JP4435748B2 - 赤外線検知器 - Google Patents

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Description

本発明は、量子ドット層を備えた赤外線検知器に関し、特に、暗電流の低減を図った赤外線検知器に関する。
近年、赤外線検知器として量子ドット構造を赤外線吸収部とする量子ドット型赤外線検知器（ＱＤＩＰ：Quantum Dot Infrared Photodetector）が注目を集めている。
この量子ドット型赤外線検知器では、ｉ型ＧａＡｓ層に挟み込まれたＩｎＡｓ量子ドット内の伝導帯量子準位に位置する電子が外部から入射してきた赤外線により励起され、それを電流、即ち、光電流として捕らえることにより赤外線を検知している。
このＱＤＩＰを構成する量子ドットは分子線エピタキシャル装置の中で自己形成法により形成されるため、成長方向に対して垂直な面内に分布する。但し、赤外線を検知する効率を高めるために、通常、量子ドットを含む層を複数、例えば８層積層したものが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
図１８は、従来のＱＤＩＰの一例を示す概念的断面図である。この例では、半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上にｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２が形成され、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２上に量子ドット層５３が６〜２０周期（層）程度積層されている。各量子ドット層５３は、ｉ型ＧａＡｓ層５４に複数のＩｎＡｓ量子ドット５５が埋め込まれて構成されている。更に、最上層の量子ドット層５３上にｎ型ＧａＡｓ上部電極層５６が形成されている。そして、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２及びｎ型ＧａＡｓ上部電極層５６上に、夫々ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる電極５７及び５８が形成されている。このような積層構造は、半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上に、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２、６〜２０周期程度の量子ドット層５３及びｎ型ＧａＡｓ上部電極層５６を順次形成した後に、ｎ型ＧａＡｓ上部電極層５６及び量子ドット層５３を部分的にエッチングすることにより、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２を露出させれば、得ることができる。
次に、図１８に示す従来のＱＤＩＰの動作について説明する。
図１９は、図１８に示す従来のＱＤＩＰの無バイアス時の伝導帯端プロファイルを示す図である。無バイアス時には、量子ドット層５３の積層体に不純物が添加されていないため、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２及びｎ型ＧａＡｓ上部電極層５６から電子が供給されてくる。しかし、ＩｎＡｓ量子ドット５５に形成される量子準位（基底準位６１及び励起準位６２）は、ＧａＡｓの伝導帯端より低いエネルギー位置にあるので、供給された電子は量子準位６１及び６２に緩和されることになる。
フェルミエネルギーＥfは、電子がある状態を占める割合が半分になるときにその状態のエネルギーに等しいと定義されているので、この場合、基底準位６１がそのエネルギーに相当する。
系が熱平衡であるとき系全体でフェルミエネルギーＥfは一定となる。このため、電極層５２及び５６のフェルミエネルギー位置である伝導帯端と、ＩｎＡｓ量子ドット５５の基底準位６１とが概ね一致するように、ＩｎＡｓ量子ドット５５の伝導帯端が盛り上がる。
但し、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２及びｎ型ＧａＡｓ上部電極層５６の近くに位置する量子ドット層５３では、電極層５２及び５６からの電子の供給が過剰となるため、フェルミエネルギーが励起準位６２の位置にまで達する。この結果、伝導帯の盛り上がりは少なくなる。
図２０は、図１８に示す従来のＱＤＩＰのバイアス時の伝導帯端プロファイルを示す図である。ここでは、電界が量子ドット層５３の積層体に一様に加わるものとする。バイアス時には、一対の電極５７及び５８間に電源５９によって与えられた電位差が存在するため、外部から赤外線が照射されて電子が励起されると、この電子がｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２とｎ型ＧａＡｓ上部電極層５６との間を流れる。即ち、光電流が発生する。
一方、赤外線が照射されていない状態においても、ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２とｎ型ＧａＡｓ上部電極層５６との間に加えられた電位差により、低電位側電極層（ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２）に位置していた電子６３が、電極層５２及び５６間を流れる。即ち、低電位側電極層（ｎ型ＧａＡｓ下部電極層５２）から流れ出た電子６３は、そこから数層先のｉ型ＧａＡｓ層５４の伝導帯端を最も高い障壁としてとらえ、電子６３がこれを越えると暗電流が流れる。この暗電流は、赤外線が照射された場合にも流れる。
光検知器の性能は概ね光電流と暗電流との比に左右されるため、暗電流の低減を図ることが検知器の性能を向上させる上で一つの必要事項とされている。
上述の機構からすると、障壁が高いほど暗電流は小さくなるため、この障壁を高くすることが暗電流を小さくする一つの手段である。そこで、ｉ型ＧａＡｓ層５４の代わりに、それよりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＡｓ層等の半導体層内にＩｎＡｓ量子ドット５５を埋め込むことにより障壁を高くすれば、暗電流の低減が可能になると考えられている。
Journal of Applied Physics,Vol.92,No.12,pp.7462-7468,15 December 2002
しかしながら、量子ドットの成長においては、成長温度を５００℃程度とすることが要求されているのに対し、一般的に、ＡｌＧａＡｓ層の成長は６００℃程度で行われる。このため、ＡｌＧａＡｓ層を量子ドットが埋め込まれる層として用いることは、成長条件の最適化等の観点から困難である。
そこで、本発明は、量子ドット埋め込み層の成長温度を量子ドットの成長温度に適した温度としたままで、暗電流となる電子に対する障壁を高くして暗電流を低減することができる赤外線検知器を提供することを目的とする。
