層
４ コンタクト層
５ 多重量子井戸層
６ 光結合構造
７ コンタクト層
８ コンタクト層
９ センサ出力端子
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｎ型ＧａＡｓ層
１３ 第１ＭＱＷ層
１４ ｎ型ＧａＡｓ層
１５ ｉ型ＡｌＡｓ層
１６ ｎ型ＧａＡｓ層
１７ 第２ＭＱＷ層
１８ ｎ型ＧａＡｓ層
１９ 回折格子
２０ オーミック電極
２１ 反射電極
２２ ＳｉＯＮ膜
２３ パッド電極
２４ パッド電極
２５ オーミック電極
３１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
３２ ｎ型ＧａＡｓ層
３３ ＭＱＷ層
３４ ｎ型ＧａＡｓ層
３５ 回折格子
３６ オーミック電極
３７ 反射電極
３８ ＳｉＯＮ膜
３９ パッド電極
４０ オーミック電極
４１ 出力端子
４２ 共通電極端子
【発明の属する技術分野】
本発明は量子井戸型光センサに関するものであり、特に、多重量子井戸に生じたサブバンド間の遷移による光吸収を利用した赤外線センサにおける暗電流の相殺構造に特徴のある量子井戸型光センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１０μｍ帯近傍の赤外線を検知する赤外線検知装置としては、Ｃｄ組成比が０．２近傍、例えば、Ｃｄ組成比が０．２２のＨｇＣｄＴｅ層に形成したｐｎ接合ダイオードをフォトダイオードとしたものを用い、このフォトダイオードを一次元アレイ状或いは二次元アレイ状に配置すると共に、読出回路との電気的なコンタクトをとるために、赤外線フォトダイオードアレイ基板及びＳｉ信号処理回路基板を、双方に形成したＩｎ等の金属のバンプで貼り合わせた赤外線検知装置が知られている。
【０００３】
しかし、この様なＨｇＣｄＴｅ系赤外線検知装置の場合には、結晶性の良好な大面積基板の入手が困難であるので多センサ素子からなる大型の赤外線検知アレイを構成することが困難であるという問題があり、近年、この様な問題を解決するものとして、結晶性の良好な大面積基板の入手が容易であるＧａＡｓ系半導体を用い、且つ、多重量子井戸におけるサブバンド間の遷移による光吸収を利用することにより１０μｍ帯近傍の赤外線の検知を可能にした量子井戸型光センサが注目を集めている。
【０００４】
ここで、図３を参照して従来の量子井戸型光センサを説明する。
図３参照
図３は、従来の量子井戸型光センサの１セル分の概略的断面図であり、まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板３１上に、下部コンタクト層となるｎ型ＧａＡｓ層３２、ｉ型ＡｌＧａＡｓバリア層に交互に挟まれた複数のｎ型ＧａＡｓウエル層からなるＭＱＷ層３３、及び、上部コンタクト層となるｎ型ＧａＡｓ層３４を順次堆積させたのち、センサ素子形成領域に対応するｎ型ＧａＡｓ層３４の表面に垂直入射光をＭＱＷ層３３で検知可能なように斜め方向に回折・偏向させる回折格子３５を設け、次いで、ｎ型ＧａＡｓ層３２に対する共通電極を形成するためのコンタクト用開口を設けたのち、ＳｉＯＮ膜（図示せず）を保護膜とし、ＳｉＯＮ膜に設けた開口部分にＡｕ・Ｇｅ／Ｎｉからなるオーミック電極３６，４０を設けると共に、オーミック電極３６及び回折格子３５を覆うようにＡｕ膜を設けて反射電極３７とし、さらに、ＳｉＯＮ膜３９を介してＴｉ／Ａｕ膜からなるパッド電極３９を設け、このパッド電極３９を介して出力端子４１を接続するとともに、オーミック電極４０を介して共通電極端子４２を接続する。
なお、オーミック電極４０の表面もＴｉ／Ａｕ膜で覆われており、また、出力端子４１及び共通電極端子４２はＩｎバンプによって構成される。
【０００５】
この様に、従来の量子井戸型光センサでは、サブバンド間の遷移による光吸収を起こす多重量子井戸構造のＭＱＷ層３３の上下をコンタクト層、即ち、ｎ型ＧａＡｓ層３２及びｎ型ＧａＡｓ層３４で挟んだ素子構造となっており、各光センサ素子には半絶縁性ＧａＡｓ基板３１側からほぼ垂直入射した入射光がＭＱＷ層３３において吸収されやすいように斜め方向に回折・偏向させる回折格子３５、及び、回折格子３５を透過する光をＭＱＷ層３３側に反射する反射電極３７からなる光結合構造を有している。
【０００６】
この様な光センサ素子を１次元アレイ状或いは２次元アレイ状に配置することによって赤外線検知アレイを構成しており、各光センサ素子に対する共通バイアスは共通電極端子４２からｎ型ＧａＡｓ層３２を介して印加することになり、また、各光センサ素子からの出力は、各光センサ素子に設けた出力端子４１から取り出すことになる。
【０００７】
