JP2001044453A - 光検出素子 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 必要とする電極面積を減らして、検出感度を
向上させることができる光検出素子を提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板１０上に第１の多重量子井
戸構造１２が形成されている。第１の多重量子井戸構造
１２は、ＡｌＧａＡｓ障壁層とＧａＡｓ井戸層が交互に
積層されて多重量子井戸を形成している。ＧａＡｓ障壁
層には不純物がドーピングされていない。第１の多重量
子井戸構造１２上には、第２の多重量子井戸構造１４が
形成されている。第２の多重量子井戸構造１４は、Ａｌ
ＧａＡｓ障壁層とＧａＡｓ井戸層が交互に積層されて多
重量子井戸を形成している。ＧａＡｓ障壁層には不純物
がドーピングされている。
向上させることができる光検出素子を提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板１０上に第１の多重量子井
戸構造１２が形成されている。第１の多重量子井戸構造
１２は、ＡｌＧａＡｓ障壁層とＧａＡｓ井戸層が交互に
積層されて多重量子井戸を形成している。ＧａＡｓ障壁
層には不純物がドーピングされていない。第１の多重量
子井戸構造１２上には、第２の多重量子井戸構造１４が
形成されている。第２の多重量子井戸構造１４は、Ａｌ
ＧａＡｓ障壁層とＧａＡｓ井戸層が交互に積層されて多
重量子井戸を形成している。ＧａＡｓ障壁層には不純物
がドーピングされている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の波長の光を
検出する光検出素子に係り、特に、量子井戸構造や量子
ドット構造による量子準位による赤外線の光吸収を利用
したカラーの赤外線イメージセンサに関する。
検出する光検出素子に係り、特に、量子井戸構造や量子
ドット構造による量子準位による赤外線の光吸収を利用
したカラーの赤外線イメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】８〜１２μｍの波長域を有する赤外線の
撮像には、化合物半導体の量子井戸構造を利用した赤外
線検出器（Quantum-Well Infrared Photodetector：Ｑ
ＷＩＰ）が利用されている。ＱＷＩＰとは、量子井戸構
造を複数回繰り返し積層した多重量子井戸構造（Multi
Quantum Well：ＭＱＷ）を有しており、赤外線の照射に
よって励起された量子井戸中の電子の寄与による電気伝
導度の変化を利用する光伝導型の赤外線検出器である。
このような赤外線検出器として、単体の検出素子である
が、特開平２−２４１０６４号公報に記載のものが知ら
れている。
撮像には、化合物半導体の量子井戸構造を利用した赤外
線検出器（Quantum-Well Infrared Photodetector：Ｑ
ＷＩＰ）が利用されている。ＱＷＩＰとは、量子井戸構
造を複数回繰り返し積層した多重量子井戸構造（Multi
Quantum Well：ＭＱＷ）を有しており、赤外線の照射に
よって励起された量子井戸中の電子の寄与による電気伝
導度の変化を利用する光伝導型の赤外線検出器である。
このような赤外線検出器として、単体の検出素子である
が、特開平２−２４１０６４号公報に記載のものが知ら
れている。
【０００３】近年、量子準位の異なる多重量子井戸構造
を積層して、複数の波長の赤外線を検出できるカラーの
赤外線検出器が提案されている。このような赤外線検出
器の一画素の構造を図１１を用いて説明する。
を積層して、複数の波長の赤外線を検出できるカラーの
赤外線検出器が提案されている。このような赤外線検出
器の一画素の構造を図１１を用いて説明する。
【０００４】半導体基板１００上に第１の多重量子井戸
構造１０２と第２の多重量子井戸構造１０４が積層され
ている。第１の多重量子井戸構造１０２と、第２の多重
量子井戸構造１０４とは、量子井戸層の厚さや材料の組
成比を変えることにより、量子準位が異なるように形成
されている。このため、第１の多重量子井戸構造１０２
