JP6524683B2 - 赤外線検出器、赤外線撮像装置及び赤外線検出器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線検出器、赤外線撮像装置及び赤外線検出器の製造方法に関するものである。

赤外線検出器として、入射した赤外光を吸収した際に流れる電流を捕らえることによって赤外光を検知する量子井戸型赤外線検出器（ＱＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photodetectors）がある。ＱＷＩＰとしては、障壁層にＡｌＧａＡｓ層、量子井戸層にＧａＡｓ層を用いたＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の多重量子井戸構造のＱＷＩＰが多く検討されている。

ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の多重量子井戸構造のＱＷＩＰでは、図１に示されるように、キャリアのエネルギーに対して障壁層を形成しているＡｌＧａＡｓがポテンシャル障壁として作用し、量子井戸層を形成しているＧａＡｓがポテンシャル井戸として作用する。これにより、ＧａＡｓにより形成されている量子井戸層の内部に離散的に量子準位が形成され、この量子準位間のエネルギー差が検出可能な赤外光の波長に相当する。よって、ＱＷＩＰに赤外光が入射すると、キャリアが励起され、電気信号として検出される。

特開２０１１−６６３１９号公報 特開２０１４−２９９４０号公報

ところで、ＱＷＩＰの製造工程においては、ＱＷＩＰの多重量子井戸構造を形成した後、多重量子井戸構造が所望とする構造で形成されているか否かを非破壊で検査することが行われている。このような検査においては、一般的には、Ｘ線回折が用いられるが、Ｘ線回折による検査では、正確な結果を得ることができない場合がある。このように、検査の結果が正確でないと、所望とする構造で多重量子井戸構造が形成されていないものまで、この後の製造工程に流されるため、歩留まり低下の要因となる。

このため、赤外線検出器の製造工程において、多重量子井戸構造における検査を正確に行うことが可能な赤外線検出器が求められている。

本実施の形態の一観点によれば、基板と、前記基板の上に半導体材料により形成された下部電極層と、前記下部電極層の上に半導体材料により形成された量子井戸構造と、前記量子井戸構造の上に半導体材料により形成された上部電極層と、前記上部電極層の上に半導体材料により形成された光結合構造部と、を有し、前記量子井戸構造は、障壁層と量子井戸層とが交互に積層されているものであって、前記量子井戸構造において形成される電子と正孔の基底準位間のエネルギー差よりも、前記光結合構造部を形成している材料のバンドギャップが広く、前記上部電極層と前記光結合構造部との間には、エッチングストッパ層が形成されており、前記障壁層はＡｌＧａＡｓにより形成されており、前記量子井戸層はＧａＡｓにより形成されており、前記光結合構造部はＡｌＧａＡｓにより形成されており、前記エッチングストッパ層はＡｌＧａＡｓにより形成されており、前記光結合構造部を形成しているＡｌＧａＡｓは、前記エッチングストッパ層を形成しているＡｌＧａＡｓよりも、Ａｌの組成比が小さいことを特徴とする。

開示の赤外線検出器によれば、赤外線検出器の製造工程において、多重量子井戸構造における検査を正確に行うことができる。

量子井戸構造におけるキャリアの励起と光電流の発生の説明図 従来の赤外線検出器の構造図 従来の赤外線検出器における要部のエネルギーバンド図 第１の実施の形態における赤外線検出器の構造図 第１の実施の形態における赤外線検出器における要部のエネルギーバンド図 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（１） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（２） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（３） 第２の実施の形態における赤外線撮像装置の構造図（１） 第２の実施の形態における赤外線撮像装置の構造図（２）

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
最初に、図２に基づき従来のＱＷＩＰについて説明する。図２に示される構造のＱＷＩＰは、ＧａＡｓ基板１０の上に、ＧａＡｓバッファ層１１、ＩｎＧａＰストッパ層１２、下部電極層２０、多重量子井戸構造３０、上部電極層４０が積層されて形成されている。上部電極層４０の上には、ＡｌＧａＡｓストッパ層５１、光結合構造部５２、反射膜５３が形成されている。下部電極層２０及び上部電極層４０の一部は露出しており、露出している下部電極層２０の上には、下部電極６１が形成されており、上部電極層４０の上には、上部電極６２が形成されている。下部電極６１及び上部電極６２は、金属材料により形成されている。