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
本発明に係る赤外線検知器には、積層された複数の量子ドット層を有する赤外線検知部と、前記赤外線検知部の積層方向の端部に設けられ、量子井戸構造を有する少なくとも１層の暗電流低減層とが設けられている。
ここで、図１を参照しながら、本発明に係る赤外線検知器の原理について説明する。図１は、本発明の原理を示す図である。
本発明に係る赤外線検知器を図示すると、例えば図１のようになる。即ち、積層された複数の量子ドット層２を有する赤外線検知部１が設けられ、更に、赤外線検知部１の積層方向の端部に、量子井戸構造を有する少なくとも１層の暗電流低減層４が設けられている。
このように、ＡｌＧａＡｓ層等ではなく量子井戸構造を有する暗電流低減層４を設けることによって、成長温度を高めることなく、暗電流となる電子に対する電子障壁を高くすることができる。
なお、内部電界の向きが電極層７及び８間に印加された電界の向きに対して逆になるため、電極層７及び８近傍の量子ドット層２と同様に、暗電流低減層４において赤外線により励起された電子が電極層７及び８間に与えられた電位差に従って高電位側の電極層８へ流れることはない。従って、光電流に影響を与えることなく、暗電流を低減する効果が得られ、赤外線検知器の性能が向上する。
暗電流低減層４としては、例えば、赤外線検知部１を構成する量子ドット３よりも平均サイズが大きな複数の量子ドット６を含む量子ドット層５を用いればよい。量子ドット６のサイズを量子ドット３よりも大きなものとすることによって、量子準位間の間隔が狭くなると共に、量子準位が下がるので、フェルミエネルギーが相対的に低下する。この結果、暗電流低減層４内の量子ドットの伝導帯端が盛り上がり、電子に対する電子障壁が高くなる。
また、暗電流低減層４として、赤外線検知部１を構成する量子ドット３よりも数的な密度が高い複数の量子ドットを含む量子ドット層を用いてもよい。量子ドットの数的な密度を高めることによって、電極層７及び８から供給される電子の占める量子準位の数が増えるので、フェルミエネルギーが相対的に低下する。この結果、暗電流低減層４内の量子ドットの伝導帯端が盛り上がり、電子に対する電子障壁が高くなる。
また、暗電流低減層４として、赤外線検知部１を構成する量子ドット３よりも平均サイズが大きく、且つ数的な密度が高い複数の量子ドットを含む量子ドット層を用いてもよい。サイズ及び密度の相乗効果が得られる。
更に、暗電流低減層４として、１次元量子井戸層を含むものを用いてもよい。暗電流低減層４におけるフェルミエネルギーは基底準位のままとなるので、暗電流低減層４内の量子ドットの伝導帯端が盛り上がり電子に対する電子障壁を高くなる。この結果、暗電流を低減する効果が得られると共に、製造工程が簡素化される。
また、暗電流低減層４として、赤外線検知部１を構成する量子ドット３よりもバンドギャップが小さい材料を量子井戸として用いた複数の量子ドットを含む量子ドット層を用いてもよい。バンドギャップが小さい材料を量子井戸として用いた量子ドットでは、井戸部の伝導帯端が低下するため、その中に形成される量子準位も低下する。これに伴いフェルミエネルギーも相対的に低下する。この結果、暗電流低減層４の伝導帯端が盛り上がり電子に対する電子障壁が高くなる。
なお、暗電流低減層４は、単層でもよいが、単層では伝導帯端の盛り上がりが少ない場合には、２層又は３層以上の多層構造としてもよい。
本発明によれば、量子井戸構造を有する暗電流低減層が設けられているので、成長温度を高めることなく、暗電流となる電子に対する電子障壁を高くすることができる。これにより、光電流に影響を与えることなく、暗電流低減効果のみにより赤外線検知器の性能を向上することができる。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、便宜上、赤外線検知器の構成については、その製造方法と共に説明する。
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
先ず、分子線エピタキシャル法を用いて、基板温度を、例えば、６００℃として、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、例えば、厚さが１０００ｎｍ（＝１μｍ）程度で、Ｓｉ濃度が２×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＡｓ層１２を下部電極層として成長させる。
引き続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１３をｎ型ＧａＡｓ層１２上に成長させる。なお、ｉ型ＧａＡｓ層１３を成長させながら基板温度を６００℃から量子ドットの形成に適する温度、例えば５００℃まで降温する。
引き続いて、基板温度を５００℃に維持したまま、成長速度が例えば０．２ＭＬ（モノレイヤー）／ｓ（秒）となるようにＩｎＡｓを供給する。ＩｎＡｓをある程度の量まで供給すると、ｉ型ＧａＡｓ層１３上に成長し始めているＩｎＡｓ層に加わる圧縮歪が増加し、ＩｎＡｓ層が３次元成長して量子ドット１４が自己形成される。
量子ドット１４の形成に際しては、ＩｎＡｓの総供給量を、その後の量子ドット１６の形成時の各総供給量（例えば２．０ＭＬ）よりも多くする。例えば、ここでは、ＩｎＡｓの総供給量を２．５ＭＬとする。この結果、量子ドット１４のサイズが、その後に形成される量子ドット１６よりも大きなものとなる。例えば、量子ドット１４の個々の体積は、総供給量を２．０ＭＬとした場合と比べて１．５倍程度になる。
引き続いて、基板温度を５００℃に維持したまま、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１５を、量子ドット１４を覆うようにｉ型ＧａＡｓ層１３上に成長させる。ｉ型ＧａＡｓ層１３、量子ドット１４及びこれを覆うｉ型ＧａＡｓ層１５の一部から第１層目の量子ドット層５（量子井戸構造を有する暗電流低減層４）が構成される。その後、成長速度が例えば０．２ＭＬ／ｓとなるようにＩｎＡｓを供給することにより、第２層目の量子ドット１６を形成する。
量子ドット１６の形成に際しては、ＩｎＡｓの総供給量を２．０ＭＬ程度とする。この結果、量子ドット１６は量子ドット１４よりも小さなものとなる。なお、２．０ＭＬ程度の供給量は、従来のものと同程度であり、量子ドット１６のサイズは、従来の赤外線検知器に用いられているものと同程度となる。
その後、ｉ型ＧａＡｓ層１５の形成及び量子ドット１６の形成を繰り返す。量子ドット１６、この直下のｉ型ＧａＡｓ層１５の一部及び当該量子ドット１６を覆うｉ型ＧａＡｓ層１５の一部から第２層目以降の量子ドット層２が構成される。例えば、量子ドット層の総数を８層とする場合には、その後にｉ型ＧａＡｓ層１５の成長及びＩｎＡｓの供給を６回繰り返す。
続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１７を最も上に位置する量子ドット１６を覆うように成長させる。この量子ドット１６、この直下のｉ型ＧａＡｓ層１５の一部及びｉ型ＧａＡｓ層１７から、最も上に位置する量子ドット層２が構成される。なお、ｉ型ＧａＡｓ層１７を成長させながら基板温度を５００℃から再び６００℃に昇温する。