により吸収される赤外線の波長と、第２の多重量子井戸
構造１０４により吸収される赤外線の波長が異なる。
構造１０２と第２の多重量子井戸構造１０４が積層され
ている。第１の多重量子井戸構造１０２と、第２の多重
量子井戸構造１０４とは、量子井戸層の厚さや材料の組
成比を変えることにより、量子準位が異なるように形成
されている。このため、第１の多重量子井戸構造１０２
により吸収される赤外線の波長と、第２の多重量子井戸
構造１０４により吸収される赤外線の波長が異なる。
【０００５】第１の多重量子井戸構造１０２の下面に第
１の電極１１０が形成され、第１の多重量子井戸構造１
０２の上面に第２の電極１１２が形成され、第２の多重
量子井戸構造１０４の上面に第３の電極１１４が形成さ
れている。第１の電極１１０と第２の電極１１２間の電
気伝導度と、第２の電極１１２と第３の電極１１４間の
電気伝導度とを測定することにより、２つの波長の赤外
線を区別して検出することができる。
１の電極１１０が形成され、第１の多重量子井戸構造１
０２の上面に第２の電極１１２が形成され、第２の多重
量子井戸構造１０４の上面に第３の電極１１４が形成さ
れている。第１の電極１１０と第２の電極１１２間の電
気伝導度と、第２の電極１１２と第３の電極１１４間の
電気伝導度とを測定することにより、２つの波長の赤外
線を区別して検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】個々の画素構造を多数
個マトリクス状に配置して、赤外線イメージセンサ（Ｉ
ＲＦＰＡ：InfraRed Focal Plane Arrays）として構成
する場合には、図１１に示す構造では、一画素について
３個の電極１１０、１１２、１１４が必要となる。この
ため、一画素における電極１１０、１１２、１１４の占
める面積の割合が大きくなり、検出感度が低くなってし
まう。
個マトリクス状に配置して、赤外線イメージセンサ（Ｉ
ＲＦＰＡ：InfraRed Focal Plane Arrays）として構成
する場合には、図１１に示す構造では、一画素について
３個の電極１１０、１１２、１１４が必要となる。この
ため、一画素における電極１１０、１１２、１１４の占
める面積の割合が大きくなり、検出感度が低くなってし
まう。
【０００７】また、図１１に示す構造では、第２の電極
１１２は各画素について共通電極とすることができる
が、構造上共通化することができない。第１の電極１１
０と第３の電極１１４とは画素毎に分離している必要が
ある。このため、図１１に示す構造では、電極を共通化
して検出面積を増やして検出感度を向上させることもで
きない。
１１２は各画素について共通電極とすることができる
が、構造上共通化することができない。第１の電極１１
０と第３の電極１１４とは画素毎に分離している必要が
ある。このため、図１１に示す構造では、電極を共通化
して検出面積を増やして検出感度を向上させることもで
きない。
【０００８】本発明の目的は、必要とする電極面積を減
らして、検出感度を向上させることができる光検出素子
を提供することにある。
らして、検出感度を向上させることができる光検出素子
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、不純物が導
入されている第１の量子井戸層を有し、第１の波長の光
を吸収する第１の量子準位を有する第１の量子井戸構造
と、前記第１の量子井戸構造に積層され、不純物が導入
されていない第２の量子井戸層を有し、前記第１の波長
と異なる第２の波長の光を吸収する第２の量子準位を有
する第２の量子井戸構造とを有することを特徴とする光
検出素子によって達成される。
入されている第１の量子井戸層を有し、第１の波長の光
を吸収する第１の量子準位を有する第１の量子井戸構造
と、前記第１の量子井戸構造に積層され、不純物が導入
されていない第２の量子井戸層を有し、前記第１の波長
と異なる第２の波長の光を吸収する第２の量子準位を有
する第２の量子井戸構造とを有することを特徴とする光
検出素子によって達成される。
【００１０】上記目的は、不純物が導入されていない第
１の量子井戸層を有し、第１の波長の光を吸収する第１