ＧａＡｓ基板１０は、ＧａＡｓ（１００）基板により形成されており、下部電極層２０は、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされたｎ型ＧａＡｓにより形成されている。多重量子井戸構造３０は、障壁層３１と量子井戸層３２とを交互に積層することにより形成されており、障壁層３１はＡｌＧａＡｓにより、量子井戸層３２はｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされているｎ型ＧａＡｓにより形成されている。上部電極層４０は、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされたｎ型ＧａＡｓにより形成されている。光結合構造部５２は、入射した赤外光を乱反射させるため、表面が凹凸状の形状となるように形成されており、表面が凹凸状に形成されている光結合構造部５２の上には、赤外光を反射する反射膜５３が、Ａｕ（金）等の金属材料により形成されている。

このような構造のＱＷＩＰにおいては、赤外線はＧａＡｓ基板１０の側からＧａＡｓ基板１０に略垂直に入射するが、この際、入射した赤外線の電界成分は、量子井戸層３２と平行となるため、入射した赤外線は、多重量子井戸構造３０においては殆ど吸収されない。このため、多重量子井戸構造３０を透過した赤外線は、本実施の形態においては、上部電極層４０、ＡｌＧａＡｓストッパ層５１を透過し、光結合構造部５２及び反射膜５３において乱反射するように形成されている。このように、入射した赤外線を光結合構造部５２及び反射膜５３において乱反射させることにより、量子井戸層３２に垂直な電界線分が生じる。これにより、光結合構造部５２及び反射膜５３において乱反射された赤外線が、多重量子井戸構造３０に入射すると、多重量子井戸構造３０において吸収され、量子井戸層３２内のキャリアが励起され、下部電極６１と上部電極６２との間で信号電流が流れる。このように流れる信号電流を検出することにより、赤外線が検出される。

ところで、図２に示される構造のＱＷＩＰは、例えば、ＧａＡｓ基板１０の上に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）により、各々の半導体層を成膜することにより形成されている。赤外線検出器において検出される赤外線の波長は、多重量子井戸構造３０におけるｎ型ＧａＡｓにより形成された量子井戸層３２の膜厚や、ＡｌＧａＡｓにより形成された障壁層３１のＡｌ組成比により定まる。このため、多重量子井戸構造３０を形成した後に、多重量子井戸構造３０が設計通りの構造で形成されているか否かを検査した後に、後の製造工程に進めることが行われている。

このような多重量子井戸構造３０の検査は、製造プロセスの途中で行われる検査であるため、非破壊検査により行うことが求められており、一般的には、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X‐ray diffraction）により行われている。Ｘ線回折においては、形成されている多重量子井戸構造３０に対応したサテライトピークが観測されるため、このサテライトピークを解析することにより、多重量子井戸構造３０の検査が行われている。しかしながら、図２に示される構造のＱＷＩＰには、ＩｎＧａＰストッパ層１２が形成されているため、多重量子井戸構造３０等を形成する際にも、ＩｎＧａＰストッパ層１２を形成する際に供給されたＰ成分が成膜チャンバー内に残留している場合がある。このようなＰ成分が、多重量子井戸構造３０等を成膜する際に、成膜チャンバー内に残留していると、残留しているＰ成分が、多重量子井戸構造３０等に混入する場合がある。多重量子井戸構造３０等にＰが混入すると、Ｐの混入量によってサテライトピークが変化するため、解析において得られる障壁層３１を形成しているＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比の値が、誤った値として得られてしまい、正確な検査を行うことができない場合がある。従って、図２に示す構造のＱＷＩＰにおける多重量子井戸構造３０を検査する場合、Ｘ線回折による方法では十分とはいえない。

ところで、多重量子井戸構造３０を非破壊で検査する方法としては、フォトルミネッセンス（ＰＬ：Photo-Luminescence）がある。フォトルミネッセンスによる多重量子井戸構造３０の検査では、ｎ型ＧａＡｓにより形成されている量子井戸層３２の伝導帯側に形成された基底準位の電子と、価電子帯側に形成された基底準位の正孔との結合による発光が観測される。従って、発光した光の波長は、多重量子井戸構造３０において形成される電子と正孔との基底準位間のエネルギー差に対応している。この基底準位間における発光波長とＱＷＩＰにおける赤外線の応答波長との間には、相関関係があるため、この相関関係に基づき、多重量子井戸構造３０を簡便に、正確に検査することが可能となる。