引き続いて、基板温度を６００℃に維持したまま、例えば、厚さが１０００ｎｍ程度で、Ｓｉ濃度が２×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＡｓ層１８を上部電極層として成長させる。
次いで、リソグラフィー、ドライエッチングを用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８、ｉ型ＧａＡｓ層１７、量子ドット１６又は１４を含む各ｉ型ＧａＡｓ層１５及びｉ型ＧａＡｓ層１３の一部をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＡｓ層１２の表面の一部を露出させる。その後、金属蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８（上部電極層）及びｎ型ＧａＡｓ層１２（下部電極層）上に、電極１９及び２０を形成する。電極１９及び２０は、例えば、ＡｕＧｅ膜上にＮｉ膜及びＡｕ膜が積層されて構成される。このようにして、第１の実施形態に係るＱＤＩＰの基本構成が完成する。
ここで、フェルミエネルギーの量子ドットのサイズ依存性について説明する。図３は、フェルミエネルギーと量子ドットのサイズとの関係を示す図である。図３の左側に従来の赤外線検知器に用いられている量子ドット５５のエネルギー準位を示し、右側に量子ドット１４のエネルギー準位を示している。量子ドット５５の大きさは量子ドット１６と同程度であり、量子ドット１４よりも小さい。
これらを比較すると、小さな量子ドット５５では、量子準位は基底準位２３及び第一励起準位２４のみである。
これに対し、大きな量子ドット１４では、量子準位の間隔が量子ドット５５と比べて狭くなり、多くの高位の励起準位２５及び２６が形成されて、第一励起準位２４のエネルギーが量子ドット５５のそれよりも低くなる。このため、量子ドット１４及び５５に互いに同数の電子２７が電極層から供給された場合には、量子ドット１４のフェルミエネルギーは、量子ドット５５のフェルミエネルギーと比べて相対的に下がることになる。
例えば、１個の量子ドットあたり３個の電子が供給されたとすると、供給された電子２７はエネルギーの低い量子準位から占有していくため、１個目及び２個目の電子２７が基底準位２３に、３個目の電子２７が第一励起準位２４に配置される。この結果、フェルミエネルギーはこの第一励起準位２４に一致する。
次に、第１の実施形態に係るＱＤＩＰの動作について説明する。
図４は、第１の実施形態に係るＱＤＩＰの無バイアス時の伝導帯端プロファイルを示す図である。無バイアス時には、ｎ型ＧａＡｓ層１２及びｎ型ＧａＡｓ層１８から電子が供給されてくる。しかし、量子ドット１４及び１６に形成される量子準位（基底準位及び励起準位）は、ＧａＡｓの伝導帯端より低いエネルギー位置にあるので、供給された電子は量子準位に緩和されることになる。
また、系が熱平衡であるとき系全体でフェルミエネルギーＥfは一定となる。このため、電極層１２及び１８のフェルミエネルギー位置である伝導帯端と、量子ドット１４及び１６の基底準位２３とが概ね一致するように、量子ドット１６の伝導帯端が盛り上がる。更に、本実施形態では、量子ドット１４のフェルミエネルギーが量子ドット１６のそれよりも相対的に下がっているため、量子ドット１４の伝導帯端も持ち上がる。
図５は、第１の実施形態に係るＱＤＩＰのバイアス時の伝導帯端プロファイルを示す図である。バイアス時には、ｎ型ＧａＡｓ層１２とｎ型ＧａＡｓ層１８との間に電源２１によって与えられた電位差が存在するため、外部から赤外線が照射されて電子が励起されると、この電子がｎ型ＧａＡｓ層１２とｎ型ＧａＡｓ層１８との間を流れる。即ち、光電流が発生する。
一方、赤外線が照射されていない状態においても、ｎ型ＧａＡｓ層１２とｎ型ＧａＡｓ層１８との間に加えられた電位差により、ｎ型ＧａＡｓ層１２に位置していた電子６３が、電極層５２及び５６間を流れようとする。しかしながら、ｎ型ＧａＡｓ層１２に位置する電子にとっての障壁は、量子ドット１４が形成する障壁であり、大きな量子ドット１４がないもの、例えば図２０に示す従来のものと比べて空間的に近く、また、これに付随して障壁の高さが高くなっている。この結果、暗電流が小さくなる。
従って、この状態において電極層１２及び１８間を流れる電流を電流計２２により計測すると、暗電流が従来のものよりも低減された状態で赤外線入射時の電流変化が検出される。即ち、性能が高い赤外線検知器が得られる。
このように、第１の実施形態においては、量子ドット１６を包含する量子ドット層２の積層体（赤外線検知部１）と下層電極層（ｎ型ＧａＡｓ層１２）との間に、量子ドット１６よりも大きな量子ドット１４を包含する量子ドット層５（暗電流低減層４）が存在する。このため、量子ドット埋込層として高温成長が必要なＡｌＧａＡｓ等を用いることなく、電子に対する実効的な電位障壁を高くして暗電流を低減することができる。
なお、内部電界の向きが電極層１２及び１８間に印加された電界の向きに対して逆になるため、量子ドット１４を包含する量子ドット層５（暗電流低減層４）において赤外線により電子が励起されても、この電子が電極層１２及び１８間に与えられた電位差に従って高電位側の電極層（ｎ型ＧａＡｓ層１８）へ流れることはない。従って、光電流に影響を与えることなく、暗電流を低減する効果が得られ、赤外線検知器の性能が向上する。
また、量子ドット１４の大きさは、量子ドット１６の１．５倍である必要はなく、例えば、２．０倍又は２．５倍等としてもよい。量子ドット１４を形成する際のＩｎＡｓの総供給量を多くするほど、量子ドット１４を大きく成長させることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
第２の実施形態では、ｉ型ＧａＡｓ層１３上に、ＩｎＡｓの総供給量を２．５ＭＬとしてサイズの大きな量子ドット１４を成長させ、これを覆うｉ型ＧａＡｓ層１５を形成した後、この量子ドット１４の形成及びｉ型ＧａＡｓ層１５の形成を２回繰り返す。この結果、大きな量子ドット１４を包含する量子ドット層５、即ち、暗電流低減層４の数が３層となっている。他の構成は、第１の実施形態と同様である。
このような第２の実施形態では、第２層目及び第３層目の暗電流低減層４における量子ドットの伝導帯端の盛り上がりが第１層目の盛り上がりに付加されるため、電子にとっての障壁がより高くなり、暗電流がより一層低減される。なお、暗電流低減層４の数は、２層でもよく、４層以上でもよい。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
先ず、分子線エピタキシャル法を用いて、基板温度を、例えば、６００℃として、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、例えば、厚さが１０００ｎｍ（＝１μｍ）程度で、Ｓｉ濃度が２×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＡｓ層１２を下部電極層として成長させる。