この様な量子井戸型光センサにおいては、量子井戸内に閉じ込められたキャリア、この場合には、電子を入射光によって励起し、ｉ型ＡｌＧａＡｓバリア層の伝導帯側のバンド端を越えて外部に流出させて光電流として検知しており、量子井戸での光吸収効率を高めるためには、ＭＱＷ層３３を構成するｎ型ＧａＡｓウエル層のドーピング濃度を大きくして量子井戸内のキャリア濃度、即ち、電子濃度を増加させれば良い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光吸収効率を高めるために、キャリア濃度を増加させると、増加したキャリアが熱励起によって量子井戸外に脱出する電流成分、即ち、暗電流も増加し、この暗電流は光センサ出力としては無意味なので、暗電流の増加がセンサ感度の低下をもたらすという問題がある。
【０００９】
したがって、この様な量子井戸型光センサを動作させるためには、素子温度を低くして暗電流を小さくする必要が生じ、センサ感度を向上させるためには冷却温度を液体窒素温度（７７Ｋ）以下にする等の著しい制限があるという問題を生じていた。
【００１０】
したがって、本発明は、量子井戸型光センサにおいて、暗電流の大半を相殺させるように動作させて、センサ感度を向上することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、多重量子井戸層１，５におけるサブバンド間のキャリア励起による光吸収を利用して光検知を行う量子井戸型光センサにおいて、２つの多重量子井戸層１，５を設け、２つの多重量子井戸層１，５間に光閉じ込め層３とセンサ出力端子９を設けるとともに、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５側に入射光を偏向させる光結合構造６を設け、光入射側に設けた多重量子井戸層１から暗電流のみを取り出し、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５から暗電流及び光電流を取り出し、２つの多重量子井戸層１，５に互いに逆極性となる電圧を印加することで、取り出した暗電流同士を相殺させた出力電流をセンサ出力端子９から取り出すことを特徴とする。
【００１２】
この様に、２つの多重量子井戸層１，５を積層させると共に、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層１，５側に入射光を偏向させる光結合構造６、例えば、回折格子と反射電極とからなる光結合構造６を設けることによって、ほぼ垂直入射された入射光は、２つの多重量子井戸層１，５のどちらでも吸収されず、光結合構造６によって反射・偏向されて反射光となることにより光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５において効率良く吸収されることになる。
なお、偏向とは回折による偏向も含むものである。
【００１３】
さらに、２つの多重量子井戸層１，５間に光閉じ込め層３、即ち、低屈折率層を設けているので、光結合構造６によって反射・偏向された光は、光入射側に設けた多重量子井戸層１に達することはほとんどなく、したがって、光入射側に設けた多重量子井戸層１における電流成分をほぼ暗電流のみとすることができ、２つの多重量子井戸層１，５に互いに逆極性となる電圧を印加することで、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５における暗電流を相殺し、光電流のみをセンサ出力端子９から取り出すことができる。
なお、２つの多重量子井戸層１，５を低コンタクト抵抗でバイアスするためには、２つの多重量子井戸層１，５の間にコンタクト層２，４を設ける必要がある。
【００１４】
（２）また、本発明は、上記（１）において、２つの多重量子井戸層１，５は、同じ層構造であることを特徴とする。
【００１５】
この様に、２つの多重量子井戸層１，５を同じ層構造とすることによって、発生する暗電流を略等しくすることができ、それによって、暗電流を相殺して光電流のみを取り出すことができる。
【００１６】
（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、光閉じ込め層３は、２つの多重量子井戸層１，５よりも低屈折率であることを特徴とする。
【００１７】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、入射光は、２つの多重量子井戸層１，５に対して垂直方向或いは垂直に近い方向から入射されることを特徴とする。
【００１８】
（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、量子井戸型光センサは、２つの多重量子井戸層１，５の間及びその外側にコンタクト層２，４，７，８を設け、電圧は、コンタクト層７，８を介して印加され、暗電流及び光電流は、コンタクト層２，４を介して取り出されることを特徴とする。
【００１９】