図２に示される構造のＱＷＩＰを製造する際には、ＧａＡｓ基板１０への半導体層の成膜は連続して行われるため、多重量子井戸構造３０の検査は、この半導体層の成膜が終了した後に行われることが一般的である。具体的には、ＧａＡｓ基板１０の上に、ＧａＡｓバッファ層１１、ＩｎＧａＰストッパ層１２、下部電極層２０、多重量子井戸構造３０、上部電極層４０、ＡｌＧａＡｓストッパ層５１、光結合構造部５２を形成する層を連続して成膜した後に行われる。光結合構造部５２は、光結合構造部５２を形成する層を表面より凹凸状にエッチング加工することにより形成されており、ＡｌＧａＡｓストッパ層５１は、このエッチング加工をする際のエッチングストッパ層として機能する。従って、ＡｌＧａＡｓストッパ層５１とのエッチングによる選択比の観点から、光結合構造部５２を形成する層は、ＧａＡｓにより形成される。

ところで、上述したＧａＡｓ基板１０の上に光結合構造部５２を形成する層まで半導体層が成膜された構造のものについて、フォトルミネッセンスによる評価を行っても、多重量子井戸構造３０における発光を観測することはできない。これは、光結合構造部５２を形成する層が、多重量子井戸構造３０において形成される電子と正孔との基底準位間のエネルギー差よりも狭いバンドギャップを有するＧａＡｓにより形成されているからである。即ち、図３に示されるように、多重量子井戸構造３０においてＰＬ発光した光は、多重量子井戸構造３０における電子と正孔との基底準位間のエネルギー差よりもバンドギャップの狭い光結合構造部５２を形成する層のＧａＡｓに吸収されてしまう。このため、観測される発光は、光結合構造部５２を形成する層のＧａＡｓにおける発光となり、多重量子井戸構造３０におけるＰＬ発光を検出することができず、多重量子井戸構造３０の検査を行うことはできない。

尚、多重量子井戸構造３０を成膜した後に、ＭＢＥのチャンバー内より取り出して、フォトルミネッセンスの検査を行えば、上記のような問題は生じない。しかしながら、この場合、フォトルミネッセンスの検査を行った後、再びＭＢＥのチャンバー内に設置して、上部電極層４０、ＡｌＧａＡｓストッパ層５１、光結合構造部５２を成膜する必要がある。半導体層のエピタキシャル成長の途中でフォトルミネッセンスの検査のため、ＭＢＥチャンバー内より、ＧａＡｓ基板１０を大気中に取り出した場合、半導体層に異物が混入し、欠陥の原因となり、歩留まりが低下等するため好ましくない。

（赤外線検出器）
次に、第１の実施の形態における赤外線検出器について説明する。本実施の形態における赤外線検出器１００は、ＱＷＩＰであり、図４に示されるように、ＧａＡｓ基板１１０の上に、ＧａＡｓバッファ層１１１、ＩｎＧａＰストッパ層１１２、下部電極層１２０、多重量子井戸構造１３０、上部電極層１４０が形成されている。また、上部電極層１４０の上には、ＡｌＧａＡｓストッパ層１５１、光結合構造部１５２、反射膜１５３が形成されている。下部電極層１２０及び上部電極層１４０の一部は露出しており、露出している下部電極層１２０の上には、下部電極１６１が形成されており、上部電極層１４０の上には、上部電極１６２が形成されている。

ＧａＡｓ基板１１０は、ＧａＡｓ（１００）基板により形成されており、下部電極層１２０は、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされたｎ型ＧａＡｓにより形成されている。多重量子井戸構造１３０は、障壁層１３１と量子井戸層１３２とを交互に積層することにより形成されており、障壁層１３１はＡｌＧａＡｓにより、量子井戸層１３２はｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされているｎ型ＧａＡｓにより形成されている。上部電極層１４０は、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされたｎ型ＧａＡｓにより形成されている。光結合構造部１５２は、入射した赤外光を乱反射させるため、表面が凹凸状の形状となるように形成されており、表面が凹凸状に形成されている光結合構造部１５２の上には、赤外光を反射する反射膜１５３が、Ａｕ（金）等の金属材料により形成されている。

