JP6135240B2 - 光電変換器及び光検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、光電変換器及び光検出方法に関する。

赤外線検出器を初めとする光検出器は、熱源の検知や温度測定、特定のガス検知、また暗視装置用のセンサなどの光検出部として有用である。また、それらを利用した、赤外領域を初めとする波長領域における光検出の技術は特に有用である。

上記光検出器は、その用途に応じて、単一の光検出素子またはそれらを１次元若しくは２次元のアレイ状に配列したものを備えている。このような光検出器の一例として、光吸収層に量子ドットを含む量子ドット赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＱＤＩＰ）がある。

ＱＤＩＰは、量子ドットを構成する材料よりも大きなバンドギャップをもつ半導体が３次元的に、量子ドットの周囲を囲んでいる、という構造的特徴を有する。このため、量子ドット内部の電子および正孔は、上記半導体の強い閉じ込め効果により離散的なエネルギー準位（以下、単に準位という。）を持つ。
ＱＤＩＰは、それらの準位のうち、伝導帯の複数の電子のサブバンド準位を利用することで、サブバンド間のエネルギー差に相当するエネルギーを持つ赤外線を検知することができる。

ＱＤＩＰは検出対象に即した所望の複数の波長スペクトルごとの光量を検知することができる。例えば、熱検知においては温度に依存したスペクトルについて検知することができる。またガス検知においてはガスの組成に依存した特定のスペクトルについて検知することができる。

非特許文献１又は特許文献１は、ＱＤＩＰを備えることで、複数の波長帯域に感度をもつ赤外線検出器を開示している。非特許文献１は、量子ドットが量子井戸内に存在するＤｏｔ−ｉｎ−Ｗｅｌｌ構造を備え、２３．２、８．５、３．８μｍをそれぞれ中心波長とする、３波長帯域の光を検知するＱＤＩＰを開示している。

これら３つの波長帯域はそれぞれＩｎＡｓ量子ドットの束縛準位間、ＩｎＡｓ量子ドットとＩｎＧａＡｓ量子井戸の束縛準位間、ＩｎＡｓ量子ドットの束縛準位とＧａＡｓ中間層の連続準位間の遷移エネルギーに相当する波長に対応している。

図１２には、吸収波長の異なる、２つの光吸収層又は光電変換層を有する、ＱＤＩＰの一種である赤外線検出器を示した。図１２中、赤外線検出器２０は、半導体基板１、第１光吸収層１０、第２光吸収層１１、を備える。第１光吸収層１０は半導体基板１に対して図中の上方に位置する。

第２光吸収層１１は第１光吸収層１０に対して図中の上方に位置する。第１光吸収層１０は、コンタクト層２、光電変換層４、及びコンタクト層５を備える。第２光吸収層１１は、光電変換層７、及びコンタクト層８を備える。電極３、６、９はコンタクト層２、５、８とそれぞれ接している。赤外線検出器２０は、図中の下方より赤外線１０７を受ける。

特許文献１に記載の赤外線検出器は、図１２のＱＤＩＰの一種である。該赤外線検出器は、平面形状が楕円形である量子ドットを含む２つの光吸収層を有する。かかる赤外線検出器は第１光吸収層に含まれる量子ドットの長軸方向と第２光吸収層に含まれる量子ドットの長軸方向とが互いに直交している。かかる検出器は、これらの量子ドットの方向性により生じる偏光依存性を利用している。このため、２波長あるいは３波長以上の波長帯域の光を切り替えて検知することができる。

特許第４８４２２９１号公報

Ｓ．Ｋｒｉｓｈｎａ、外６名、「ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ」、２００３年、第８３巻、第１４号、ｐ．２７４５−２７４７

非特許文献１が開示しているＱＤＩＰは、３つの波長に対し感度を有する優れたものである。しかしながら、波長ごとの信号を区別できず３つの波長帯域の信号の和としてしか取り出すことができないという問題点を有する。

特許文献１が開示しているＱＤＩＰ内では、副格子交換と呼ばれる手法に基づいて、第１の光吸収層および第２の光吸収層の量子ドットの長軸方向が互いに直交している。すなわち、上記ＱＤＩＰは、第１および第２の光吸収層を構成する、二層のＧａＡｓ層の間に、数原子からなるＳｉ層を備えることで、副格子交換を実現している。

上記ＱＤＩＰは、２波長あるいは３波長以上の波長帯域に感度を有している優れたものである。しかしながら、上記ＱＤＩＰの製造工程には、１原子層レベルでの精密な厚さ制御技術が必要である。このため、どのような分野でも製造容易というわけではない。また、上記ＱＤＩＰは直交した光の偏向状態を利用するため、偏光方向の揃った２つ以上の波長検出を行う用途に適していない。

本発明の目的は、簡易な構造で、複数の波長帯域における光を選択的に光電変換することが可能な光電変換器及びこれを用いた光検出方法を提供することにある。

本発明の光電変換器は、半導体基板と、光吸収層と、光共振器と、前記光共振器の共振波長帯域を変調する変調手段を備える。前記光吸収層は、量子ドット、量子細線、及び量子井戸からなる群から選ばれる一以上の量子閉じ込め構造を有する。前記変調手段は電圧源から印加電圧を受ける入力部を備える。

本発明の光検出方法は、前記光電変換器と、前記入力部と接続する変調用電圧源と、前記光吸収層と接続する検出用電圧源と、及び前記光吸収層と接続する電流計と、を備える光検出器、を用いて光を検出する。

本発明の光検出方法は、前記変調用電圧源で、前記変調手段に対する印加電圧を発生又は変化させることで、前記共振波長帯域を変調する変調工程と、前記光電変換器で光を受光する受光工程と、前記光を前記光共振器内で共振させる光共振工程と、を備える。

本発明の光検出方法は、さらに前記量子閉じ込め構造で、前記共振した光を吸収する光吸収工程と、前記検出用電圧源で前記光吸収層に電圧を印加することで、前記吸収した光を光吸収層で光電変換し、電流を生ずる光電変換工程と、前記電流計で電流を検出する、検出工程を備える。

本発明により、簡易な構造で、複数の波長帯域における光を選択的に光電変換することが可能な光電変換器及びこれを用いた光検出方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る光電変換器の概略図である。 第１の実施形態に係る光電変換器の構造断面図である。 第１の実施形態に係る光電変換層の構造断面図である。 第１の実施形態に係る光吸収層の動作原理を表す模式図である。 第１の実施形態に係る光吸収層の動作原理を表す模式図である。 第１の実施形態に係る光電変換器の検出波長感度を示す模式図である。 第１の実施形態に係る光電変換器の検出波長感度を示す模式図である。 屈折率変調前後の光電変換器の検出スペクトルを表すグラフである。 第２の実施形態に係る光電変換器の概略図である。 第２の実施形態に係る第１共振器の共振スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る第２共振器の共振スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る光電変換器の共振スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る光吸収層の吸収スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る光電変換器の検出スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る第１共振器の共振スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る第２共振器の共振スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る光電変換器の共振スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る光吸収層の吸収スペクトルを表す模式図である。 第２の実施形態に係る光電変換器の検出スペクトルを表す模式図である。 第３の実施形態に係る光電変換器の概略図である。 第４の実施形態に係る光電変換器の概略図である。 比較例に係る光電変換器の概略図である。

本発明の光検出器及び光検出方法の実施形態について、以下、赤外線検出器及び赤外線検出器の備える光電変換器、並びに赤外線検出方法を中心として説明する。

[第１の実施形態]
１．構成
図１中、光電変換器１００は、半導体基板１０１、光吸収層１０２、光変調層１０３、共振器１０６、下部電極２１４、及び上部電極２１５を備える。光吸収層１０２は光電変換機能を備える。光吸収層１０２は半導体基板１０１に対して図中の上方に位置する。光変調層１０３は共振器１０６の共振波長帯域を変調する変調手段である。光変調層１０３は光吸収層１０２に対して図中の上方に位置する。

共振器１０６は光共振器である。共振器１０６は、半導体基板１０１に対して図中の下方に位置する第１反射膜１０４を備える。共振器１０６はさらに、光変調層１０３に対して図中の上方に位置する第２反射膜１０５を備える。

下部電極２１４及び上部電極２１５は光変調層１０３への入力部として、電圧源（変調用電圧源）から印加電圧を受ける。光変調層１０３、下部電極２１４、及び上部電極２１５は、変調手段として、印加電圧の発生又は変化に応じて共振器１０６の共振波長帯域を変調する。

赤外線１０７は光電変換器１００に対して図中の下方より入射する。その後、赤外線１０７は、特定の波長によらず、一部が第２反射膜１０５で反射する。第２反射膜１０５で反射した赤外線１０７は、特定の波長によらず、さらに一部が第１反射膜１０４で反射する場合がある。

赤外線１０７の内、特定の波長を有する光は第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５に挟まれた領域で定在波となる。定在波となるべき光の特定の波長は、第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５の間隔、すなわち共振器１０６の長さ、並びに反射膜間の屈折率によって選択される。

したがって第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５を例えば金属膜とした場合、共振器１０６内に入射した特定の波長以外の光の大部分は、第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５で反射はされるものの、定在波となりにくい。このため、特定の波長の光だけが効率的に検出できる。

また、第１反射膜１０４又は第２反射膜１０５を分布反射用多層膜とすることもできる。かかる場合は、第１反射膜１０４又は第２反射膜１０５は特定波長、及びその波長付近の光のみを効率よく反射する一方、それ以外の光を透過する。このため、特定の波長以外の光の大部分は、なお定在波となりにくい。