引き続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１３をｎ型ＧａＡｓ層１２上に成長させる。なお、ｉ型ＧａＡｓ層１３を成長させながら基板温度を６００℃から、第１の実施形態よりも低い温度、例えば４８０℃まで降温する。
引き続いて、基板温度を４８０℃に維持したまま、成長速度が例えば０．２ＭＬ（モノレイヤー）／ｓ（秒）となるようにＩｎＡｓを供給する。また、本実施形態では、ＩｎＡｓの総供給量を２．０ＭＬとする。この結果、その後に形成する量子ドット１６と同程度の大きさの量子ドット２８が形成される。但し、量子ドット２８の成長温度が量子ドット１６の成長温度よりも低いため、ＩｎＡｓの移動が少なくなり、より多数の量子ドット２８が成長する。この結果、量子ドット２８の数密度は、第１の実施形態における量子ドット１６の数密度よりも高くなる。例えば、量子ドット２８の数密度は、成長温度を５００℃とした場合と比べて１．５倍程度になる。
引き続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１５を成長させる。但し、ｉ型ＧａＡｓ層１５を成長させながら、基板温度を４８０℃から５００℃に昇温する。ｉ型ＧａＡｓ層１３、量子ドット２８及びこれを覆うｉ型ＧａＡｓ層１５の一部から第１層目の量子ドット層５（量子井戸構造を有する暗電流低減層４）が構成される。
引き続いて、基板温度を５００℃に維持したまま、成長速度が例えば０．２ＭＬ／ｓとなるようにＩｎＡｓを供給することにより、第２層目の量子ドット１６を形成する。量子ドット１６の形成に際しては、ＩｎＡｓの総供給量を２．０ＭＬ程度とする。
その後、ｉ型ＧａＡｓ層１５の形成及び量子ドット１６の形成を繰り返す。量子ドット１６、この直下のｉ型ＧａＡｓ層１５の一部及び当該量子ドット１６を覆うｉ型ＧａＡｓ層１５の一部から第２層目以降の量子ドット層２が構成される。例えば、量子ドット層の総数を８層とする場合には、その後にｉ型ＧａＡｓ層１５の成長及びＩｎＡｓの供給を６回繰り返す。
続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１７を最も上に位置する量子ドット１６を覆うように成長させる。この量子ドット１６、この直下のｉ型ＧａＡｓ層１５の一部及びｉ型ＧａＡｓ層１７から、最も上に位置する量子ドット層２が構成される。なお、ｉ型ＧａＡｓ層１７を成長させながら基板温度を５００℃から再び６００℃に昇温する。
引き続いて、基板温度を６００℃に維持したまま、例えば、厚さが１０００ｎｍ程度で、Ｓｉ濃度が２×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＡｓ層１８を上部電極層として成長させる。
次いで、リソグラフィー、ドライエッチングを用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８、ｉ型ＧａＡｓ層１７、量子ドット１６又は２８を含む各ｉ型ＧａＡｓ層１５及びｉ型ＧａＡｓ層１３の一部をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＡｓ層１２の表面の一部を露出させる。その後、金属蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８（上部電極層）及びｎ型ＧａＡｓ層１２（下部電極層）上に、電極１９及び２０を形成する。電極１９及び２０は、例えば、ＡｕＧｅ膜上にＮｉ膜及びＡｕ膜が積層されて構成される。このようにして、第３の実施形態に係るＱＤＩＰの基本構成が完成する。
ここで、フェルミエネルギーの量子ドットの数密度依存性について説明する。図８は、フェルミエネルギーと量子ドットの数密度との関係を示す図である。図８の左側に従来の赤外線検知器に用いられている量子ドット５５のエネルギー準位を示し、右側に量子ドット２８のエネルギー準位を示している。量子ドット５５の数密度は量子ドット１６と同程度であり、量子ドット２８よりも小さい。
これらを比較すると、量子ドット２８及び５５のいずれにおいても、量子準位は基底準位２３及び第一励起準位２４のみである。
但し、量子ドット２８及び５５に互いに同数の電子２７が電極層から供給された場合には、一個の量子ドットに供給される電子の数は量子ドットの数密度に反比例するため、量子ドット２８の準位を占める電子の数は、数密度が低い量子ドット５５と比べて少なくなる。
即ち、電極層から第１層目の量子ドット層へ供給される総電子数は量子ドットの数密度の違いに依らず概ね一定であるので、量子ドット２８の数密度が量子ドット５５の数密度の２倍であれば、量子ドット２８の１個あたりに供給される電子の数は、量子ドット５５の１個あたりに供給される電子の数の半分になる。
例えば、１個の量子ドット５５あたり３個の電子が供給された場合には、供給された電子２７はエネルギーの低い量子準位から占有していくため、１個目及び２個目の電子２７が基底準位２３に、３個目の電子２７が第一励起準位２４に配置される。この結果、フェルミエネルギーはこの第一励起準位２４に一致する。
一方、同数の電子が量子ドット２８に供給された場合には、１個の量子ドット２８あたりに１．５個の電子が供給されたことになるので、供給された電子２７は全て基底準位２３を占める。この結果、基底準位２３に概ねフェルミエネルギーが一致する。
このように、数密度が高い量子ドット２８を包含する量子ドット層５のフェルミエネルギーは数密度が低い場合のものと比べて相対的に下がる。従って、系全体では、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＡｓ層１２（下部電極層）側の電子障壁が盛り上がり、暗電流が小さくなる。
なお、量子ドット２８の数密度は、量子ドット１６の１．５倍である必要はなく、例えば、２．０倍又は２．５倍等としてもよい。量子ドット２８を形成する際の成長温度を下げるほど、量子ドット２８の数密度を高くすることができる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図９は、本発明の第４の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
第４の実施形態では、ｉ型ＧａＡｓ層１３上に、基板温度を４８０℃としてＩｎＡｓを供給することにより、数密度が高い量子ドット２８を成長させ、これを覆うｉ型ＧａＡｓ層１５を形成した後、この量子ドット２８の形成及びｉ型ＧａＡｓ層１５の形成を２回繰り返す。この結果、数密度が高い量子ドット２８を包含する量子ドット層５、即ち、暗電流低減層４の数が３層となっている。他の構成は、第３の実施形態と同様である。
このような第４の実施形態では、第２層目及び第３層目の暗電流低減層４における伝導帯端の盛り上がりが第１層目の盛り上がりに付加されるため、電子にとっての障壁がより高くなり、暗電流がより一層低減される。なお、暗電流低減層４の数は、２層でもよく、４層以上でもよい。