本実施の形態においては、多重量子井戸構造１３０は、障壁層１３１と量子井戸層１３２とを交互に３０回成膜することにより形成されている。多重量子井戸構造１３０における障壁層１３１は膜厚が約５０ｎｍのＡｌ_０．２７Ｇａ_０．７３Ａｓにより形成されており、量子井戸層１３２は膜厚が約５ｎｍのｎ型ＧａＡｓにより形成されている。量子井戸層１３２を形成しているｎ型ＧａＡｓには、ｎ型となる不純物元素としてＳｉが、不純物濃度が５×１０^１７ｃｍ^−３となるようにドープされている。障壁層１３１を形成しているＡｌ_０．２７Ｇａ_０．７３Ａｓの室温付近におけるバンドギャップは、１．７６ｅＶであり、量子井戸層１３２を形成しているＧａＡｓの室温付近におけるバンドギャップは、１．４２ｅＶである。よって、多重量子井戸構造１３０において形成される電子と正孔との基底準位間のエネルギー差は、１．５１ｅＶとなっている。

本実施の形態においては、光結合構造部１５２は、バンドギャップが１．６０ｅＶのＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓにより形成されている。よって、多重量子井戸構造１３０において形成される電子と正孔との基底準位間のエネルギー差よりも、光結合構造部１５２を形成している材料のバンドギャップの方が広くなるように形成されている。これにより、図５に示されるように、多重量子井戸構造１３０においてＰＬ発光した光は、光結合構造部１５２を形成するための層（後述する光結合構造形成層）において吸収されることなく透過し観測される。これにより、多重量子井戸構造１３０の検査を行うことができる。

このように、本実施の形態においては、多重量子井戸構造１３０において形成される電子と正孔との基底準位間のエネルギー差よりも、光結合構造部１５２を形成している材料のバンドギャップが広く形成されている。従って、多重量子井戸構造１３０において形成される電子と正孔との基底準位間のエネルギー差は１．５１ｅＶである場合には、ＡｌＧａＡｓにおけるＡｌの組成比は０．０７以上であればよい。また、本実施の形態は、多重量子井戸構造１３０における障壁層１３１を形成する材料のバンドギャップと量子井戸層１３２を形成する材料のバンドギャップの平均よりも、光結合構造部１５２を形成している材料のバンドギャップが広く形成されていてもよい。障壁層１３１がＡｌ_０．２７Ｇａ_０．７３Ａｓ、量子井戸層１３２がＧａＡｓの場合、多重量子井戸構造１３０における障壁層１３１を形成する材料のバンドギャップと量子井戸層１３２を形成する材料のバンドギャップの平均は１．５９ｅＶとなる。よって、光結合構造部１５２を形成しているＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓのバンドギャップは、１．６０ｅＶであり、障壁層１３１を形成する材料のバンドギャップと量子井戸層１３２を形成する材料のバンドギャップの平均よりも広くなっている。

また、本実施の形態においては、ＡｌＧａＡｓストッパ層１５１はＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓにより形成されている。光結合構造部１５２を形成しているＡｌＧａＡｓにおけるＡｌの組成比とＡｌＧａＡｓストッパ層１５１を形成しているＡｌＧａＡｓにおけるＡｌの組成比とが同じ場合には、光結合構造部１５２を凹凸状に形成する際の選択エッチングが困難となる。このため、光結合構造部１５２を形成しているＡｌＧａＡｓにおけるＡｌの組成比よりも、ＡｌＧａＡｓストッパ層１５１を形成しているＡｌＧａＡｓにおけるＡｌの組成比は大きいものであることが好ましい。従って、光結合構造部１５２を形成しているＡｌＧａＡｓのバンドギャップは、ＡｌＧａＡｓストッパ層１５１を形成しているＡｌＧａＡｓのバンドギャップよりも狭くなる。よって、光結合構造部１５２は、ＡｌＧａＡｓストッパ層１５１よりも、Ａｌの組成比が小さく、バンドギャップの狭い材料により形成されていることが好ましい。

（赤外線検出器の製造方法）
次に、本実施の形態における赤外線検出器の製造方法について、図６から図８に基づき説明する。本実施の形態における赤外線検出器は、ＧａＡｓ基板１１０の上に、ＭＢＥにより半導体層を成膜することにより形成される。具体的には、ＧａＡｓ基板１１０をＭＢＥ装置のチャンバー内に設置した後、ＭＢＥにより半導体層の成膜を行う。