かかる特定の波長の光は第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５の内部で共振し定在波となる。このため、赤外線１０７のうち、２枚の反射膜で挟まれた空間に定在波が立つことで共振波長が限定される。これは赤外線１０７のうち、時間的に蓄積される、又は領域内で光の走行距離が伸びている波長が限定されることに相当する。したがって、光電変換器１００を有する光検出器は、上記のとおり定在波となった特定の波長の光を検出可能である。

図２Ａに示す赤外線検出器２００は図１に示す光電変換器１００を備える。赤外線検出器２００はさらに、下部電極２０６、上部電極２０７、電圧源２０８（検出用電圧源）、電流計２０９、及び電圧源２１６（変調用電圧源）を備える。

図２Ａは、光電変換器１００中の、光吸収層１０２及び光変調層１０３を詳細に示している。光吸収層１０２は量子ドットを有する、半導体の積層構造である。光吸収層１０２は、下記に述べるとおり２以上の極大波長を有する離散的な吸収波長帯域を有する。以下、かかる吸収波長帯域に含まれる、特定の極大波長に対応する特定の吸収波長帯域を吸収波長ピークという場合がある。

光吸収層１０２は、緩衝層２０１、下部コンタクト層２０２、光電変換層２２０、及び上部コンタクト層２０５を備える。緩衝層２０１は、半導体基板１０１と同じ半導体材料からなり、半導体基板１０１表面の微小な凹凸を緩和し、上部の層の結晶品質を向上する機能を有する。

下部コンタクト層２０２はｎ型ドーパントをドープした半導体をはじめとする、導電性の半導体からなり、緩衝層２０１に対して図中の上方に位置する。
光電変換層２２０は、中間層２０３、量子ドット層２０４、歪み緩和層２１７を備える。中間層２０３はｉ型半導体からなり、下部コンタクト層２０２に対して図中の上方に位置する。ｉ型半導体としては、量子ドット層２０４の半導体とは格子定数の異なる半導体が好ましい。具体的にはＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、又はＡｌＧａＡｓが好ましい。

中間層２０３がかかる半導体からなることにより、後述する所望の量子ドットを備えるものとすることができる。このため、光吸収層１０２又は光電変換層２２０が、かかる量子ドットを備えることにより、所望の吸収波長ピークを有することができる。中間層２０３の厚さは１０〜１００ｎｍであることが好ましい。

中間層２０３がＧａＡｓの場合、その厚さは５０ｎｍであることが好ましい。中間層２０３がかかる厚さを有することで、量子ドットの歪みが緩和されるので多層の量子ドットを積層できる。また、光電変換層２２０は、均一に積層された量子ドットを備えるものとすることができる。均一に積層された量子ドットは、隣り合う量子ドットの層の間の品質の差異が小さいものとなっている。

量子ドット層２０４は図中で、最下層の中間層２０３に対して上方に位置する。量子ドット層２０４は中間層２０３の半導体とは格子定数の異なる半導体からなることが好ましい。具体的にはＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、又はＩｎＳｂが好ましい。量子ドットかかる半導体材料を有することで、光電変換層２２０は所望の吸収波長ピークを有することができる。

量子ドット層２０４は、三次元的な島状形状を有し、ＳＫ（Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）モードと呼ばれる量子ドットを有することが好ましい。量子ドット層２０４中の量子ドットの直径は、検出波長に応じて設計することが好ましい。

本実施形態では、中赤外の検知を目的とするため、量子ドット層２０４の備える量子ドットの直径は、２０〜４０ｎｍであることが好ましい。該量子ドットの高さは５〜２０ｎｍであることが好ましい。

量子ドット層２０４がＩｎＡｓ量子ドットを備える場合、その高さは５〜１０ｎｍ、大きさは２０〜３０ｎｍであることが好ましい。量子ドットがかかる大きさ又は形状を有することで、光電変換層２２０は所望の吸収波長ピークを有することができる。

量子ドット層２０４の１平方センチメートルあたりの量子ドットの数密度は１０^９〜１０^１１程度であることが好ましく、好感度な検出器を効率的に生産する観点から１０^１０であることが好ましい。光吸収層１０２又は光電変換層２２０が、上記量子ドット層２０４を備えることにより、赤外線検出器２００は所望の吸収波長ピークにて、光電変換による電流を検出することができる。量子ドット層の構成の詳細及び量子ドットにかかる光吸収層の動作原理については後述する。

歪み緩和層２１７は、図中で最下層の量子ドット層２０４の上方に位置する。歪み緩和層２１７は、量子ドットの形成に伴う歪みの蓄積に緩和し多層の量子ドット層を積層するため、中間層とは別個に設けることが好ましい。

歪み緩和層２１７は、厚さと組成により光電変換層の波長特性を制御するために、量子ドット層２０４の半導体とは異なる半導体からなることが好ましい。また、歪み緩和層２１７が量子ドット層２０４と相異なる材質を有することで、量子ドット層２０４は量子ドットして、作動する。なお、歪み緩和層２１７が量子ドット層２０４と同一の材質を有する場合、かかる層は量子井戸として機能する。

また、歪み緩和層２１７は、厚さと組成により光電変換層の波長特性を制御するために中間層２０３の半導体とは異なる半導体からなることが好ましい。具体的にはＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、又はＧａＡｓが好ましい。

歪み緩和層２１７は、量子ドットによる局所的な歪みを３次元的に緩和するために、量子ドット層の高さの１〜２倍に相当する５〜１０ｎｍの厚さを有することが好ましい。また、歪み緩和層２１７は量子井戸にもなりうることから、光吸収層の吸収スペクトルに影響を与える可能性がある。したがって波長制御の観点から量子ドットの高さ以上の厚みを有することが好ましい。

次の中間層２０３は歪み緩和層２１７の上方に位置する。光電変換層２２０は、上記の順序に沿って、さらに量子ドット層２０４、歪み緩和層２１７、及び中間層２０３を有する層の繰り返しを備えることが好ましい。

かかる層が繰り返し、配置することで、効率的に光を吸収できる。光電変換層２２０は、かかる層の繰り返しを１０〜２０個程度有することが好ましい。層の繰り返しがかかる範囲にあることで、特定波長の強度の検出に十分な光を吸収できる。

上部コンタクト層２０５は、ｎ型ドーパントをドープした半導体からなり、図中の最上層の中間層２０３の上方に位置する。上記のように、光吸収層１０２が複数の量子ドット層２０４を有することで、光吸収層１０２による赤外線の吸収効率が向上する。

図２Ｂは、量子ドット層の構成の詳細について表す。光電変換層２２０は、第１量子ドット及び第２量子ドットを有している。第１量子ドットを有する第１量子ドット層２０４_１は、中間層２０３の図中の上方に位置する。歪み緩和層２１７は第１量子ドット層２０４_１の図中の上方に位置する。

別の中間層２０３は該歪み緩和層２１７の図中の上方に位置する。第２量子ドットを有する第２量子ドット層２０４_２は、該中間層２０３の図中の上方に位置する。別の歪み緩和層２１７は第２量子ドット層２０４_２の図中の上方に位置する。さらに別の中間層２０３は該歪み緩和層２１７の図中の上方に位置する。光電変換層２２０は、かかる多層構造の繰り返しを備える。

第２量子ドットは第１量子ドットと形状が相似しており、かつ大きさが第１量子ドットより小さい量子ドットである。このため、光電変換層２２０内では、相異なる特定の吸収波長帯域を生ずる、第１量子ドット層２０４_１及び第２量子ドット層２０４_２が交互に、繰り返し配置している。

量子ドット層２０４の有する量子ドットの大きさ、形状、又は材料として、任意のものを選択できる。さらに、複数の量子ドット層２０４の間で、大きさ及び形状、大きさ及び材料、又は形状及び材料がそれぞれ相異なる量子ドットを有してもよい。さらに、複数の量子ドット層２０４の間で、大きさ、形状、及び材料のいずれも、それぞれ相異なる量子ドットを有してもよい。

光吸収層１０２は、例えば第１量子ドット及び第２量子ドットを有する光電変換層２２０と、下部コンタクト層２０２及び上部コンタクト層２０５からなる２層のコンタクト層と、を備える。すなわち、光電変換層２２０は２層のコンタクト層の間に位置することが好ましい。

また、２層のコンタクト層以外のコンタクト層が光電変換層２２０内に位置することはなく、コンタクト層は光電変換層２２０の外に位置することが好ましい。光電変換層２２０が上記構成を有することで、光吸収層１０２は量子ドット層の種類と同じ数の極大波長を有する、離散的な吸収波長帯域を有する。

図２Ａに戻り本実施形態の赤外線検出器２００の説明を続ける。図２Ａ中、下部コンタクト層２０２は、図中の上面で下部電極２０６と接している。下部コンタクト層２０２と下部電極２０６とが接している部分では、下部コンタクト層２０２の上面に中間層２０３、量子ドット層２０４又は歪み緩和層２１７が接していない。

本実施形態では、上部コンタクト層２０５は、図中の上面で上部電極２０７と接している。上部コンタクト層２０５と上部電極２０７とが接している部分では、上部コンタクト層２０５の上面に後述する緩衝層２１８が接していない。