（６）また、本発明は、多重量子井戸層１，５におけるサブバンド間のキャリア励起による光吸収を利用して光検知を行う量子井戸型光センサにおいて、それぞれコンタクト層２，４，７，８に挟まれた２つの多重量子井戸層１，５を光閉じ込め層３を介して対向させた状態で積層させるとともに、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層５側に入射光を偏向させる光結合構造６を設け、２つの多重量子井戸層１，５の間に設けたコンタクト層２，４に接続した電極をセンサ出力端子９とするとともに、２つの多重量子井戸層１，５の互いに対向する側と反対側に設けたコンタクト層７，８にそれぞれの多重量子井戸層１，５に電圧を印加する電極を設け、２つの多重量子井戸層１，５の互いに対向する側と反対側に設けたコンタクト層７，８から各多重量子井戸層１，５に印加する電圧の極性が、互いに逆であることを特徴とする。
【００２０】
この様に、２つの多重量子井戸層１，５の互いに対向する側と反対側に設けたコンタクト層７，８から各多重量子井戸層１，５に極性が互いに逆の電圧を印加することによって、他に特段の回路的手段を用いることなく、２つの多重量子井戸層１，５における暗電流を相殺することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の実施の形態の量子井戸型光センサを図２を参照して説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す平面におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によって、下部光センサの下部コンタクト層となる、厚さが、０．５〜３．０μｍ、例えば、２．０μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3、例えば、１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１２、第１ＭＱＷ層１３、下部光センサの上部コンタクト層となる、厚さが、０．２〜１．０μｍ、例えば、０．５μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１４、光閉じ込め層となる、厚さが０．２〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、アンドープのｉ型ＡｌＡｓ層１５、上部光センサの下部コンタクト層となる、厚さが、０．２〜１．０μｍ、例えば、０．５μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１６、第２ＭＱＷ層１７、及び、上部光センサの上部コンタクト層となる、厚さが、０．５〜３．０μｍ、例えば、０．７μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１８を順次エピタキシャル成長させる。
【００２２】
なお、この場合の第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７は共に同じ構成であり、例えば、厚さが５０ｎｍのｉ型Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓバリア層と、厚さが５．５ｎｍでキャリア濃度が２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓウエル層とを、ｎ型ＧａＡｓウエル層が２０層になるように交互に堆積させて形成するものであり、この場合のｉ型Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓバリア層は、隣接するｎ型ＧａＡｓウエル層間において電子がトンネルしないように十分に厚く形成しておく。
【００２３】
次いで、全面にフォトレジストを塗布したのち、干渉露光法を用いて、各光センサ素子領域に対応する部分のｎ型ＧａＡｓ層１８の表面に一次の回折格子１９を形成したのち、次いで、全面にＳｉＯＮ膜（図示せず）を設け、通常のフォトリソグラフィー工程によって、共通電極を形成するための開口部及び素子分離溝を形成するための開口部を有するＳｉＯＮマスク（図示せず）を形成し、このＳｉＯＮマスクをマスクとしてウェット・エッチングを施すことによってｎ型ＧａＡｓ層１２に達するコンタクト用開口（図においては、右側の周辺部）及び、素子分離溝（図においては、左側の周辺部）を形成する。
なお、この場合、ｎ型ＧａＡｓ層１２と第１ＭＱＷ層１３との間にｎ型ＩｎＧａＰ層等のエッチングストッパーを設けておいても良い。
【００２４】
次いで、ＳｉＯＮマスクを除去したのち、全面に新たにＳｉＯＮ膜（図示せず）を設け、通常のフォトリソグラフィー工程を用いて共通電極形成部及びセンサ電極形成部のＳｉＯＮ膜を選択的に除去し、次いで、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉからなるオーミック電極２０，２５を設けたのち、その表面にＡｕからなる反射電極２１を設け、フォトレジストパターンを利用したリフトオフ法により共通電極及びセンサ電極を選択的に形成する。