最初に、図６（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板１１０の上に、膜厚が約１００ｎｍのＧａＡｓバッファ層１１１を形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、ＧａＡｓバッファ層１１１の上に、膜厚が約３００ｎｍのＩｎＧａＰストッパ層１１２を形成する。ＩｎＧａＰストッパ層１１２を形成しているＩｎＧａＰは、ＧａＡｓと格子整合するような組成比となるように形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、ＩｎＧａＰストッパ層１１２の上に、下部電極層１２０を形成する。下部電極層１２０は、膜厚が約１０００ｎｍのｎ型ＧａＡｓにより形成されており、ｎ型となる不純物元素として、Ｓｉが１×１０^１８ｃｍ^−３となるようにドープされている。

次に、図７（ａ）に示すように、下部電極層１２０の上に、多重量子井戸構造１３０を形成するための障壁層１３１を形成する。障壁層１３１は、膜厚が約５０ｎｍの真性Ａｌ_０．２７Ｇａ_０．７３Ａｓにより形成されている。

次に、図７（ｂ）に示すように、障壁層１３１の上に、多重量子井戸構造１３０を形成するための量子井戸層１３２を形成する。量子井戸層１３２は、膜厚が約５ｎｍの不純物元素としてＳｉが５×１０^１７ｃｍ^−３の濃度でドープされているｎ型ＧａＡｓにより形成されている。

この後、上記と同様の障壁層１３１と量子井戸層１３２とを交互に３０回成膜することにより、図７（ｃ）に示すように、交互に積層された障壁層１３１と量子井戸層１３２により多重量子井戸構造１３０を形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、多重量子井戸構造１３０の上に、上部電極層１４０を形成する。上部電極層１４０は、膜厚が約１５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓにより形成されており、ｎ型となる不純物元素として、Ｓｉが１×１０^１８ｃｍ^−３となるようにドープされている。

次に、図８（ｂ）に示すように、上部電極層１４０の上に、膜厚が約５ｎｍのＡｌＧａＡｓストッパ層１５１、膜厚が６４０ｎｍの光結合構造形成層１５２ａを積層して形成する。ＡｌＧａＡｓストッパ層１５１は、エッチングストッパ層となる層であり、真性Ａｌ_０．３０Ｇａ_０．７０Ａｓにより形成されている。光結合構造形成層１５２ａは、エッチング加工することにより光結合構造部１５２を形成するための層であり、真性Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓにより形成されている。

以上の工程により、ＧａＡｓ基板１１０におけるＭＢＥによる半導体成膜の成膜工程が終了し、この後、ＭＢＥのチャンバー内より半導体膜が成膜されたＧａＡｓ基板１１０を取り出す。

次に、ＧａＡｓ基板１１０に成膜されている多重量子井戸構造１３０について、フォトルミネッセンスの検査を行う。具体的には、ＧａＡｓ基板１１０の半導体層が成膜されている面、即ち、光結合構造形成層１５２ａが形成されている面に光を照射し、フォトルミネッセンスの検査を行う。この後、併せて、Ｘ線回折による検査を行ってもよい。

次に、図８（ｃ）に示すように、下部電極１６１及び上部電極１６２を形成し、光結合構造部１５２を形成し、反射膜１５３を成膜する。

具体的には、光結合構造形成層１５２ａの上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、下部電極１６１が形成される領域を含む領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの開口部における多重量子井戸構造１３０、上部電極層１４０、ＡｌＧａＡｓストッパ層１５１、光結合構造形成層１５２ａをドライエッチングにより除去することにより、下部電極層１２０の表面の一部を露出させる。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。

次に、光結合構造形成層１５２ａの上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、上部電極１６２が形成される領域を含む領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの開口部におけるＡｌＧａＡｓストッパ層１５１、光結合構造形成層１５２ａをドライエッチングにより除去することにより、上部電極層１４０の表面の一部を露出させる。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。

次に、露出している下部電極層１２０、上部電極層１４０、光結合構造形成層１５２ａの上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行う。これにより、下部電極１６１及び上部電極１６２が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる金属多層膜を真空蒸着等により成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属多層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、下部電極層１２０の上に下部電極１６１が形成され、上部電極層１４０の上に上部電極１６２が形成される。