電圧源２０８は下部電極２０６及び上部電極２０７と接続可能である。電圧源２０８が各電極と接続することで、下部コンタクト層２０２及び上部コンタクト層２０５の間に所望の電圧を印可する。

電圧源２０８が光吸収層１０２に電圧を印可した場合、光吸収層１０２が、入射した赤外線１０７を吸収することで、光吸収層１０２内を上部電極２０７から下部電極２０６に流れる光電流に変化が生じる。電流計２０９は回路を通じて光電流の変化を検出する。

本実施形態中、光変調層１０３は半導体が積層している構造を有する。該半導体は半導体量子井戸を含む。光変調層１０３は、緩衝層２１８、下部コンタクト層２１０、屈折率変調層２３０、及び上部コンタクト層２１３を備える。緩衝層２１８は、緩衝層２０１もしくは中間層２０３と同じ半導体材料からなり、光吸収層の積層に伴い蓄積された歪みによる結晶品質の低下を緩和する機能を有する。

下部コンタクト層２１０はｎ型ドーパントをドープした半導体からなり、緩衝層２１８に対して図中の上方に位置する。
屈折率変調層２３０は、中間層２１１、量子井戸層２１２を備える。中間層２１１はｉ型半導体からなり、下部コンタクト層２１０に対して図中の上方に位置する。量子井戸層２１２は図中で、最下層の中間層２１１に対して上方に位置する。次の中間層２１１は量子井戸層２１２の上方に位置する。

屈折率変調層２３０は、上記の順序に沿って、さらに量子井戸層２１２、及び中間層２１１を有する層の繰り返しを備えることが好ましい。かかる層が繰り返し配置することで、効率的に光の波長帯域を変調できる。屈折率変調層２３０は、波長、材料、厚さ、デバイスサイズ、電圧によって層数を調節可能である。例えば、かかる層の繰り返しを１０〜１００個程度有することができる。

上部コンタクト層２１３は、ｎ型ドーパントをドープした半導体からなり、図中の最上層の中間層２１１の上方に位置する。
上記のように、光変調層１０３が複数の量子井戸層２１２を有することで、所望の波長の光を選択するのに必要な波長帯域の変調を効率よくできる。

本実施形態では、下部コンタクト層２１０は、図中の上面で下部電極２１４と接している。下部コンタクト層２１０と下部電極２１４とが接している部分では、下部コンタクト層２１０の上面に中間層２１１、又は量子井戸層２１２が接していない。

本実施形態では、上部コンタクト層２１３は、図中の上面で上部電極２１５と接している。上部コンタクト層２１３と上部電極２１５とが接している部分では、上部コンタクト層２１３の上面に第２反射膜１０５が接していない。

電圧源２１６は上部電極２１５及び下部電極２１４と接続可能である。電圧源２１６が各電極と接続することで、下部コンタクト層２１０及び上部コンタクト層２１３の間に所望の電圧を印可する。

電圧源２１６が光変調層１０３に電圧を印可した場合、光変調層１０３が、入射した赤外線１０７に対する量子井戸層の実効屈折率を変化させる。これにより、共振器１０６の内側にある層全体にかかる屈折率が変化するので、所望の波長の光を選択するのに必要な波長帯域の変調ができる。
本実施形態中、第２反射膜１０５は上部コンタクト層２１３に対して図中の上方に位置する。

第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５は、半導体の積層による分布反射用多層膜、誘電体多層膜、又は金属薄膜からなる。かかる膜からなることにより、第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５は、赤外線１０７に対して、特定の反射率を有する。

ここで特定の反射率とは、第１の反射膜１０４においては０％より大きく、かつ１００％未満であることが好ましい。第２の反射膜１０５においては、特定の反射率は０％より大きく１００％以下であることが好ましい。特定の反射率は、共振器１０６のフィネス（Ｑ値）を決定するものである。

かかる膜からなることにより、第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５として、所望の透過・反射率を有するものを選択できる。第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５が、かかる透過・反射率を有することで、共振器１０６は効率的に定在波を発生させる条件の一つを満たすことができる。

また、２つの反射膜の反射率及び赤外光の波長は、図４に示す各ピークの高さと幅の比率を決定する。このため、第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５のそれぞれの反射率を選択することで、所望のピークの高さと幅の比率を得ることができる。

第１反射膜１０４の材料を、上記材料より適宜選択することで、第１反射膜１０４は図中の下方より入射する赤外線１０７をほとんど反射せずに透過させることができる。第１反射膜１０４の材料としては、ＳｉＯ_２、ＧａＡｓなど検知する赤外線の波長における吸収率の低い材料が好ましい。第１反射膜１０４を透過した赤外線１０７は、光電変換器１００に入射する。

第２反射膜１０５の材料を、金属膜となる上記材料より適宜選択することで、第２反射膜１０５は図中の下方より入射する赤外線１０７のうち、特定の波長の光を含め、ほとんどの光を反射する。また、反射膜１０５が分布反射用多層膜の場合は、特定波長（付近）の光のみを効率よく反射し、それ以外の光を透過する。

しかしながら、第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５の間隔、並びに反射膜間の屈折率に応じて２枚の反射膜で挟まれた空間に定在波が立つため、時間的に蓄積され、共振波長が限定される。このため、光電変換層２２０は特定の波長の光のみを検出することができる。

第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５の間隔、すなわち共振器１０６の長さは赤外線１０７の波長より大きい。光電変換器１００は、複数のピークまたは極大波長を有する離散的な共振波長帯域を持つ。極大波長及び共振波長帯域のスペクトルは共振器の長さと共振器１０６の内側にある層全体にかかる屈折率に応じて定まる。
光変調層１０３の屈折率は、電圧印加によって変化する。このため、共振器１０６の内側にある層全体にかかる屈折率が変化するので、共振器１０６の共振波長帯域が変化する。

光電変換器１００の各構成要素は、上記に従い下記の条件を満たすように選択する。
赤外線１０７中の光の特定の波長で、共振器１０６の共振波長帯域と光吸収層１０２の吸収波長帯域とが重複又は一致する。または、共振波長帯域と吸収波長帯域の極大波長とが重複する。または、共振波長帯域の極大波長と吸収波長帯域とが重複する。または、共振波長帯域の極大波長と吸収波長帯域の極大波長が一致する。
上記の通り、共振波長帯域と吸収波長帯域とが一致又は重複するとき、赤外線検出器２００は、特定の波長の赤外線のみ選択的に検出する。

２．動作原理
図３Ａ〜図５を参照して、赤外線検出器２００の動作を説明する。図３Ａ及びＢは第１の実施形態にかかる光吸収層１０２の光吸収又は光電変換の原理を説明するための模式図である。かかる模式図は、ある中間層２０３から隣の中間層２０３に至る領域の電子エネルギーバンド構造を示す。

上記のとおり、光電変換層２２０は図中の下方より中間層２０３、量子ドット層２０４、歪み緩和層２１７、次の中間層２０３の順で層の繰り返しを有している。図３Ａ及びＢにおける左から右への方向が図２での上から下への方向に対応する。図３Ａ及びＢの左側が下部コンタクト層２０２側を表している。

図３Ａ及びＢ中、量子力学に基づけば量子ドット層２０４および歪み緩和層２１７が束縛した電子は離散的なエネルギー準位しかとることができない。図３Ａでは、離散的なエネルギー順位のうち、基底状態３０１_１と励起状態３０２_１を表している。
赤外光３０４は基底状態３０１_１と励起状態３０２_１のエネルギー差（第１エネルギー差）に等しい光子エネルギーを持つ。赤外光３０４を基底状態３０１_１の電子３００が吸収すると電子３００は励起状態３０２_１へと遷移する。

電圧源２０８は負のバイアス電圧を印加している。このため、この励起状態３０２_１への遷移をした電子３００を光電流として検出することができる。電流計２０９を備える赤外線検出器２００は検出器として動作する。赤外光３０４の有する光子エネルギーと一致するエネルギー差を持つ第１量子ドットが光吸収層１０２に存在するので光吸収が起こる。かかる量子ドットが無ければ光吸収は効率的に起こらないので、赤外線検出器２００の感度はほぼ０となる。

図３Ｂでは、離散的なエネルギー順位のうち、基底状態３０１_２と励起状態３０２_２を表している。図３Ａと同一の符号を有する要素については説明を省略する。赤外光３０４より波長の長い赤外光３０５は基底状態３０１_２と励起状態３０２_２のエネルギー差（第２エネルギー差）に等しい光子エネルギーを持つ。

赤外光３０５を基底状態３０１_２の電子３００が吸収すると電子３００は励起状態３０２_２へと遷移する。励起状態３０２_２への遷移をした電子３００を光電流として検出することができる。赤外光３０５の有する光子エネルギーと一致するエネルギー差を持つ第２量子ドットが光吸収層１０２に存在するので光吸収が起こる。

上述のとおり、光電変換器１００では第１量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第１エネルギー差と、光共振器の第１共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致している。また、第２量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第２エネルギー差と、光共振器の第２共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致している。

上述のとおり、変調手段により、共振波長帯域は第１共振波長帯域から第２共振波長帯域に変調する。また、同様に、共振波長帯域は第２共振波長帯域から第１共振波長帯域に変調する。このため、光電変換器１００を備える赤外線検出器２００は、複数の波長帯域における光強度を選択的に検出することが可能である。