の量子準位を有する第１の量子井戸構造と、前記第１の
量子井戸構造に積層され、不純物が導入されていない第
２の量子井戸層を有し、前記第１の波長と異なる第２の
波長の光を吸収する第２の量子準位を有する第２の量子
井戸構造とを有することを特徴とする光検出素子によっ
て達成される。
１の量子井戸層を有し、第１の波長の光を吸収する第１
の量子準位を有する第１の量子井戸構造と、前記第１の
量子井戸構造に積層され、不純物が導入されていない第
２の量子井戸層を有し、前記第１の波長と異なる第２の
波長の光を吸収する第２の量子準位を有する第２の量子
井戸構造とを有することを特徴とする光検出素子によっ
て達成される。
【００１１】上記目的は、不純物が導入されている第１
の量子ドットを有し、第１の波長の光を吸収する第１の
量子準位を有する第１の量子ドット構造と、前記第１の
量子ドット構造に積層され、不純物が導入されていない
第２の量子ドットを有し、前記第１の波長と異なる第２
の波長の光を吸収する第２の量子準位を有する第２の量
子ドット構造とを有することを特徴とする光検出素子に
よって達成される。
の量子ドットを有し、第１の波長の光を吸収する第１の
量子準位を有する第１の量子ドット構造と、前記第１の
量子ドット構造に積層され、不純物が導入されていない
第２の量子ドットを有し、前記第１の波長と異なる第２
の波長の光を吸収する第２の量子準位を有する第２の量
子ドット構造とを有することを特徴とする光検出素子に
よって達成される。
【００１２】上記目的は、不純物が導入されていない第
１の量子ドットを有し、第１の波長の光を吸収する第１
の量子準位を有する第１の量子ドット構造と、前記第１
の量子ドット構造に積層され、不純物が導入されていな
い第２の量子ドットを有し、前記第１の波長と異なる第
２の波長の光を吸収する第２の量子準位を有する第２の
量子ドット構造とを有することを特徴とする光検出素子
によって達成される。
１の量子ドットを有し、第１の波長の光を吸収する第１
の量子準位を有する第１の量子ドット構造と、前記第１
の量子ドット構造に積層され、不純物が導入されていな
い第２の量子ドットを有し、前記第１の波長と異なる第
２の波長の光を吸収する第２の量子準位を有する第２の
量子ドット構造とを有することを特徴とする光検出素子
によって達成される。
【００１３】上述した光検出素子の制御方法であって、
前記第２の量子準位にキャリアを発生させる波長の励起
光を入射し、前記励起光の照射に同期して、前記第２の
波長の光を検出するようにしてもよい。
前記第２の量子準位にキャリアを発生させる波長の励起
光を入射し、前記励起光の照射に同期して、前記第２の
波長の光を検出するようにしてもよい。
【００１４】上述した光検出素子の制御方法であって、
前記第１の量子準位にキャリアを発生させる波長の第１
の励起光と、前記第２の量子準位にキャリアを発生させ
る波長の第２の励起光とを入射し、前記第１の励起光の
照射に同期して、前記第１の波長の光を検出し、前記第
２の励起光の照射に同期して、前記第２の波長の光を検
出するようにしてもよい。
前記第１の量子準位にキャリアを発生させる波長の第１
の励起光と、前記第２の量子準位にキャリアを発生させ
る波長の第２の励起光とを入射し、前記第１の励起光の
照射に同期して、前記第１の波長の光を検出し、前記第
２の励起光の照射に同期して、前記第２の波長の光を検
出するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の第１実
施形態による赤外線検出器を図１乃至図５を用いて説明
する。図１は本実施形態の赤外線検出器の基本構造を示
す断面図であり、図２は本実施形態の赤外線検出器の素
子構造の詳細を示す断面図であり、図３は本実施形態の
赤外線検出器のエネルギーバンド構造を示す図であり、
図４は本実施形態の赤外線検出器の制御方法を示す図で
あり、図５は本実施形態の赤外線検出器を用いた光検出
装置を示す図である。
施形態による赤外線検出器を図１乃至図５を用いて説明
する。図１は本実施形態の赤外線検出器の基本構造を示
す断面図であり、図２は本実施形態の赤外線検出器の素
子構造の詳細を示す断面図であり、図３は本実施形態の