次に、光結合構造形成層１５２ａの上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、凹凸状の光結合構造部１５２の凹部となる領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域の光結合構造形成層１５２ａを除去することにより、残存する光結合構造形成層１５２ａにより光結合構造部１５２を形成する。このドライエッチングは、選択エッチングであり、エッチングストッパ層となるＡｌＧａＡｓストッパ層１５１の表面が露出した段階でエッチングがストップする。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。

次に、形成された凹凸状の光結合構造部１５２の上に、Ａｕを成膜することにより、反射膜１５３を形成する。

以上の工程により、本実施の形態における赤外線検出器を作製することができる。上記においては、半導体層をＭＢＥにより成膜する場合について説明したが、半導体層は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によるエピタキシャル成長により形成してもよい。また、赤外線検出器におけるキャリアは、電子以外にも正孔であってもよい。この場合、不純物元素がドープされている半導体層には、ｐ型となる不純物元素としてＢｅ等がドープされる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における赤外線検出器１００が複数設けられている赤外線撮像素子を有する赤外線撮像装置である。

本実施の形態における赤外線撮像装置は、図９に示されるように、第１の赤外線検出器１００が１次元方向に複数配列されている１次元赤外線撮像素子２１０を有していているものであってもよい。この赤外線撮像装置は、１次元赤外線撮像素子２１０において得られた電気信号を読み出す読み出し回路が形成されている回路基板２２０を有しており、１次元赤外線撮像素子２１０に設けられたバンプ２３０により回路基板２２０と接続されている。

また、本実施の形態における赤外線撮像装置は、図１０に示されるように、第１の赤外線検出器１００が２次元方向に複数配列されている２次元赤外線撮像素子３１０を有しているものであってもよい。この赤外線撮像装置は、２次元赤外線撮像素子３１０において得られた電気信号を読み出す読み出し回路が形成されている回路基板３２０を有しており、２次元赤外線撮像素子３１０に設けられたバンプ３３０により回路基板３２０と接続されている。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板と、
前記基板の上に半導体材料により形成された下部電極層と、
前記下部電極層の上に半導体材料により形成された量子井戸構造と、
前記量子井戸構造の上に半導体材料により形成された上部電極層と、
前記上部電極層の上に半導体材料により形成された光結合構造部と、
を有し、
前記量子井戸構造は、障壁層と量子井戸層とが交互に積層されているものであって、
前記量子井戸構造において形成される電子と正孔の基底準位間のエネルギー差よりも、前記光結合構造部を形成している材料のバンドギャップが広いことを特徴とする赤外線検出器。
（付記２）
前記量子井戸構造における前記障壁層を形成している材料のバンドギャップと前記量子井戸層を形成している材料のバンドギャップの平均よりも、前記光結合構造部を形成している材料のバンドギャップが広いことを特徴とする付記１に記載の赤外線検出器。
（付記３）
前記上部電極層と前記光結合構造部との間には、エッチングストッパ層が形成されており、
前記光結合構造部は、前記光結合構造部を形成するための光結合構造形成層を成膜した後、前記光結合構造形成層の一部を前記エッチングストッパ層の表面が露出するまでエッチングにより除去することにより、凹凸状の形状に形成されるものであって、
前記光結合構造部の上には、赤外線を反射する反射膜が形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の赤外線検出器。
（付記４）
前記障壁層はＡｌＧａＡｓにより形成されており、
前記量子井戸層はＧａＡｓにより形成されており、
前記光結合構造部はＡｌＧａＡｓにより形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記５）
前記障壁層はＡｌＧａＡｓにより形成されており、
前記量子井戸層はＧａＡｓにより形成されており、
前記光結合構造部はＡｌＧａＡｓにより形成されており、
前記エッチングストッパ層はＡｌＧａＡｓにより形成されており、
前記光結合構造部を形成しているＡｌＧａＡｓは、前記エッチングストッパ層を形成しているＡｌＧａＡｓよりも、Ａｌの組成比が小さいことを特徴とする付記３に記載の赤外線検出器。
（付記６）
前記基板と前記下部電極層との間には、ＩｎＧａＰを含む材料により形成された半導体層が形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記７）
付記１から６のいずれかに記載された赤外線検出器を複数有し、
複数の前記赤外線検出器は、１次元または２次元に配列されていることを特徴とする赤外線撮像装置。
（付記８）
基板の上に、下部電極層、量子井戸構造、上部電極層、エッチングストッパ層、光結合構造形成層を形成する工程と、
前記基板の上に、前記下部電極層、前記量子井戸構造、前記上部電極層、前記エッチングストッパ層、前記光結合構造形成層が形成されたものについて、フォトルミネッセンスによる検査を行う工程と、
前記エッチングストッパ層をドライエッチングのエッチングストッパ層として、前記光結合構造形成層の一部をドライエッチングにより除去することにより、凹凸状の形状を有する光結合構造部を形成する工程と、
前記光結合構造部の上に、赤外線を反射する反射膜を形成する工程と、
有し、
前記量子井戸構造において形成される電子と正孔の基底準位間のエネルギー差よりも、前記光結合構造部を形成している材料のバンドギャップが広いことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
（付記９）
前記フォトルミネッセンスによる検査を行う工程において、前記フォトルミネッセンスによる検査とともに、Ｘ線回折による検査を行うことを特徴とする付記８に記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１０）
前記障壁層はＡｌＧａＡｓにより形成されており、
前記量子井戸層はＧａＡｓにより形成されており、
前記光結合構造部はＡｌＧａＡｓにより形成されていることを特徴とする付記８または９に記載の赤外線検出器の製造方法。