基底状態３０１_１及び３０１_２並びに励起状態３０２_１及び３０２_２とは量子ドット層２０４の量子ドットの大きさ、形状、材料によって制御可能である。このため、量子ドットが所望のエネルギー差を有するようにそれらを選択することができる。すなわち所望の波長帯域に波長を有する赤外光３０４を検出対象として選択できる。

上記の通り、複数の量子ドットが相異なるエネルギー差を有することで、図４（Ｂ）に示すとおり、光吸収層１０２の第１吸収波長帯域４００、及び第２吸収波長帯域４０１として、所望の極大波長を有する吸収波長ピークを選択することができる。このため、光吸収層１０２は離散的な吸収波長帯域を持つ。
第１吸収波長帯域４００は上述の第１エネルギー差に対応する。第２吸収波長帯域４０１は上述の第２エネルギー差に対応する。

図４は（Ａ）共振器１０６の共振スペクトル、（Ｂ）光吸収層１０２の吸収スペクトル、及び（Ｃ）赤外線検出器２００の検出スペクトルを示している。図５は（Ａ）共振器１０６の共振波長帯域又は特性、（Ｂ）光吸収層１０２の吸収波長帯域又は特性、及び（Ｃ）赤外線検出器２００の検出波長帯域又は感度を示している。

図４（Ａ）に示すとおり、共振器１０６内で、他の特定の波長帯域の光とともに、赤外光３０４は定在波として存在している。図１及び２Ａに示すとおり、入射する赤外線１０７のスペクトルのうち特定の波長の光のみが共振器１０６内部で定在波として存在する。かかる光の一例として波長λ_１及び周辺波長帯域を有する赤外光３０４が共振器１０６内部で定在波として存在する。

これは上記のとおり、図中の下方から第１反射膜を通じて赤外線１０７が入射するとき、第１反射膜１０４と第２反射膜１０５とが形成する共振器１０６によって赤外光３０４及び他の特定の波長帯域の光のみが共振するからである。

図４（Ｂ）に示すとおり、光吸収層１０２は吸収できる第１吸収波長帯域４００又は第２吸収波長帯域４０１を有する。第１吸収波長帯域４００にかかる波長λ_１又は第２吸収波長帯域４０１にかかる波長λ_２の光が入射したときに光の吸収が起こり、光電流が発生する。かかる場合、電圧源２０８が光吸収層１０２に負のバイアス電圧を印加している必要がある。

第１吸収波長帯域４００と第２吸収波長帯域４０１との波長間隔は、共振器１０６の共振波長特性の自由スペクトル間隔（Ｆｒｅｅ Ｓｐａｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）とは一致しないことが好ましい。
電圧源２１６は光変調層１０３にバイアス電圧を印加している。かかる印加電圧の大きさに応じて、共振器１０６の内部で存在する定在波の波長が変化し、共振波長特性が変化する。

光変調層１０３の屈折率の変調は例えば量子井戸の量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ‐ｗｅｌｌ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ：ＱＣＳＥ）によって行う。適切な印加電圧下で、第１吸収波長帯域４００と、共振器の共振波長の１つとが重複又は一致する。共振波長の１つとして、赤外光３０４の波長帯域又は波長がある。
共振器内部で定在波として存在する光のうち、吸収が起こるのは赤外光３０４のみであるため、光電変換器１００は前記条件下において波長λ_１のみに感度をもつ。

このとき光電変換器１００が、光変調層１０３への印加電圧の無い状態で、第１吸収波長帯域４００を有するよう、共振器１０６内の各半導体層および光吸収層１０２の構造を選択できる。

次に光変調層１０３に適切な電圧を印加することで、共振器１０６の共振波長特性を図４（Ａ）から図５（Ａ）のように変調できる。共振波長帯域の極大波長のうち、光吸収層１０２の第２吸収波長帯域４０１と一致するのが、波長λ_２と同一の波長のみとなるよう、共振器の共振波長特性を選択できる。光変調層１０３の変調により共振波長がΔλ変化した後、赤外線検出器２００は波長λ_１では感度を持たず、波長λ_２のみに感度を持つ。

すなわち光電変換器１００は、上述の光吸収層１０２及び変調手段を備えるので、下記の特性を有する。光電変換器１００では、第１共振波長帯域の極大波長は第１吸収波長帯域４００と重複し、かつ第２吸収波長帯域４０１とは重複しない。一方で、光電変換器１００では、第２共振波長帯域の極大波長は第１吸収波長帯域４００とは重複せず、かつ第２吸収波長帯域４０１と重複する。かかる構成とすることで特定波長のみ効率よく検出できる。

また、共振器１０６の変調により、共振波長帯域は前記第２共振波長帯域から前記第１共振波長帯域に、さらに変調してもよい。かかる構成とすることで適時に適切な検出波長を選択できる。上記の電圧印加は、光変調層１０３の屈折率および共振器１０６の共振波長特性を変化させる方法の一例である。

また、光吸収層１０２の光吸収特性が波長軸上で変化することで、共振器の共振波長に依存することなく、同様の波長選択動作が可能である。図６は代表的な量子ドット層２０４に正バイアスおよび負バイアスを印加した際の、波長ごとの感度の測定結果である。すなわち図６は光吸収層１０２側での変調方法を例示したものである。

図６のデータは、一様なサイズの量子ドットからなるＱＤＩＰに正バイアス（実線５０１）および負バイアス（破線５００）を印加した際の感度スペクトル、ないしは吸収スペクトルの変化の実測データである。

このため、図６に表される特性を有する光吸収層に、厚さの異なる歪み緩和層や異なるサイズのドットを加えて積層した場合に、図４、図５（Ｂ）のような離散的なスペクトルが得られる。

本実施形態の赤外線検出器は、上記の構成を有するので、光吸収層で吸収可能な波長の光のうち、特定の波長のみを選択して検出することが可能である。
図２〜５を参照しつつ、本実施形態の光検出方法を説明する。本実施形態の光検出方法は、赤外線検出器２００を用い、以下の工程で赤外線１０７中の光を検出する方法である。

変調工程では、電圧源２１６が、変調手段に対する印加電圧を発生又は変化させることで、共振器１０６の共振波長帯域を変調する。具体的には、上部電極２１５及び下部電極２１４を備える入力部を通じて、変調手段に電圧を印加する。変調手段中の光変調層１０３に電圧を印加すると、屈折率変調層２３０内で屈折率が変調する。

変調前では、第１共振波長帯域の極大波長（赤外光３０４相当）が、光吸収層１０２の吸収波長帯域中の第１吸収波長帯域４００と重複している。変調後では、第２共振波長帯域の極大波長（赤外光３０５相当）が第２吸収波長帯域４０１と重複している。光吸収層１０２は量子閉じ込め構造を有するため、離散的な吸収波長帯域を有している。このため、光電変換器１００は上記の変調をすることで、吸収波長帯域を選択的に変更できる。

受光工程では、光電変換器１００が赤外線１０７に含まれる光を受光する。具体的には光電変換器１００が、光吸収層１０２に平行な面と直角をなす方向から、光を受光する。
光共振工程では、光を共振器１０６内で共振させる。具体的には光変調層１０３により屈折率の変調した、第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５の間の光路内で、光が反射を繰り返す。これにより、共振波長帯域の光だけが共振する。

光吸収工程では、光吸収層１０２の有する量子閉じ込め構造が共振した光を吸収する。具体的には、第２吸収波長帯域４０１内の光、すなわち赤外光３０５を吸収する。吸収波長帯域は変調により、第２吸収波長帯域４０１となり、赤外光３０５と重複している。このため、光子数が共振により増大しているので特定波長の光を選択的に吸収できる。

また、第１吸収波長帯域４００内の光、すなわち赤外光３０４はほとんど吸収しない。吸収波長帯域は変調により、第２吸収波長帯域４０１となり、赤外光３０４とほとんど重複していない。このため、光子数が増大していないので他の波長の光を選択的に吸吸しないものとすることができる。

光電変換工程は、吸収した光を光吸収層１０２で光電変換し、検出用電圧源による電圧印加を受けて電流を生ずる。検出工程では、電流計が電流を検出する。このため、特定波長の光を、電流として選択的に検出できる。

また光検出方法は、次のように構成することもできる。第１測定工程では、変調手段に電圧印加しないで、第１吸収波長帯域４００の光を検出し、光の強度を測定する。次に、第２測定工程では、電圧源２１６を通じて変調手段に電圧印加して、第２吸収波長帯域４０１の光を検出し、光の強度を測定する。

他の光検出方法は、次のように構成することもできる。第１測定工程では、電圧源２１６を通じて変調手段に第１電圧を印加して、第１吸収波長帯域４００の光を検出し、光の強度を測定する。次に第２測定工程では、電圧源２１６を通じて前記変調手段に第２電圧を印加して、第２吸収波長帯域４０１の光を検出し、光の強度を測定する。

本実施の形態の方法では、赤外線検出器が検出する波長を大きく変更するときでも、これに必要な外力は、共振波長特性を変化させるのに必要な小さい力で足りる。このため、少ない消費電力で検出波長を変化させることが可能である。

上記の通り、電圧源による電圧印加により屈折率を変調することで、赤外線検出器２００の検出動作中に、適切なタイミングで、特定の波長のみを選択して検出することが可能である。

本実施形態では、量子ドット層中の量子ドットを適宜選択することで、赤外線検出器が、２以上の複数の数の波長を、選択的に検出することも可能である。このため、本実施形態の光電変換器、又は赤外線検出器が、一のみの光吸収層を備える簡単な構造であっても、複数のスペクトルを検知可能である。