赤外線検出器のエネルギーバンド構造を示す図であり、
図４は本実施形態の赤外線検出器の制御方法を示す図で
あり、図５は本実施形態の赤外線検出器を用いた光検出
装置を示す図である。
【００１６】本実施形態の赤外線検出器における一画素
は図１に示すような基本構造をしている。ＧａＡｓ基板
１０上に第１の多重量子井戸構造１２が形成されてい
る。第１の多重量子井戸構造１２は、ＡｌＧａＡｓ障壁
層とＧａＡｓ井戸層が交互に積層されて多重量子井戸を
形成している。ＧａＡｓ障壁層には不純物がドーピング
されていない。
は図１に示すような基本構造をしている。ＧａＡｓ基板
１０上に第１の多重量子井戸構造１２が形成されてい
る。第１の多重量子井戸構造１２は、ＡｌＧａＡｓ障壁
層とＧａＡｓ井戸層が交互に積層されて多重量子井戸を
形成している。ＧａＡｓ障壁層には不純物がドーピング
されていない。
【００１７】第１の多重量子井戸構造１２上には、第２
の多重量子井戸構造１４が形成されている。第２の多重
量子井戸構造１４は、ＡｌＧａＡｓ障壁層とＧａＡｓ井
戸層が交互に積層されて多重量子井戸を形成している。
ＧａＡｓ障壁層には不純物がドーピングされている。
の多重量子井戸構造１４が形成されている。第２の多重
量子井戸構造１４は、ＡｌＧａＡｓ障壁層とＧａＡｓ井
戸層が交互に積層されて多重量子井戸を形成している。
ＧａＡｓ障壁層には不純物がドーピングされている。
【００１８】第１の多重量子井戸構造１２の下面にコン
タクトする第１の電極２０が形成され、第２の量子井戸
構造１４の上面にコンタクトする第２の電極２２が形成
されている。第１の多重量子井戸構造１２と第２の多重
量子井戸構造１４の間の面にコンタクトする電極は形成
されていない。
タクトする第１の電極２０が形成され、第２の量子井戸
構造１４の上面にコンタクトする第２の電極２２が形成
されている。第１の多重量子井戸構造１２と第２の多重
量子井戸構造１４の間の面にコンタクトする電極は形成
されていない。
【００１９】本実施形態の赤外線検出器における素子構
造の詳細を図２に示す。ＧａＡｓ基板１０上に約２００
ｎｍ厚のＧａＡｓコンタクト層１１を介して第１の多重
量子井戸構造１２が形成されている。
造の詳細を図２に示す。ＧａＡｓ基板１０上に約２００
ｎｍ厚のＧａＡｓコンタクト層１１を介して第１の多重
量子井戸構造１２が形成されている。
【００２０】第１の多重量子井戸構造１２は、約１５ｎ
ｍ厚のＡｌ0.42Ｇａ0.58Ａｓ障壁層１２ａと、約４ｎｍ
厚のＧａＡｓ井戸層１２ｂとが多数回交互に積層されて
いる。ＧａＡｓ井戸層１２ｂには不純物がドーピングさ
れていない。ＧａＡｓ井戸層１２ｂの不純物濃度は約１
０12ｃｍ-3程度である。
ｍ厚のＡｌ0.42Ｇａ0.58Ａｓ障壁層１２ａと、約４ｎｍ
厚のＧａＡｓ井戸層１２ｂとが多数回交互に積層されて
いる。ＧａＡｓ井戸層１２ｂには不純物がドーピングさ
れていない。ＧａＡｓ井戸層１２ｂの不純物濃度は約１
０12ｃｍ-3程度である。
【００２１】第２の多重量子井戸構造１４は、約１５ｎ
ｍ厚のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ障壁層１４ａと、約７．９
ｎｍ厚のＧａＡｓ井戸層１４ｂとが多数回交互に積層さ
れている。ＧａＡｓ井戸層１４ｂには不純物濃度が約１
０17ｃｍ-3〜１０18ｃｍ-3の不純物がドーピングされて
いる。
ｍ厚のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ障壁層１４ａと、約７．９
ｎｍ厚のＧａＡｓ井戸層１４ｂとが多数回交互に積層さ
れている。ＧａＡｓ井戸層１４ｂには不純物濃度が約１
０17ｃｍ-3〜１０18ｃｍ-3の不純物がドーピングされて
いる。
【００２２】第２の多重量子井戸構造１４上には約２０
０ｎｍ厚のＧａＡｓコンタクト層１６が形成されてい
る。ＧａＡｓコンタクト層１６の上面には光を乱反射す
るための溝（グレーティング）１６ａが形成されてい
る。溝（グレーティング）１６ａ表面は金層１８により
コーティングされている。これによりＧａＡｓ基板１０
側から入射する赤外線の被検出光や励起光は、溝（グレ