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第５の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
先ず、分子線エピタキシャル法を用いて、基板温度と、例えば、６００℃として、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、例えば、厚さが１０００ｎｍ（＝１μｍ）程度で、Ｓｉ濃度が２×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＡｓ層１２を下部電極層となる成長させる。
引き続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１３をｎ型ＧａＡｓ層１２上に成長させる。なお、ｉ型ＧａＡｓ層１３を成長させながら基板温度を６００℃から、第１の実施形態よりも低い温度、例えば４８０℃まで降温する。
引き続いて、基板温度を４８０℃に維持したまま、成長速度が例えば０．２ＭＬ（モノレイヤー）／ｓ（秒）となるようにＩｎＡｓを供給する。また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、ＩｎＡｓの総供給量を２．５ＭＬとする。この結果、第１の実施形態における量子ドット１４と同程度の大きさの量子ドット２９が第３の実施形態における量子ドット２８と同程度の数密度で形成される。
引き続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１５を成長させる。但し、ｉ型ＧａＡｓ層１５を成長させながら、基板温度を４８０℃から５００℃に昇温する。
その後、第１の実施形態と同様に、複数のｉ型ＧａＡｓ層１５、複数の量子ドット１６、ｉ型ＧａＡｓ層１７及びｎ型ＧａＡｓ層１８を成長させる。次いで、リソグラフィー、ドライエッチングを用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８、ｉ型ＧａＡｓ層１７、量子ドット１６又は２９を含む各ｉ型ＧａＡｓ層１５及びｉ型ＧａＡｓ層１３の一部をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＡｓ層１２の表面の一部を露出させる。その後、金属蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８（上部電極層）及びｎ型ＧａＡｓ層１２（下部電極層）上に、電極１９及び２０を形成する。電極１９及び２０は、例えば、ＡｕＧｅ膜上にＮｉ膜及びＡｕ膜が積層されて構成される。このようにして、第５の実施形態に係るＱＤＩＰの基本構成が完成する。
このような第５の実施形態では、第１の実施形態の効果及び第３の実施形態の効果を得ることができる。即ち、量子井戸構造を有する暗電流低減層４として機能する量子ドット層５に包含された量子ドット２９のサイズを大きいことに伴ってフェルミエネルギーが低下するという効果と、量子ドット２９の数密度が高いことに伴ってフェルミエネルギーが基底準位に一致するという効果との相乗効果が得られる。従って、電子に対する電位障壁を確実に高くすることができる。
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第６の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
第６の実施形態では、ｉ型ＧａＡｓ層１３上に、基板温度を４８０℃とし、ＩｎＡｓの総供給量を２．５ＭＬとして、サイズが大きく、且つ数密度が高い量子ドット２９を成長させ、これを覆うｉ型ＧａＡｓ層１５を形成した後、この量子ドット２９の形成及びｉ型ＧａＡｓ層１５の形成を２回繰り返す。この結果、数密度が高い大きな量子ドット２９を包含する量子ドット層５、即ち、暗電流低減層４の数が３層となっている。他の構成は、第５の実施形態と同様である。
このような第６の実施形態では、第２層目及び第３層目の暗電流低減層４における伝導帯端の盛り上がりが第１層目の盛り上がりに付加されるため、電子にとっての障壁がより高くなり、暗電流がより一層低減される。なお、暗電流低減層４の数は、２層でもよく、４層以上でもよい。
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図１２は、本発明の第７の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
先ず、分子線エピタキシャル法を用いて、基板温度を、例えば、６００℃として、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、例えば、厚さが１０００ｎｍ（＝１μｍ）程度で、Ｓｉ濃度が２×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＡｓ層１２を下部電極層として成長させる。
引き続いて、基板温度を６００℃に維持しながら、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１３及びＩｎ組成比が例えば０．３で、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０をｎ型ＧａＡｓ層１２上に順次成長させる。
この時、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０には圧縮歪が加わるがＩｎ組成が十分低いために３次元成長することはない。
引き続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層３１をｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０上に成長させる。なお、ｉ型ＧａＡｓ層３１を成長させながら基板温度を６００℃から量子ドットの形成に適する温度、例えば５００℃まで降温する。
この結果、本実施形態では、ｉ型ＧａＡｓ層３１及びｉ型ＧａＡｓ層１３がバリア層として機能し、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０が１次元井戸層として機能する１次元量子井戸構造が形成される。そして、ｉ型ＧａＡｓ層１３、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０及びｉ型ＧａＡｓ層３１の一部から第１層目の量子井戸構造を有する暗電流低減層４が構成される。