３．製造
次に、図２を参照して、本実施形態にかかる光電変換器１００及び赤外線検出器２００の製造方法を説明する。

（１）結晶成長による光吸収層１０２の形成方法
半導体基板１０１として、面方位が（００１）面のＧａＡｓ基板を用意する。基板研磨等により、所望の厚さの半導体基板１０１を得ることができる。半導体基板１０１の厚さを適宜選択することで、所望の共振波長を得ることができる。

この基板を分子線エピタキシャル装置内へ導入し、固体Ａｓを過熱し昇華させることにより得られるＡｓ分子線を照射する。照射中、基板温度を６００℃まで上昇させ、半導体基板１０１表面にある自然酸化膜を除去する。

次に基板温度を５８０℃程度にした後、厚さ５００ｎｍの、半導体基板１０１と同じＧａＡｓからなる緩衝層２０１を積層する。引き続き、厚さ５００ｎｍの、ＧａＡｓからなるｎ型の下部コンタクト層２０２を積層する。ＧａＡｓには、予めＳｉ原子を２×１０^１８ｃｍ^−３程度の濃度でドーピングしておく。さらに、厚さ５０ｎｍの、ＧａＡｓからなるｉ型の中間層２０３を積層する。

次に基板温度を４９０℃程度にした後、中間層２０３の表面に一様に拡がったならば厚さが２から３原子層程度になる分量の、ＩｎＡｓを、中間層２０３の表面に供給する。このとき、ＩｎＡｓとＧａＡｓとの格子定数の違いから発生する歪みによって、ＩｎＡｓが三次元的な島状形状に成長し、ＳＫモードの量子ドットを形成する。

その結果、量子ドット層２０４では、中間層２０３の表面に量子ドットが平面状に並ぶ。量子ドット層２０４中、典型的な量子ドットの直径は３０ｎｍ、高さは５ｎｍであり、量子ドット層２０４の１平方センチメートルあたりの量子ドットの数密度は５×１０^１０程度である。

本実施形態では離散的な吸収波長特性を持たせるために、量子ドットが２種類でも良い。量子ドットの大きさは上述の量子ドット形成時のＩｎＡｓの分量、基板温度、成長にかける時間により調整可能である。また、量子ドットの形状はＩｎＡｓの分量、基板温度、成長にかける時間、基板や中間層の材料によっても調整可能である。

続いて、ｎ型ドーパントであるＳｉ原子を量子ドット層２０４の直上に供給する。Ｓｉ原子の数密度は、上記量子ドットの数密度と同程度にする。次いでＩｎＡｓの供給を停止する。

Ｓｉ原子はドーパントとして機能し、量子ドットに電子を供給する。このため、Ｓｉ原子は光検出器の感度を向上させる。Ｓｉ原子は波長特性などに強い影響は与えないため、量子ドット層２０４の上にふりかける形で供給してもよい（不図示）。量子ドットと同じ個数のＳｉ原子をふりかけることが好ましい。

Ｓｉ原子は量子ドット層２０４中の量子ドットのみではなく中間層２０３に到達してもよい。なお、量子ドットをつくる際に中間層２０３の上にＩｎＡｓが供給される。このため、量子ドットが形成されていない部分は、中間層２０３が露出することは少ない。一方で量子ドットが形成されていない部分では、薄いＩｎＡｓの膜、いわゆる濡れ層が形成される。

次に厚さ５〜１０ｎｍ程度の、ＩｎＧａＡｓからなる歪み緩和層２１７を、量子ドット層２０４の上に積層する。温度を５８０℃にした後、厚さ５０ｎｍの、ＧａＡｓからなるｉ型の中間層２０３を積層する。

本実施形態では離散的な吸収波長特性を持たせるために、量子ドット層２０４を同じ量子ドットで作成し、歪み緩和層２１７の厚さが異なるものとしてもよい。例えば歪み緩和層２１７の厚みを異なる層ごとに５ｎｍ又は１０ｎｍとしてもよい。かかる場合それぞれの厚さを有する歪み緩和層２１７に積層される各量子ドット層２０４の量子ドットは量子ドット層２０４の層の間で相異なる吸収波長特性を有する。

上記の手順に従って量子ドット層２０４、歪み緩和層２１７、中間層２０３の積層を１０〜２０回程度繰り返すことで、量子ドットを含む光電変換層２２０を形成する。光電変換層２２０の上に、厚さが２００ｎｍでＳｉ原子を濃度２×１０^１８ｃｍ^−３程度ドーピングしたＧａＡｓを有するｎ型の上部コンタクト層２０５を積層する。

量子ドット層２０４を形成する際、中間層２０３の材料と格子定数の異なる材料であれば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＮ、ＧａＳｂ等の、ＩｎＡｓ以外の材料を用いてもよい。

歪み緩和層２１７を形成する際、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＳｂ等の、ＩｎＧａＡｓ以外の材料を用いてもよい。また半導体基板１０１を形成する際、ＧａＡｓ基板以外の、ＩｎＰ、Ｇｅ、Ｓｉ等からなる基板を用いてもよい。上記の説明では量子ドットおよび周辺構造を形成する際ＭＢＥ法を用いているが、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などの他の方法を用いてもよい。

（２）光変調層１０３の形成方法
上記光吸収層１０２の上部コンタクト層２０５の直上に緩衝層２１８を積層する。光吸収層のときと同様の条件で下部コンタクト層２１０、その次に中間層２１１を積層する。さらに、例えばＩｎＧａＡｓから構成される量子井戸層２１２を積層する。上記と同様の手順で中間層２１１、量子井戸層２１２の積層を繰り返し、屈折率変調層２３０を形成する。その後、最上層の中間層２１１の上に、ｎ型の上部コンタクト層２１３を積層する。

効率の良い屈折率変調を行うため、量子井戸層２１２と中間層２１１の積層は複数回繰り返すのが望ましい。所望の共振波長を得るために中間層２１１や緩衝層２１８の厚さを適宜選択できる。

（３）反射膜の作製
半導体基板１０１の図中の下部表面に金属薄膜や誘電体の多層膜を積層して第１反射膜１０４を形成する。また、上部コンタクト層２１３の図中の上部表面に金属薄膜や誘電体の多層膜を積層して第２反射膜１０５を形成する。

図１及び２Ａのように、赤外線１０７が図中の下方より入射する場合、検出波長に対して完全反射を起こす金属膜を積層して第２反射膜１０５を形成することができる。なお、赤外線１０７の入射方向は図１及び２Ａのように図中の下方に限定されない。このため図には示さないが、赤外線１０７は、図中の上方、すなわち第２反射膜１０５の側から入射しても良い。この場合、検出波長に対して完全反射を起こす金属膜を積層して第１反射膜１０４を形成することができる。

第１反射膜１０４及び第２反射膜１０５は、分布ブラッグ反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｒｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）として形成してもよい。図には示さないが、半導体基板１０１と緩衝層２０１との間に、これらと屈折率の異なる半導体を積層して、第１反射膜１０４を形成することが好ましい。また、上部コンタクト層２１３の図中の上部に、これと屈折率の異なる半導体を積層して、第２反射膜１０５を形成することが好ましい。

（４）検出器構造加工及び電極プロセス
続いて、紫外線リソグラフィ及びドライエッチングにより第２反射膜１０５、光変調層１０３、光吸収層１０２の一部を選択的にエッチングする。これにより上部コンタクト層２０５及び上部コンタクト層２１３、並びに下部コンタクト層２０２及び下部コンタクト層２１０の図中の上部表面の一部が露出する。このように、選択エッチングにより、周囲から独立した構造体が赤外線検出器２００の一素子である光電変換器１００に相当する。

赤外線検出器２００は一素子のみで構成されてもよいし、このような素子を１列、あるいは２次元的に配列したアレイであってもよい。
続いて、各上部コンタクト層及び各下部コンタクト層に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる上部電極２１５及び上部電極２０７、並びに下部電極２１４及び下部電極２０６を形成する。各電極は、リソグラフィ、金属蒸着、レジスト剥離などの工程を含むリフトオフ法で形成することが好ましい。

［第２の実施形態］
以下の第２〜４の実施形態の説明では、第１の実施形態中の構成要素と同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図７は本実施形態の光電変換器６００を表す。光電変換器６００は半導体基板６０１、光吸収層６０２、光変調層６０３、第１共振器６０６（第１の光共振器）、第２共振器６０７（第２の光共振器）、光透過層６１３を備える。

光吸収層６０２は光電変換機能を備える。光吸収層６０２は、緩衝層２０１、下部コンタクト層２０２、光電変換層２２０、及び上部コンタクト層２０５を備える。光変調層６０３は、緩衝層２１８、下部コンタクト層２１０、屈折率変調層２３０、及び上部コンタクト層２１３を備える。

第１共振器６０６は主共振器となる第１の光共振器である。第１共振器６０６は第１反射膜６０４中の第１反射部６１７及び第２反射膜６０５を備える。第２共振器６０７は副共振器となる第２の光共振器である。第２共振器６０７は第３反射膜６１４及び第１反射膜６０４中の第２反射部６１５を備える。光電変換器６００は、さらに下部電極２０６及び上部電極２０７を備えてもよい。

下部電極２１４及び上部電極２１５は光変調層６０３への入力部として、電圧源から印加電圧を受ける。下部電極２１４、上部電極２１５及び光変調層６０３は、変調手段として、印加電圧の発生又は変化に応じて共振器１０６の共振波長帯域を変調する。