【００２５】
なお、この電極形成工程において、回折格子１９の部分に設けるオーミック電極２０は、回折格子１９の一部に設けるものであり、且つ、回折格子１９の凹凸により段切れされ、回折格子１９の凸部の頂部及び凹部の底部のみに部分的に形成されるだけであるので、回折格子１９の大部分においては反射電極２１の反射性が損なわれることがない。
また、共通電極側においては、後述するＴｉ／Ａｕ膜も含めて全体をオーミック電極２５として表示している。
【００２６】
次いで、フォトレジストパターンを除去したのち、新たにフォトレジストを塗布し、センサ出力端子を形成するための開口部を有するレジストマスク（図示せず）を設け、このレジストマスクをマスクとしてドライエッチングを施し、ＳｉＯＮ膜の一部を除去し、引き続いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８及び第２ＭＱＷ層１７を除去し、次いで、フォトレジストパターンを除去したのち、再び新たにフォトレジストを塗布し、先の開口部より小さな面積の開口部を有するレジストマスク（図示せず）を設け、このレジストマスクをマスクとしてドライエッチングを施して、ｎ型ＧａＡｓ層１６及びｉ型ＡｌＡｓ層１５を除去してｎ型ＧａＡｓ層１４を露出させる。
【００２７】
次いで、レジストマスクを除去したのち、新たに保護絶縁膜となるＳｉＯＮ膜２０を堆積させ、通常のフォトリソグラフィー工程によりセンサ出力端子形成部、共通電極部、及び、センサ電極部の反射電極１９の一部を露出させ、露出部にバリア層及び密着性改善層となるＴｉ／Ａｕ膜からなるパッド電極２３，２４を設け、このパッド電極２３，２４を介してＩｎバンプを蒸着法により形成する。なお、図においては、Ｉｎバンプを太い実線で示しており、また、オーミック電極２５は上述の様にＴｉ／Ａｕ膜で覆われている。
【００２８】
次いで、下部光センサ素子においては共通電極であるオーミック電極２５側が負になるように、例えば、５．０Ｖの電圧を印加し、一方、上部光センサ素子においてはパッド電極２３側が正になるように同じ５．０Ｖの電圧を印加する。
【００２９】
この様な量子井戸型光センサにおいて、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１側から半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の主面に対して垂直方向或いは垂直に近い方向から入射した信号光の大半は第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７で吸収されずに透過してしまうが、ｎ型ＧａＡｓ層１８の表面に設けた回折格子１９によって斜め方向に回折・偏向されて、再び第２ＭＱＷ層１７に対して斜め方向に入射されることになり、斜め方向から入射することによって第２ＭＱＷ層１７において効果的に吸収される。
なお、この場合の第２ＭＱＷ層１７における吸収波長帯は、約８〜９μｍである。
【００３０】
また、回折格子１９を透過しようとする信号光は、反射電極２１によって反射され、再び、第２ＭＱＷ層１７側に反射され、再び、第２ＭＱＷ層１７において吸収されるので、光検知効率をさらに向上することができる。
【００３１】
また、第２ＭＱＷ層１７で吸収されなかった反射光の大半は、光閉じ込め層となる低屈折率のｉ型ＡｌＡｓ層１５に対して低入射角で入射することになるので、ｉ型ＡｌＡｓ層１５とｎ型ＧａＡｓ層１６の界面における全反射によって再び第２ＭＱＷ層１７に入射して吸収されることになる。
【００３２】
一方、第１ＭＱＷ層１３側においては、反射光がｉ型ＡｌＡｓ層１５をほとんど透過してこないので、第１ＭＱＷ層１３において信号光に基づく光電流は僅かなものとなり、ほとんどの出力が暗電流となる。
【００３３】
なお、ＭＱＷ層においては垂直方向の入射光はほとんど吸収しないので、ほぼ垂直方向に反射された光は第２ＭＱＷ層１７を透過して第１ＭＱＷ層１３に達するが、第１ＭＱＷ層１３でも吸収されずに半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の裏面まで達し、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の裏面で反射される。
【００３４】
この半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の裏面で反射された光は、光の進行方向は反転するが入射角は変わらないので第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７で吸収されることなく、再度、回折格子１９と反射電極２１とからなる光結合部に向かい、上述と同じ原理で第２ＭＱＷ層１７でのみ吸収されることになり、この様な過程を繰り返すことによって第２ＭＱＷ層１７で、ほとんどの信号光が吸収されることになる。