その後、第１の実施形態と同様に、複数のｉ型ＧａＡｓ層１５、複数の量子ドット１６、ｉ型ＧａＡｓ層１７及びｎ型ＧａＡｓ層１８を成長させる。次いで、リソグラフィー、ドライエッチングを用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８、ｉ型ＧａＡｓ層１７、量子ドット１６を含む各ｉ型ＧａＡｓ層１５、ｉ型ＧａＡｓ層３１、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０及びｉ型ＧａＡｓ層１３の一部をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＡｓ層１２の表面の一部を露出させる。その後、金属蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８（上部電極層）及びｎ型ＧａＡｓ層１２（下部電極層）上に、電極１９及び２０を形成する。電極１９及び２０は、例えば、ＡｕＧｅ膜上にＮｉ膜及びＡｕ膜が積層されて構成される。このようにして、第７の実施形態に係るＱＤＩＰの基本構成が完成する。
ここで、フェルミエネルギーの量子構造依存性について説明する。図１３は、フェルミエネルギーと量子構造との関係を示す図である。図１３の左側に従来の赤外線検知器に用いられている量子ドット５５のエネルギー準位を示し、右側にｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０のエネルギー準位を示している。
これらを比較すると、量子ドット５５では、量子準位は基底準位２３及び第一励起準位２４のみである。
ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０（１次元量子井戸層）でも、量子準位は基底準位３２及び第一励起準位３３のみであるが、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０の基底準位３２の状態数は、量子ドット層に含まれる量子ドット５５の数と基底準位２３の状態数との積より十分大きい。このため、電極層から互いに同数の電子が供給された場合には、量子ドット５５では、電子２７が第一励起準位２４を占めることがあっても、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０に供給される電子は概ねｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０の基底準位３２を占有することになる。
例えば、１個の量子ドット５５あたり３個の電子が供給された場合には、電子２７が第一励起準位２４にも配置される。このため、第一励起準位２４にフェルミエネルギーが一致する。
一方、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０では、供給された電子２７は全て基底準位３２を占めることになるので、基底準位３２に概ねフェルミエネルギーが一致する。このため、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０のフェルミエネルギーは量子ドット１６を包含する量子ドット層のそれと比べて相対的に下がる。従って、系全体では、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＡｓ層１２（下部電極層）側の電子障壁が盛り上がり、暗電流が小さくなる。
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。図１４は、本発明の第８の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
第８の実施形態では、ｉ型ＧａＡｓ層１３上に、基板温度を６００℃としてｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０及びｉ型ＧａＡｓ層３１を形成した後、このｉ型ＩｎＧａＡｓ層３０及びｉ型ＧａＡｓ層３１の形成を２回繰り返す。この結果、１次元量子井戸層、即ち、暗電流低減層４の数が３層となっている。他の構成は、第７の実施形態と同様である。
このような第８の実施形態では、第２層目及び第３層目の暗電流低減層４における伝導帯端の盛り上がりが第１層目の盛り上がりに付加されるため、電子にとっての障壁がより高くなり、暗電流がより一層低減される。なお、暗電流低減層４の数は、２層でもよく、４層以上でもよい。
（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。図１５は、本発明の第９の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
先ず、分子線エピタキシャル法を用いて、基板温度と、例えば、６００℃として、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、例えば、厚さが１０００ｎｍ（＝１μｍ）程度で、Ｓｉ濃度が２×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＡｓ層１２を下部電極層として成長させる。
引き続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１３をｎ型ＧａＡｓ層１２上に成長させる。なお、ｉ型ＧａＡｓ層１３を成長させながら基板温度を６００℃から量子ドットの形成に適する温度、例えば５００℃まで降温する。
引き続いて、基板温度を５００℃に維持したまま、成長速度が例えば０．２ＭＬ（モノレイヤー）／ｓ（秒）となるようにＩｎXＧａ1-XＡｓを供給することにより、量子ドット３４を形成する。
量子ドット３４の形成に際し、本実施形態では、ＩｎXＧａ1-XＡｓの総供給量を２．０ＭＬとする。また、供給するＩｎXＧａ1-XＡｓのＩｎ組成比Ｘを、その後の量子ドット３５の形成時のＩｎ組成比（例えば０．５）よりも高くする。例えば、ここでは、Ｉｎ組成比を１とする。この結果、量子ドット３４を構成するＩｎXＧａ1-XＡｓのバンドギャップが、その後に形成される量子ドット３５よりも小さくなり、量子ドット３４を構成するＩｎXＧａ1-XＡｓの伝導帯側井戸部のエネルギー深さが量子ドット３５のものよりも深くなる。例えば、量子ドット３４におけるエネルギー深さは、Ｉｎ組成比を０．５とした場合と比べて２．０倍程度になる。
引き続いて、基板温度を５００℃に維持したまま、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１５を、量子ドット３４を覆うようにｉ型ＧａＡｓ層１３上に成長させる。ｉ型ＧａＡｓ層１３、量子ドット３４及びこれを覆うｉ型ＧａＡｓ層１５の一部から第１層目の量子ドット層５（量子井戸構造を有する暗電流低減層４）が構成される。その後、成長速度が例えば０．２ＭＬ／ｓとなるようにＩｎXＧａ1-XＡｓを供給することにより、第２層目の量子ドット３５を形成する。
量子ドット３５の形成に際しては、Ｉｎ組成比Ｘを０．５とすると共に、ＩｎXＧａ1-XＡｓの総供給量を４．０ＭＬ程度とする。ＩｎXＧａ1-XＡｓの総供給量を、量子ドット３４の形成時の２倍程度とするのは、Ｉｎ組成比が低いほど必要とされる総供給量が多くなるからであり、量子ドット３５を量子ドット３４よりも大きくすることが目的ではない。
この結果、量子ドット３５のバンドギャップは量子ドット３４よりも大きなものとなる。