概観すると、光電変換器６００は、光電変換器１００の構成要素をすべて備え、さらに第２共振器６０７及び光透過層６１３を備えるものである。光電変換器６００は不図示の電圧源２０８、電流計２０９、及び電圧源２１６と接続されている。第２共振器６０７は第１共振器６０６と異なるＦＳＲおよび共振波長特性を有する。

図８Ａ〜図９Ｅに基づき、光電変換器６００の動作原理を説明する。図８Ａは第１共振器６０６の共振波長特性、図８Ｂは第２共振器６０７の共振波長特性をそれぞれ示す。第１共振器６０６と第２共振器６０７とは一の複合共振器系を構成している。

該複合共振器系内では、第１共振器６０６及び第２共振器６０７の共振波長帯域のうち、双方に共通して存在する共振波長帯域（複合共振波長帯域）のみが定在波として存在する。このため、該複合共振器系を備える光電変換器６００は図８Ｃに示すような共振波長特性を有する。

図８Ｄに示すように、光吸収層６０２は図８Ｃの共振波長帯域と重複又は一致する波長λ_１を含む吸収波長帯域、すなわち第１吸収波長帯域７００を有する。上記定在波の吸収が起こることで、光電変換器６００は複合共振器系にかかる共振波長に感度を持つ。つまり、図８Ｅに示すように、光電変換器６００は、光吸収層６０２の吸収波長帯域の１つである、第１吸収波長帯域７００内の赤外線にのみ感度を有する。

変調手段による変調前では、第１量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第１エネルギー差と、第１複合共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致するのが好ましい。上記エネルギー差は、複合共振波長帯域の極大波長の光の光子エネルギーと一致するのが特に好ましい。かかる構成とすることで特定波長のみ効率よく検出できる。

不図示の変調用電圧源が光変調層６０３に印加電圧の発生又は変化といった外力を加えることで、屈折率変調層２３０の屈折率を変化させる。このため、図９Ａに示すように第１共振器６０６内での共振波長特性が変化する。第１共振器６０６の共振波長特性が、破線から実線のように変化する。かかる変調により、複合共振波長帯域は第１複合共振波長帯域から第２複合共振波長帯域に変調する。

一方、図９Ｂに示すように、第２共振器６０７の共振波長特性は図８（Ｂ）のものと変化していない。このとき複合共振器系の共振波長特性を示したのが図９Ｃである。このときの共振波長帯域が、図９Ｄに示す光吸収層６０２の第２吸収波長帯域７０１と重複又は一致している。このため、図９Ｅに示すように、光電変換器６００はこの波長帯域にのみ感度を持つ。第２吸収波長帯域７０１は波長λ_２を含む波長帯域である。

変調手段による変調後では、第２量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第２エネルギー差と、第２複合共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致するのが好ましい。上記エネルギー差は、複合共振波長帯域の極大波長の光の光子エネルギーと一致するのが特に好ましい。かかる構成とすることで特定波長のみ効率よく検出できる。

第１複合共振波長帯域の極大波長は第１吸収波長帯域７００と重複し、かつ第２吸収波長帯域７０１とは重複しないことが好ましい。また、第２複合共振波長帯域の極大波長は第１吸収波長帯域７００とは重複せず、かつ第２吸収波長帯域７０１と重複することが好ましい。かかる構成とすることで特定波長のみ効率よく検出できる。
また、第１共振器６０６の変調により、複合共振波長帯域は前記第２複合共振波長帯域から前記第１複合共振波長帯域に、さらに変調してもよい。かかる構成とすることで適時に適切な検出波長を選択できる。

上記では、共振波長特性を変化させるために、第１共振器６０６内部の光変調層６０３の屈折率を変化させた。これに対し光透過層６１３に働き掛けて、第２共振器６０７を変調させてもよい。又は第１共振器６０６及び第２共振器６０７の双方の共振波長特性を変調してもよい。
図９Ａ〜図９Ｅに示すように、本実施形態の光電変換器６００は、微小な屈折率の変調で検出波長を大きく変化させることができる。

また、光吸収層６０２の不均一幅によって、吸収波長帯域すなわち吸収スペクトルが広がる場合がある。光吸収層６０２の不均一幅とは、光吸収層６０２のプロセスや品質のばらつきに伴う吸収スペクトルの広がりのことである。具体的には光吸収層６０２の中の量子ドットおよび歪み緩和層のことである。本実施形態では、光吸収層６０２の不均一幅は吸収スペクトルの半値全幅であることが好ましい。

ここで、光電変換器６００の検出感度の線幅は、第１共振器６０６又は第２共振器６０７により制限することができる。このため、本実施形態の光電変換器６００では、第１の実施形態の光電変換器１００に比べ、これを備える赤外線検出器の波長検出精度を高められる効果がある。

［第３の実施形態］
図１０に示す第３の実施形態にかかる光電変換器８００は、第１の実施形態にかかる光電変換器１００の備える光変調層１０３及び共振器１０６を、共振器型フィルタ８０６に置き換えたものである。

半導体基板１０１及び光吸収層１０２は、共振器型フィルタ８０６外に位置する。共振器型フィルタ８０６は光共振器であり、同時に変調手段である。共振器型フィルタ８０６は、印加電圧の発生又は変化に応じて、共振器型フィルタ８０６自身の共振波長帯域を変調する。

共振器型フィルタ８０６は、第１反射膜８０４、第２反射膜８０５、下部電極８１４、及び上部電極８１５を備える。第１反射膜８０４は、図中の下面で下部電極８１４と接している。第２反射膜８０５は、図中の上面で上部電極８１５と接している。下部電極８１４及び上部電極８１５は共振器型フィルタ８０６への入力部として、電圧源から印加電圧を受ける。
電圧源８１６は上部電極８１５及び下部電極８１４と接続可能である。電圧源８１６が各電極と接続することで、第１反射膜８０４及び第２反射膜８０５の間に所望の電圧を印可する。

電圧源８１６が共振器型フィルタ８０６に電圧を印可した場合、共振器型フィルタ８０６の共振波長特性は変化する。この変化は第１の実施形態にかかる図４（Ｂ）から図５（Ｂ）の変化と同等である。このため、光電変換器８００は、第１及び第２の実施形態の光電変換器と同様に、波長帯域を選択できる。

共振器型フィルタ８０６としては、エタロンフィルタ、液晶、又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を備える共振器型フィルタを選択できる。

光吸収層１０２は、共振器型フィルタ８０６側に反射防止膜を備えることが好ましい。具体的には、光吸収層１０２は、その最上部にある上部コンタクト層２０５の図中の上面に反射防止膜を備えることができる。該反射防止膜は、ＴｉＯ_２やＳｉＯ_２といった誘電体の薄膜からなることが好ましい。かかる反射防止膜により、光吸収層１０２の表面での赤外線の反射を抑制できる。
本実施形態では、光吸収層と、光共振器とは別個の部品として組み合わせることができる。このため、光電変換器８００を備える赤外線検出器は多様な検出波長に対応する。

［第４の実施形態］
図１１に示す第４の実施形態にかかる光電変換器９００は、第１の実施形態の光電変換器１００における共振器１０６を共振器９０６に置き換えたものである。光電変換器９００は、半導体基板１０１、光吸収層１０２、駆動部９０３、共振器９０６、電極９１４、及び電極９１５を備える。

共振器９０６は光共振器である。共振器９０６は第１反射鏡９０４及び第２反射鏡９０５を備える。電極９１４及び電極９１５は駆動部９０３への入力部として、電圧源から印加電圧を受ける。駆動部９０３、電極９１４、及び電極９１５は、変調手段として、印加電圧の発生又は変化に応じて共振器９０６の共振波長帯域を変調する。

第１反射鏡９０４は、半導体基板１０１の図中の下方に位置する。半導体基板１０１、光吸収層１０２、及び第１反射鏡９０４は、集合して一の素子を構成している。第２反射鏡９０５は、かかる素子とは離れて、光電変換器９００に備わっている。本実施形態では、光吸収層１０２の図中の上方に位置している。

駆動部９０３が第２反射鏡９０５を図中の上下方向に移動することで、反射鏡間の距離が変化する。このため、共振器９０６の共振特性が変化し、光電変換器９００は検知する波長を選択できる。

第２反射鏡９０５、駆動部９０３、電極９１４、及び電極９１５は、例えばＭＥＭＳ等を備える駆動ミラーとして構成できる。一方、第１反射鏡９０４、半導体基板１０１、及び光吸収層１０２は光電変換器用の素子として構成できる。
第２反射鏡９０５を移動する駆動部９０３に対する電圧印加によって第１反射鏡９０４及び第２反射鏡９０５の間の距離が変化する。このため、共振器９０６の共振波長特性が変化する。

本実施形態の変形として、光電変換器９００は、上記一の素子から独立した第１反射鏡９０４を備えることができる。さらに、第２反射鏡９０５が、光吸収層１０２の図中の上方に位置することもできる。また、この場合、半導体基板１０１、光吸収層１０２、及び第２反射鏡９０５が、集合して一の素子を構成している。
光電変換器９００は、光吸収層と、光共振器とは別個の部品として組み合わせることができる。このため、光電変換器９００を備える赤外線検出器は、多様な検出波長に対応できる。