【００３５】
この場合、上部光センサ素子を流れる電流Ｉ1 は、Ｉp1を光電流、Ｉd1を暗電流とすると、
Ｉ1 ＝Ｉp1＋Ｉd1
となり、一方、下部光センサ素子を流れる電流Ｉ2 は、Ｉp2を光電流、Ｉd2を暗電流とすると、
Ｉ2 ＝Ｉp2＋Ｉd2
となるが、上述のようにＩp2≒０であるので、
Ｉ2 ≒Ｉd2
となる。
【００３６】
また、パッド電極２４に接続するセンサ出力端子から出力される電流Ｉは、上下の光センサ素子に印加されるバイアスの極性が互いに逆であり、且つ、ＭＱＷ部は基本的には抵抗体であるので、
Ｉ＝Ｉ1 −Ｉ2 ≒Ｉp1＋Ｉd1−Ｉd2
となるが、第１ＭＱＷ層１３と第２ＭＱＷ層１７の層構造は上述のように全く同じであり、且つ、その面積もパッド電極２４を形成するための開口部の面積を除けば略同じ面積となるので、
Ｉd1≒Ｉd2
となり、したがって、センサ出力端子から出力される電流Ｉは、
Ｉ≒Ｉp1
となるので、上部光センサ素子の暗電流Ｉd1を相殺して光電流Ｉp1のみを取り出すことができ、それによって、量子井戸型光センサの感度が向上する。
【００３７】
この様に、本発明の実施の形態においては、光吸収層となるＭＱＷ層を２層設け、これを光閉じ込め層を介して積層させ、上部光センサ素子側に信号光の反射光の大半がＭＱＷ層に平行に近い角度で反射されるように回折格子１９と反射電極２１とからなる光結合部を設けているので、上部光センサ素子のみを光検出部とし、下部光センサ素子を暗電流相殺用素子とすることができるので、上部光センサ素子における暗電流を相殺し、信号光に基づく光電流のみを出力として取り出すことができる。
【００３８】
以上、本発明の実施例の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上下の光センサ素子に印加するバイアスは、必ずしも同じバイアスである必要はなく、パッド電極２４を形成するための開口部の面積に起因する第１ＭＱＷ層１３と第２ＭＱＷ層１７の面積の差による暗電流の差により、光電流がキャンセルされないように、下部光センサ側のバイアスを多少小さめに設定しておいても良い。
【００３９】
また、上記の実施の形態の説明においては、暗電流をより確実に相殺できるように、第１ＭＱＷ層１３と第２ＭＱＷ層１７を同じ層構造としているが、成長工程が異なるので、各成長工程における微妙な成膜条件の違いにより膜厚や組成比にバラツキが生ずることがあるが、その場合には、そのバラツキに起因する暗電流の差を補正するようにバイアスを制御しても良く、さらには、第１ＭＱＷ層１３と第２ＭＱＷ層１７は必ずしも完全に同じ構造である必要はない。
【００４０】
また、上記の実施の形態の説明においては、光閉じ込め層となるｉ型ＡｌＡｓ層１５をｎ型ＧａＡｓ層１４とｎ型ＧａＡｓ層１６との間に設けているが、必ずしもその必要はなく、コンタクト層をｎ型ＧａＡｓ層１４のみとするとともに光閉じ込め層をｎ型ＡｌＡｓ層とし、このｎ型ＡｌＡｓ層をｎ型ＧａＡｓ層１４と第２ＭＱＷ層１７との間に設けても良い。
【００４１】
また、光閉じ込め層はＡｌＡｓ層である必要はなく、第２ＭＱＷ層１７と格子整合が取れ、且つ、第２ＭＱＷ層１７或いはｎ型ＧａＡｓ層１６より低屈折率の層であれば良く、例えば、ＡｌＧａＡｓ層を用いても良いものである。
【００４２】
また、上記の実施の形態の説明においては、第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７をＡｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ／ＧａＡｓ接合で構成しているが、バリア層の組成はＡｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓに限られるものではなく、他の組成比のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓでも良く、検知対象とする波長に応じた量子準位、サブバンドが形成されるように、バリア層の厚さ、組成比、及び、ｎ型ＧａＡｓウエル層の厚さを適宜選択すれば良く、さらに、必要とするセンサ感度に応じてｎ型ＧａＡｓウエル層の層数を適宜選択すれば良い。
【００４３】
また、上記の実施の形態の説明においては、第１ＭＱＷ層１３及び第２ＭＱＷ層１７をＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の多重量子井戸構造によって構成しているが、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系等の他のIII-Ｖ族化合物半導体による多重量子井戸構造を用いても良いものであり、使用する大面積基板に格子整合する材料系であれば良い。