その後、ｉ型ＧａＡｓ層１５の形成及び量子ドット３５の形成を繰り返す。量子ドット３５、この直下のｉ型ＧａＡｓ層１５の一部及び当該量子ドット３５を覆うｉ型ＧａＡｓ層１５の一部から第２層目以降の量子ドット層２が構成される。例えば、量子ドット層の総数を８層とする場合には、その後にｉ型ＧａＡｓ層１５の成長及びＩｎＧａＡｓの供給を６回繰り返す。
続いて、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層１７を最も上に位置する量子ドット３５を覆うように成長させる。この量子ドット３５、この直下のｉ型ＧａＡｓ層１５の一部及びｉ型ＧａＡｓ層１７から、最も上に位置する量子ドット層２が構成される。なお、ｉ型ＧａＡｓ層１７を成長させながら基板温度を５００℃から再び６００℃に昇温する。
引き続いて、基板温度を６００℃に維持したまま、例えば、厚さが１０００ｎｍ程度で、Ｓｉ濃度が２×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＡｓ層１８を上部電極層として成長させる。
次いで、リソグラフィー、ドライエッチングを用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８、ｉ型ＧａＡｓ層１７、量子ドット３５又は３４を含む各ｉ型ＧａＡｓ層１５及びｉ型ＧａＡｓ層１３の一部をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＡｓ層１２の表面の一部を露出させる。その後、金属蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ層１８（上部電極層）及びｎ型ＧａＡｓ層１２（下部電極層）上に、電極１９及び２０を形成する。電極１９及び２０は、例えば、ＡｕＧｅ膜上にＮｉ膜及びＡｕ膜が積層されて構成される。このようにして、第９の実施形態に係るＱＤＩＰの基本構成が完成する。
ここで、フェルミエネルギーの量子ドットを構成する井戸材料のバンドギャップ依存性について説明する。図１６は、フェルミエネルギーと量子ドットを構成する井戸材料のバンドギャップとの関係を示す図である。図１６の左側にＩｎ組成比が低い量子ドット４１のエネルギー準位を示し、右側に量子ドット３４のエネルギー準位を示している。量子ドット４１のＩｎ組成比は量子ドット３５と同程度であり、量子ドット３４よりも小さい。
これらを比較すると、量子ドット４１では、井戸材料のバンドギャップが大きいため、伝導帯端が高くなり、この中に形成される量子準位は基底準位３６及び第一励起準位３７のみである。
これに対し、量子ドット３４では、伝導帯端が低くなって井戸が深くなるため、多くの高位の励起準位３８及び３９が形成されて、第一励起準位３７のエネルギーが量子ドット４１のそれよりも低くなる。このため、量子ドット３４及び４１に互いに同数の電子４０が電極層から供給された場合には、量子ドット３４のフェルミエネルギーは、量子ドット４１のフェルミエネルギーと比べて相対的に下がることになる。
例えば、１個の量子ドットあたり３個の電子が供給されたとすると、供給された電子４０はエネルギーの低い量子準位から占有していくため、１個目及び２個目の電子４０は基底準位３６に、３個目の電子は第一励起準位３７に配置される。この結果、フェルミエネルギーはこの第一励起準位３７に一致する。
そして、系全体では、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＡｓ層１２（下部電極層）側の電子障壁が盛り上がり、暗電流が小さくなる。
なお、量子ドット３４のＩｎ組成比Ｘは１．０である必要はなく、量子ドット３５のＩｎ組成比Ｘが０．５であれば、例えば、０．６、０．７、０．８又は０．９等としてもよい。量子ドット３４のＩｎ組成比Ｘを高くするほど、井戸部のエネルギー深さを深くすることができる。
（第１０の実施形態）
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。図１７は、本発明の第１０の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。
第１０の実施形態では、ｉ型ＧａＡｓ層１３上に、基板温度を５００℃とし、ＩｎXＧａ1-XＡｓの総供給量を２．０ＭＬとして、Ｉｎ組成比Ｘが１の量子ドット３４を成長させ、これを覆うｉ型ＧａＡｓ層１５を形成した後、この量子ドット３４の形成及びｉ型ＧａＡｓ層１５の形成を２回繰り返す。この結果、Ｉｎ組成比Ｘが大きい量子ドット３４を包含する量子ドット層５、即ち、暗電流低減層４の数が３層となっている。他の構成は、第９の実施形態と同様である。
このような第１０の実施形態では、第２層目及び第３層目の暗電流低減層４における伝導帯端の盛り上がりが第１層目の盛り上がりに付加されるため、電子にとっての障壁がより高くなり、暗電流がより一層低減される。なお、暗電流低減層４の数は、２層でもよく、４層以上でもよい。
なお、本発明はこれらの実施形態に記載された構成及び条件等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、量子ドットの組成を変更してもよい。例えば、第１乃至第８の実施形態において、量子ドットを少量のＧａを含むＩｎＧａＡｓから構成してもよい。
また、これらの実施形態においては、成長方法として分子線エピタキシャル成長法を用いているが、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）又は原子層成長法（ＡＬＥ法）等の他の成長方法を用いてもよい。
また、これらの実施形態においては、実効的に赤外線検知部１を構成する量子ドット層２の数を７層にしているが、量子ドット層の数は任意である。例えば、数層〜３０層程度の範囲内で適宜選択してもよい。
また、これらの実施形態においては、暗電流低減層４を下部電極層側に設けているが、上部電極層を低電位側の電極層とするようにバイアスする場合には、暗電流低減層４を上部電極層側に設ければよい。
また、これらの実施形態においては、暗電流低減層４を低電位側の電極層側のみに設けているが、高電位側の電極層側にも設けてもよい。この場合には、電気的動作としては対称となるので、極性を気にすることなく使用することが可能になる。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
積層された複数の量子ドット層を有する赤外線検知部と、
前記赤外線検知部の積層方向の端部に設けられ、量子井戸構造を有する少なくとも１層の暗電流低減層と、
を有することを特徴とする赤外線検知器。
（付記２）
前記量子ドット層は、
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層に埋め込まれた複数の量子ドットと、
を有することを特徴とする付記１に記載の赤外線検知器。
（付記３）
前記暗電流低減層は、前記量子ドット層に含まれる量子ドットよりも平均サイズが大きな複数の量子ドットを含むことを特徴とする付記２に記載の赤外線検知器。
（付記４）