［効果の説明］
非特許文献１に開示されているＱＤＩＰでは、３つの波長に対し感度を有するが、波長ごとの信号を区別できず３つの波長帯域の信号の和としてしか取り出すことができない。各波長の信号を独立に取り出すためには素子ごとに独立した狭帯域波長フィルタが必要であり、装置の構造を複雑にする原因となる。

一方、特許文献１に開示されているＱＤＩＰは、複数の波長の光を検知するために、２以上の光吸収層を有している。このため、製造工程が複雑となり、生産効率が低い。また偏光を利用するため、偏光フィルタが必要である。本実施形態において偏光フィルタとは特定の偏光のみを透過するフィルタ、すなわち偏光子のことである。

これらに対し、上記各実施形態の光電変換器では、狭帯域波長フィルタが不要である。また、一の光吸収層で、複数の波長の光を検知できる。このため、製造工程を簡略化できるため、生産効率が高い。

上記各実施形態の赤外線検出器は、１つ以上の離散的な吸収波長を持つ光吸収層と、１つ以上の離散的な共振波長をもつ光共振器とを備える。本実施形態の赤外線検出器は光吸収層の吸収波長もしくは光共振器の共振波長の少なくとも一方を外力によって変調する。

かかる外力により前記光吸収層の吸収波長の１つと前記光共振器の共振波長の１つが一致する。このため、本実施形態の赤外線検出器は、光吸収層の1つ以上の離散的な吸収波長ピークのうち、任意の１つを選択し検出することが可能となる。

上記各実施形態の波長選択方法は、１つ以上の離散的な吸収波長もしくは１つ以上の離散的な共振波長の少なくとも一方を外力によって変調する工程を備える。かかる外力により前記光吸収層の吸収波長の１つと前記光共振器の共振波長の１つが一致する。本実施形態の波長選択方法では、光吸収層の１つ以上の離散的な吸収波長ピークのうち、任意の１つを選択し検出することができる。

上記各実施形態の光検出器は中赤外又は中遠赤外領域の特定の赤外線の検出装置の光検出部として好適である。上記各実施形態の光検出器は、熱源の検知や温度測定、特定のガス検知、また暗視装置用のセンサなどの光検出部として好適である。また、上記各実施形態の光検出器は、特定の波長を選択的に受信する通信機器用の受光器として好適である。

［実施形態の変形］
なお、本発明は上記各実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本実施形態では、赤外線の検出技術を中心に説明したが、赤外線に限らず、可視光線、紫外線といった光全般に適用可能である。

上記各実施形態では、光吸収層は量子ドットを有するものとした。実施形態の変形として、光吸収層が、量子ドット以外の量子閉じ込め構造を有するものとしてもよい。光吸収層は、量子ドット、量子細線、及び量子井戸からなる群から選ばれる一以上の量子閉じ込め構造を備えてよい。また、第１及び２の実施形態にかかる光変調層も、量子ドット、量子細線、及び量子井戸からなる群から選ばれる一以上の量子閉じ込め構造を備えてよい。

これらの量子閉じ込め構造は自由に選択して、組み合わせることができる。光吸収層が上記量子閉じ込め構造を有することで、光電変換器は離散的な吸収波長特性を有する。また、上記光変調層が上記量子閉じ込め構造を有することで、光電変換器は離散的な共振波長特性を有する。

上記各実施形態では、光吸収層が第１及び第２の吸収波長帯域を有するものとしたが、さらに特定の吸収波長帯域を有してもよい。かかる光吸収層を有する光電変換器は、３以上の波長帯域の光に対して感度を有することができる。

光吸収層は、大きさ、形状、若しくは材料の異なる二以上の量子ドットを有する光電変換層を備える。または光吸収層は厚さ若しくは材料の異なる二以上の歪み緩和層を有する光電変換層を備える。このため、一の光吸収層は離散的な吸収波長帯域を生じる。

上記各実施形態では、例えば光吸収層は、第１量子ドットを有する第１量子ドット層を備える。光吸収層は、さらに第１量子ドットと大きさ、形状、又は材料が異なる第２量子ドットを有する第２ドット層を備える。

実施形態の変形として、一の量子ドット層が、大きさ、形状、又は材料が相異なる第１量子ドット及び第２量子ドットを有してもよい。また、一の量子ドット層が、大きさ及び形状、大きさ及び材料、又は形状及び材料が相異なる第１量子ドット及び第２量子ドットを有してもよい。また、一の量子ドット層が、大きさ、形状、及び材料のいずれも相異なる第１量子ドット及び第２量子ドットを有してもよい。

実施形態の変形として、複数の歪み緩和層の間で、その厚さ又は材料が相異なるものであってもよい。上記各量子ドット層の有する量子ドットの大きさ、形状、及び材料、並びに当該量子ドット層に最も近い図中の上方に位置する上記各歪み緩和層の厚さ及び材料の組み合わせとして、任意のものを選択できる。

光吸収層は上記の量子ドット層及び歪み緩和層の組み合わせの種類と同じ数の離散的な吸収波長ピークを有する。このため、上記の構成を有する光吸収層は、さらに多くの離散的な吸収波長ピークを有する。また、量子ドットの種類を一にして、歪み緩和層のみで離散的な吸収波長帯域を生じてもよい。

例えば、光吸収層は、第１量子ドット、及び第１量子ドットを取り囲む第１歪み緩和層、並びに第２量子ドット、及び第２量子ドットを取り囲む第２歪み緩和層を有してもよい。第２歪み緩和層は前記第１歪み緩和層と厚さ又は材料が異なることが好ましい。

本実施形態では、光電変換器は１層の光吸収層と、これを挟む２層のコンタクト層とを備える。ここで光電変換器が２層以上の光吸収層を備えるものとし、かつ各光吸収層が、異なる量子閉じ込め構造又は歪み緩和層を備えてもよい。

この場合、各光吸収層の生じる個々の吸収波長帯域を組み合わせることで、離散的な吸収波長帯域を作ることもできる。また、一の光吸収層だけで離散的な吸収波長帯域を生じるものと、一の極大波長のみを有する吸収波長帯域を生じる光吸収層とは、自由に組み合わせることができる。

上記第１及び第２実施形態では、光変調層のコンタクト層を介して電圧印加することで屈折率を変調する。実施形態の変形として、コンタクト層を介さなくとも、光変調層への光照射によっても屈折率を変調できる。かかる光照射にかかる光は光吸収層に吸収されないことが好ましい。

このため、上記吸収帯域波長以外の波長の光の照射によって屈折率変化が起こるよう、光変調層の材料と構造を選択することが好ましい。また、光照射のためのレーザー等の光源は波長及び強度について適宜選択できる。

かかる光源は、電圧源からの電圧の入力部を備えていることが好ましい。電圧源が光源に電圧を印加した際、光源は屈折率変調層に対し光を照射する。光を受けた光変調層は共振器内の屈折率を変調する。このため、光共振器の共振波長は変化する。

電圧源が光源に電圧を印加することをやめた場合、光源は屈折率変調層に対し光の照射をやめる。このため、光を受けなくなった光変調層は共振器内の屈折率を元の状態に変調する。このため、共振器の共振波長は元に戻る。光電変換器は、上記の光源及び光変調層を変調手段として備える。かかる変調手段は印加電圧の発生又は変化に応じて光共振器の共振波長帯域を変調する。

（付記１１）
前記共振波長帯域中の光は、前記共振波長帯域の極大波長の光である、請求項２に記載の光電変換器。

（付記１２）
前記光吸収層は、第１量子ドット、及び第１量子ドットを取り囲む第１歪み緩和層、並びに第２量子ドット、及び第２量子ドットを取り囲み、前記第１歪み緩和層と厚さ又は材料が異なる第２歪み緩和層を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換器

（付記１３）
前記第１共振波長帯域の極大波長は前記第１吸収波長帯域と重複し、かつ前記第２吸収波長帯域とは重複せず、
前記第２共振波長帯域の極大波長は前記第１吸収波長帯域とは重複せず、かつ前記第２吸収波長帯域と重複する、請求項５に記載の光電変換器。

（付記１４）
前記エネルギー差と、前記変調手段による変調前又は変調後の、前記複合共振波長帯域の光の光子エネルギーとが一致する、請求項７に記載の光電変換器。

（付記１５）
前記複合共振波長帯域中の光は、前記複合共振波長帯域の極大波長の光である、付記１４に記載の光電変換器。

（付記１６）
前記光吸収層は第１量子ドット及び第２量子ドットを有し、前記第１量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第１エネルギー差と、前記複合共振器系の第１複合共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致し、

前記第２量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第２エネルギー差と、前記複合共振器系の第２複合共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致し、
前記第１の光共振器の共振波長帯域の変調により、前記複合共振波長帯域は前記第１複合共振波長帯域から前記第２複合共振波長帯域に変調する、請求項７、並びに付記１４及び１５に記載の光電変換器。

（付記１７）
前記第１複合共振波長帯域の極大波長は前記第１エネルギー差に対応する第１吸収波長帯域と重複し、かつ前記第２エネルギー差に対応する第２吸収波長帯域とは重複せず、
前記第２複合共振波長帯域の極大波長は前記第１吸収波長帯域とは重複せず、かつ前記第２吸収波長帯域と重複する、付記１６に記載の光電変換器。

（付記１８）
前記光吸収層は、前記共振器型フィルタ側に反射防止膜を備える、請求項８に記載の光電変換器。

（付記１９）
前記半導体基板及び前記光吸収層は、前記第１反射鏡又は第２反射鏡と、一の素子を構成する、請求項９に記載の光電変換器。

（付記２０）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する光検出部を備える、照度計、輝度計、光度計、又は測光装置