【００４４】
また、上記の実施の形態の説明においては、量子井戸型光センサを１個の光センサとして説明しているが、実際には、この様な光センサ素子を二次元アレイ或いは一次元アレイとして配置するものであるが、一個の光センサ素子単体として用いても良いものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、２つの多重量子井戸層を光閉じ込め層を介して積層させ、一方の多重量子井戸層を暗電流相殺用のみに用いることにより、他方の多重量子井戸層から暗電流を相殺した光電流のみを取り出すことができるのでセンサ感度が向上し、また、暗電流に影響されることがないでの従来の量子井戸型光センサよりも冷却条件が大幅に緩和されて高温での動作が可能になり、延いては、大面積の高集積度で且つ高解像度の赤外線固体撮像装置の実用化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の量子井戸型光センサの説明図である。
【図３】従来の量子井戸型光センサの概略的断面図である。
【符号の説明】
１ 多重量子井戸層
２ コンタクト層
３ 光閉じ込め層
４ コンタクト層
５ 多重量子井戸層
６ 光結合構造
７ コンタクト層
８ コンタクト層
９ センサ出力端子
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｎ型ＧａＡｓ層
１３ 第１ＭＱＷ層
１４ ｎ型ＧａＡｓ層
１５ ｉ型ＡｌＡｓ層
１６ ｎ型ＧａＡｓ層
１７ 第２ＭＱＷ層
１８ ｎ型ＧａＡｓ層
１９ 回折格子
２０ オーミック電極
２１ 反射電極
２２ ＳｉＯＮ膜
２３ パッド電極
２４ パッド電極
２５ オーミック電極
３１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
３２ ｎ型ＧａＡｓ層
３３ ＭＱＷ層
３４ ｎ型ＧａＡｓ層
３５ 回折格子
３６ オーミック電極
３７ 反射電極
３８ ＳｉＯＮ膜
３９ パッド電極
４０ オーミック電極
４１ 出力端子
４２ 共通電極端子
Claims (6)
- 多重量子井戸層におけるサブバンド間のキャリア励起による光吸収を利用して光検知を行う量子井戸型光センサにおいて、２つの多重量子井戸層を設け、前記２つの多重量子井戸層間に光閉じ込め層とセンサ出力端子を設けるとともに、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層側に入射光を偏向させる光結合構造を設け、光入射側に設けた多重量子井戸層から暗電流のみを取り出し、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層から暗電流及び光電流を取り出し、前記２つの多重量子井戸層に互いに逆極性となる電圧を印加することで、前記取り出した暗電流同士を相殺させた出力電流を前記センサ出力端子から取り出すことを特徴とする量子井戸型光センサ。
- 上記２つの多重量子井戸層は、同じ層構造であることを特徴とする請求項１記載の量子井戸型光センサ。
- 上記光閉じ込め層は、上記２つの多重量子井戸層よりも低屈折率であることを特徴とする請求項１または２に記載の量子井戸型光センサ。
- 上記入射光は、上記２つの多重量子井戸層に対して垂直方向或いは垂直に近い方向から入射されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の量子井戸型光センサ。
- 上記量子井戸型光センサは、上記２つの多重量子井戸層の間及びその外側にコンタクト層を設け、上記電圧は、前記コンタクト層を介して印加され、上記暗電流及び光電流は、前記コンタクト層を介して取り出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の量子井戸型光センサ。
- 多重量子井戸層におけるサブバンド間のキャリア励起による光吸収を利用して光検知を行う量子井戸型光センサにおいて、それぞれコンタクト層に挟まれた２つの多重量子井戸層を光閉じ込め層を介して対向させた状態で積層させるとともに、光入射側と反対側に設けた多重量子井戸層側に入射光を偏向させる光結合構造を設け、前記２つの多重量子井戸層の間に設けたコンタクト層に接続した電極をセンサ出力端子とするとともに、前記２つの多重量子井戸層の互いに対向する側と反対側に設けたコンタクト層にそれぞれの多重量子井戸層に電圧を印加する電極を設け、前記２つの多重量子井戸層の互いに対向する側と反対側に設けたコンタクト層から前記各多重量子井戸層に印加する電圧の極性が、互いに逆であることを特徴とする量子井戸型光センサ。
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