前記暗電流低減層は、前記量子ドット層に含まれる量子ドットよりも数的な密度が高い複数の量子ドットを含むことを特徴とする付記２に記載の赤外線検知器。
（付記５）
前記暗電流低減層は、前記量子ドット層に含まれる量子ドットよりも平均サイズが大きく、且つ数的な密度が高い複数の量子ドットを含むことを特徴とする付記２に記載の赤外線検知器。
（付記６）
前記暗電流低減層は、
前記化合物半導体層と同一組成の化合物半導体層と、
前記複数の量子ドットと同一組成の量子ドットと、
を有することを特徴とする付記２乃至５のいずれか１項に記載の赤外線検知器。
（付記７）
前記暗電流低減層は、１次元量子井戸層を含むことを特徴とする付記１に記載の赤外線検知器。
（付記８）
前記暗電流低減層は、１次元量子井戸層を含むことを特徴とする付記２に記載の赤外線検知器。
（付記９）
前記暗電流低減層は、前記１次元量子井戸層を挟む２個のバリア層を含むことを特徴とする付記８に記載の赤外線検知器。
（付記１０）
前記バリア層の組成は、前記化合物半導体層の組成と同一であることを特徴とする付記９に記載の赤外線検知器。
（付記１１）
前記量子ドット層に含まれる量子ドット及び前記暗電流低減層に含まれる量子ドットは、ＩｎＡｓからなることを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の赤外線検知器。
（付記１２）
前記暗電流低減層は、前記量子ドットよりもバンドギャップが小さい材料を量子井戸として用いた複数の量子ドットを含むことを特徴とする付記２に記載の赤外線検知器。
（付記１３）
前記量子ドット層に含まれる量子ドット及び前記暗電流低減層に含まれる量子ドットは、ＩｎＧａＡｓからなることを特徴とする付記１２に記載の赤外線検知器。
（付記１４）
前記量子ドット層に含まれる量子ドット中のＩｎ組成は、前記暗電流低減層に含まれる量子ドット中のＩｎ組成よりも低いことを特徴とする付記１３に記載の赤外線検知器。
（付記１５）
前記暗電流低減層の数は、１層、２層又は３層であることを特徴とする付記１乃至１４のいずれか１項に記載の赤外線検知器。
本発明の原理を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 フェルミエネルギーと量子ドットのサイズとの関係を示す図である。 第１の実施形態に係るＱＤＩＰの無バイアス時の伝導帯端プロファイルを示す図である。 第１の実施形態に係るＱＤＩＰのバイアス時の伝導帯端プロファイルを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 フェルミエネルギーと量子ドットの数密度との関係を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 本発明の第７の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 フェルミエネルギーと量子構造との関係を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 本発明の第９の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 フェルミエネルギーと量子ドットを構成する井戸材料のバンドギャップとの関係を示す図である。 本発明の第１０の実施形態に係るＱＤＩＰの概念的な構成を示す断面図である。 従来のＱＤＩＰの概念的断面図である。 図１７に示したＱＤＩＰの無バイアス時の伝導帯端プロファイルを示す図である。 図１７に示したＱＤＩＰのバイアス時の伝導帯端プロファイルを示す図である。
符号の説明
１：赤外線検知部
２：量子ドット層
３：量子ドット
４：暗電流低減層
５：量子ドット層
６：量子ドット
７：電極層
８：電極層
１１：半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２：ｎ型ＧａＡｓ層
１３：ｉ型ＧａＡｓ層
１４：量子ドット
１５：ｉ型ＧａＡｓ層
１６：量子ドット
１７：ｉ型ＧａＡｓ層
１８：ｎ型ＧａＡｓ層
１９：電極
２０：電極
２１：電源
２２：電流計
２３：基底準位
２４：第一励起準位
２５：高位の励起準位
２６：高位の励起準位
２７：電子
２８：量子ドット
２９：量子ドット
３０：ｉ型ＩｎＧａＡｓ層
３１：ｉ型ＧａＡｓ層
３２：基底準位
３３：第一励起準位
３４：量子ドット
３５：量子ドット
３６：基底準位
３７：第一励起準位
３８：高位の励起準位
３９：高位の励起準位
４０：電子
４１：量子ドット
５１：半絶縁性ＧａＡｓ基板
５２：下部電極層
５３：量子ドット層
５４：ｉ型ＧａＡｓ層
５５：ＩｎＡｓ量子ドット
５６：ｎ型ＧａＡｓ上部電極層
５７：電極
５８：電極
５９：電源
６０：電流計
６１：基底準位
６２：励起準位
６３：電子

Claims (10)

  1. 積層された複数の量子ドット層を有する赤外線検知部と、
    前記赤外線検知部の積層方向の端部に設けられ、量子井戸構造を有する少なくとも１層の暗電流低減層と、
    を有することを特徴とする赤外線検知器。
  2. 前記量子ドット層は、
    化合物半導体層と、
    前記化合物半導体層に埋め込まれた複数の量子ドットと、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線検知器。
  3. 前記暗電流低減層は、前記量子ドット層に含まれる量子ドットよりも平均サイズが大きな複数の量子ドットを含むことを特徴とする請求項２に記載の赤外線検知器。
  4. 前記暗電流低減層は、前記量子ドット層に含まれる量子ドットよりも数的な密度が高い複数の量子ドットを含むことを特徴とする請求項２に記載の赤外線検知器。
  5. 前記暗電流低減層は、前記量子ドット層に含まれる量子ドットよりも平均サイズが大きく、且つ数的な密度が高い複数の量子ドットを含むことを特徴とする請求項２に記載の赤外線検知器。
  6. 前記暗電流低減層は、１次元量子井戸層を含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線検知器。
  7. 前記量子ドット層に含まれる量子ドット及び前記暗電流低減層に含まれる量子ドットは、ＩｎＡｓからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の赤外線検知器。
  8. 前記暗電流低減層は、前記量子ドットよりもバンドギャップが小さい材料を量子井戸として用いた複数の量子ドットを含むことを特徴とする請求項２に記載の赤外線検知器。
  9. 前記量子ドット層に含まれる量子ドット及び前記暗電流低減層に含まれる量子ドットは、ＩｎＧａＡｓからなることを特徴とする請求項８に記載の赤外線検知器。
  10. 前記量子ドット層に含まれる量子ドット中のＩｎ組成は、前記暗電流低減層に含まれる量子ドット中のＩｎ組成よりも低いことを特徴とする請求項９に記載の赤外線検知器。
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