（付記２１）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を配列したアレイを有する撮像部を備える撮影装置

（付記２２）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する光検出部を備える撮影装置であって、第１の波長の光に基づく情報を受け取る、焦点調整部、方向制御部、自動追尾部、光軸調整部又は手振れ補正部である第１調整部と、第２の波長の光に基づく情報を受け取る焦点調整部、方向制御部、自動追尾部、光軸調整部又は手振れ補正部である第２調整部とを備え、第２調整部の調整機能は第１調整部とは異なり、前記光検出部は前記第１及び第２の波長の光を受光する、撮影装置

（付記２３）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する光検出部を備える、発光体、導光体、配光体、若しくは光学レンズ、又は目の検査装置

（付記２４）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する光検出部を備える、放射温度計又は温度測定装置

（付記２５）
付記２４に記載の温度測定装置、及び前記温度測定装置が測定した温度の情報を受け取る温度調整部を備える、送風機、空調機、暖房機、調理機、恒温槽、冷蔵庫、又は冷凍庫。

（付記２６）
付記２４に記載の温度測定装置、及び前記温度測定装置が測定した温度の情報を受け取る判定部を備える、火災警報装置又は漏洩検知装置。

（付記２７）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する光検出部を備えるガス検知装置を備え、前記ガス検知装置が検知したガスの情報を受け取る判定部をさらに備える、火災警報装置又は漏洩検知装置。

（付記２８）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有し、温度測定装置及びガス検知装置が共有する光検出部を備え、前記温度測定装置は固体表面温度に由来する第１の波長の光に基づく情報を受け取り、前記ガス検知装置はガス分子の構造に由来する第２の波長の光に基づく情報を受け取り、前記光検出部は前記第１及び第２の波長の光を受光する、火災警報装置又は漏洩検知装置。

（付記２９）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する受光部を備える無線通信装置又は非接触型カードの光学読取装置。

（付記３０）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する、反射光の受光部を備える測距装置又は位置決定装置。

（付記３１）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する、透過光又は反射光の受光部を備える紙幣、又は有価証券の光学読取装置。

（付記３２）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する、透過光又は反射光の受光部と、第１の分子若しくは原子により発生した、又は減衰された光に基づく情報を受け取る第１検出部と、第２の分子若しくは原子により発生した、又は減衰された光に基づく情報を受け取る第２検出部とを備え、前記受光部は前記第１及び第２の分子若しくは原子により発生した、又は減衰された光を受光する、液体、気体、生体、青果、食品、又は医薬品の分析装置。

（付記３３）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する受光部を備える光電スイッチ。

（付記３４）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する受光部を備える、暗視装置、障害物検知装置、探査装置、又は標的表示装置。

（付記３５）
請求項１〜９及び付記１１〜１９のいずれかに記載の光電変換器を有する検出部を備える、潜入者に対する警報装置、又は盗難防止装置。

１００ 光電変換器 １０１ 半導体基板
１０２ 光吸収層 １０３ 光変調層
１０６ 共振器（光共振器） ２００ 赤外線検出器（光検出器）
２０２ 下部コンタクト層 ２０５ 上部コンタクト層
２０８ 電圧源（検出用電圧源） ２０９ 電流計
２１４ 下部電極（入力部） ２１５ 上部電極（入力部）
２１６ 電圧源（変調用電圧源） ２２０ 光電変換層
３０４ 赤外光（光） ３０５ 赤外光（光）
４００ 第１吸収波長帯域 ４０１ 第２吸収波長帯域
６００ 光電変換器 ６０１ 半導体基板
６０２ 光吸収層 ６０３ 光変調層
６０６ 第１共振器（第１の光共振器） ６０７ 第２共振器（第２の光共振器）
７００ 第１吸収波長帯域 ７０１ 第２吸収波長帯域
８００ 光電変換器 ８０６ 共振器型フィルタ
８１４ 下部電極（入力部） ８１５ 上部電極（入力部）
８１６ 電圧源（変調用電圧源） ９００ 光電変換器
９０３ 駆動部 ９０４ 第１反射鏡
９０５ 第２反射鏡 ９０６ 共振器（光共振器）
９１４ 電極（入力部） ９１５ 電極（入力部）

Claims (10)

1. 半導体基板と、光吸収層と、光共振器と、前記光共振器の共振波長帯域を変調する変調手段を備え、
   前記光吸収層は、量子ドット、量子細線、及び量子井戸からなる群から選ばれる一以上の量子閉じ込め構造を有し、
   前記変調手段は電圧源から印加電圧を受ける入力部を備え、
   前記変調手段は、量子ドット、量子細線、及び量子井戸からなる群から選ばれる一以上の量子閉じ込め構造を有する光変調層を備え、
   前記半導体基板と、前記光吸収層と、前記光共振器と、前記光変調層とは一の素子を構成する、
   光電変換器。
2. 前記量子閉じ込め構造に束縛される電子のエネルギー準位間のエネルギー差と、前記変調手段による変調前又は変調後の、前記共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致する、請求項１に記載の光電変換器。
3. 前記光吸収層は、第１量子ドット、及び第１量子ドットと大きさ、形状、又は材料が異なる第２量子ドットとを有する、請求項１又は２に記載の光電変換器。
4. 前記光吸収層は、前記第１量子ドット及び第２量子ドットを有する光電変換層と、２層のコンタクト層を備え、
   前記光電変換層は前記２層のコンタクト層の間に位置し、
   前記２層のコンタクト層は前記光電変換層外に位置し、
   他のコンタクト層が前記２層のコンタクト層の間に位置しない、
   請求項３に記載の光電変換器。
5. 前記第１量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第１エネルギー差と、前記光共振器の第１共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致し、
   前記第２量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第２エネルギー差と、前記光共振器の第２共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致し、
   前記第１エネルギー差に対応する第１吸収波長帯域と、前記第２エネルギー差に対応する第２吸収波長帯域とは離散的であり、
   前記変調手段により、前記共振波長帯域は前記第１共振波長帯域から前記第２共振波長帯域に変調する、請求項３又は４に記載の光電変換器。
6. 第１の光共振器として前記光共振器を備え、
   前記第１の光共振器と共に複合共振器系を構成する第２の光共振器をさらに備え、
   前記複合共振器系は、前記第１の光共振器及び第２の光共振器の共振波長帯域に共通して存在する複合共振波長帯域を生じる、
   請求項１に記載の光電変換器。
7. 半導体基板と、光吸収層と、第１の光共振器と、前記第１の光共振器と共に複合共振器系を構成する第２の光共振器と、前記第１の光共振器の共振波長帯域を変調する変調手段を備え、
   前記光吸収層は、量子ドット、量子細線、及び量子井戸からなる群から選ばれる一以上の量子閉じ込め構造を有し、
   前記変調手段は電圧源から印加電圧を受ける入力部を備え、
   前記複合共振器系は、第１の光共振器及び第２の光共振器の共振波長帯域に共通して存在する複合共振波長帯域を生じる、
   光電変換器。
8. 前記光吸収層は第１量子ドット及び第２量子ドットを有し、前記第１量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第１エネルギー差と、前記複合共振器系の第１複合共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致し、
   前記第２量子ドットに束縛される電子のエネルギー準位間の第２エネルギー差と、前記複合共振器系の第２複合共振波長帯域中の光の光子エネルギーとが一致し、
   前記第１の光共振器の共振波長帯域の変調により、前記複合共振波長帯域は前記第１複合共振波長帯域から前記第２複合共振波長帯域に変調する、請求項６又は７に記載の光電変換器。
9. 前記第１複合共振波長帯域の極大波長は前記第１エネルギー差に対応する第１吸収波長帯域と重複し、かつ前記第２エネルギー差に対応する第２吸収波長帯域とは重複せず、
   前記第２複合共振波長帯域の極大波長は前記第１吸収波長帯域とは重複せず、かつ前記第２吸収波長帯域と重複する、請求項８に記載の光電変換器。
10. 半導体基板と、光吸収層と、光共振器と、前記光共振器の共振波長帯域を変調する変調手段を備え、
    前記光吸収層は、量子ドット、量子細線、及び量子井戸からなる群から選ばれる一以上の量子閉じ込め構造を有し、
    前記変調手段は電圧源から印加電圧を受ける入力部を備え、
    前記変調手段は、量子ドット、量子細線、及び量子井戸からなる群から選ばれる一以上の量子閉じ込め構造を有する光変調層を備え、
    前記半導体基板と、前記光吸収層と、前記光共振器と、前記光変調層とは一の素子を構成する、
    光電変換器と；前記入力部と接続する変調用電圧源と；前記光吸収層と接続する検出用電圧源と；前記光吸収層と接続する電流計と；を備える光検出器、を用いて光を検出する光検出方法であって、
    前記変調用電圧源で、前記変調手段に対する印加電圧を発生又は変化させることで、前記共振波長帯域を変調する変調工程と、
    前記光電変換器で光を受光する受光工程と、
    前記光を前記光共振器内で共振させる光共振工程と、
    前記量子閉じ込め構造で前記共振した光を吸収する光吸収工程と、
    前記検出用電圧源で前記光吸収層に電圧を印加することで、前記吸収した光を光吸収層で光電変換し、電流を生ずる光電変換工程と、
    前記電流計で電流を検出する、検出工程と、を備える光検出方法。

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