１００ 赤外線検出器
１１０ ＧａＡｓ基板
１１１ ＧａＡｓバッファ層
１１２ ＩｎＧａＰストッパ層
１２０ 下部電極層
１３０ 多重量子井戸構造
１３１ 障壁層
１３２ 量子井戸層
１４０ 上部電極層
１５１ ＡｌＧａＡｓストッパ層
１５２ 光結合構造部
１５３ 反射膜
１６１ 下部電極
１６２ 上部電極

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板の上に半導体材料により形成された下部電極層と、
   前記下部電極層の上に半導体材料により形成された量子井戸構造と、
   前記量子井戸構造の上に半導体材料により形成された上部電極層と、
   前記上部電極層の上に半導体材料により形成された光結合構造部と、
   を有し、
   前記量子井戸構造は、障壁層と量子井戸層とが交互に積層されているものであって、
   前記量子井戸構造において形成される電子と正孔の基底準位間のエネルギー差よりも、前記光結合構造部を形成している材料のバンドギャップが広く、
   前記上部電極層と前記光結合構造部との間には、エッチングストッパ層が形成されており、
   前記障壁層はＡｌＧａＡｓにより形成されており、
   前記量子井戸層はＧａＡｓにより形成されており、
   前記光結合構造部はＡｌＧａＡｓにより形成されており、
   前記エッチングストッパ層はＡｌＧａＡｓにより形成されており、
   前記光結合構造部を形成しているＡｌＧａＡｓは、前記エッチングストッパ層を形成しているＡｌＧａＡｓよりも、Ａｌの組成比が小さいことを特徴とする赤外線検出器。
2. 前記量子井戸構造における前記障壁層を形成している材料のバンドギャップと前記量子井戸層を形成している材料のバンドギャップの平均よりも、前記光結合構造部を形成している材料のバンドギャップが広いことを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
3. 前記基板と前記下部電極層との間には、ＩｎＧａＰを含む材料により形成された半導体層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検出器。
4. 光結合構造部におけるＡｌの組成比は０．０７以上であって、０．１５以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の赤外線検出器。
5. 請求項１から４のいずれかに記載された赤外線検出器を複数有し、
   複数の前記赤外線検出器は、１次元または２次元に配列されていることを特徴とする赤外線撮像装置。
6. 基板の上に、下部電極層、量子井戸構造、上部電極層、エッチングストッパ層、光結合構造形成層を形成する工程と、
   前記基板の上に、前記下部電極層、前記量子井戸構造、前記上部電極層、前記エッチングストッパ層、前記光結合構造形成層が形成されたものについて、フォトルミネッセンスによる検査を行う工程と、
   前記エッチングストッパ層をドライエッチングのエッチングストッパ層として、前記光結合構造形成層の一部をドライエッチングにより除去することにより、凹凸状の形状を有する光結合構造部を形成する工程と、
   前記光結合構造部の上に、赤外線を反射する反射膜を形成する工程と、
   有し、
   前記量子井戸構造において形成される電子と正孔の基底準位間のエネルギー差よりも、前記光結合構造部を形成している材料のバンドギャップが広いことを特徴とする赤外線検出器の製造方法。

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