ーティング）１６ａと金層１８により、そのほとんどが
様々な方向に乱反射されて再び第１及び第２の多重量子
井戸構造１２、１４を透過するので、赤外線や励起光の
効率が増大する。
０ｎｍ厚のＧａＡｓコンタクト層１６が形成されてい
る。ＧａＡｓコンタクト層１６の上面には光を乱反射す
るための溝（グレーティング）１６ａが形成されてい
る。溝（グレーティング）１６ａ表面は金層１８により
コーティングされている。これによりＧａＡｓ基板１０
側から入射する赤外線の被検出光や励起光は、溝（グレ
ーティング）１６ａと金層１８により、そのほとんどが
様々な方向に乱反射されて再び第１及び第２の多重量子
井戸構造１２、１４を透過するので、赤外線や励起光の
効率が増大する。
【００２３】第１の多重量子井戸構造１２と第２の多重
量子井戸構造１４のバンド構造を図２の左部に示す。Ａ
ｌＧａＡｓ障壁層１２ａ、１４ａにおけるＡｌの組成比
が大きいほど量子井戸内の量子準位が高くなり、ＧａＡ
ｓ井戸層１２ｂ、１４ｂの膜厚が薄いほど量子井戸内の
量子準位が高くなる。
量子井戸構造１４のバンド構造を図２の左部に示す。Ａ
ｌＧａＡｓ障壁層１２ａ、１４ａにおけるＡｌの組成比
が大きいほど量子井戸内の量子準位が高くなり、ＧａＡ
ｓ井戸層１２ｂ、１４ｂの膜厚が薄いほど量子井戸内の
量子準位が高くなる。
【００２４】本実施形態では、第１の多重量子井戸構造
１２の方が、ＡｌＧａＡｓ障壁層１２ａのＡｌ組成が大
きく、ＧａＡｓ井戸層１２ｂの膜厚が薄いので、図２に
示すように、量子井戸内の量子準位が高くなる。
１２の方が、ＡｌＧａＡｓ障壁層１２ａのＡｌ組成が大
きく、ＧａＡｓ井戸層１２ｂの膜厚が薄いので、図２に
示すように、量子井戸内の量子準位が高くなる。
【００２５】その結果、第１の多重量子井戸構造１２で
は、約１０．６μｍの波長の赤外線により量子井戸内の
量子準位間で電子が遷移し、約０．８３９μｍの波長の
励起光により価電子帯から量子化基底準位へ電子が励起
されて供給される。
は、約１０．６μｍの波長の赤外線により量子井戸内の
量子準位間で電子が遷移し、約０．８３９μｍの波長の
励起光により価電子帯から量子化基底準位へ電子が励起
されて供給される。
【００２６】第２の多重量子井戸構造１４では、約５μ
ｍの波長の赤外線により量子井戸内の量子準位間で電子
が遷移し、約０．７５６μｍの波長の励起光により価電
子帯から量子化基底準位へ電子が励起されて供給され
る。なお、本実施形態では第２の多重量子井戸構造１４
のＧａＡｓ井戸層１４ｂには不純物がドーピングされて
いるので、励起光を入射して量子化基底準位に電子を供
給する必要はない。
ｍの波長の赤外線により量子井戸内の量子準位間で電子
が遷移し、約０．７５６μｍの波長の励起光により価電
子帯から量子化基底準位へ電子が励起されて供給され
る。なお、本実施形態では第２の多重量子井戸構造１４
のＧａＡｓ井戸層１４ｂには不純物がドーピングされて
いるので、励起光を入射して量子化基底準位に電子を供
給する必要はない。
【００２７】本実施形態の赤外線検出器の動作原理につ
いて図３及び図４を用いて説明する。
いて図３及び図４を用いて説明する。
【００２８】第１の電極２０と第２の電極２２間に、第
１の電極２０が負電圧となるようなバイアス電圧を印加
する。これにより、図３に示すようなエネルギバンド構
造となる。
１の電極２０が負電圧となるようなバイアス電圧を印加
する。これにより、図３に示すようなエネルギバンド構
造となる。
【００２９】第１の多重量子井戸構造１２の量子井戸層
１２ｂには不純物がドーピングされていないので、量子
井戸内の基底準位には熱励起による以外の電子は供給さ
れず、価電子帯から基底準位に電子を励起する励起光が
入射されない限り、赤外線は吸収されずに透過されて第
２の多重量子井戸構造１４に入射する。励起光が入射さ
れれば、所定の赤外線が吸収されて検出することができ
る。
１２ｂには不純物がドーピングされていないので、量子
井戸内の基底準位には熱励起による以外の電子は供給さ
れず、価電子帯から基底準位に電子を励起する励起光が
入射されない限り、赤外線は吸収されずに透過されて第
２の多重量子井戸構造１４に入射する。励起光が入射さ
れれば、所定の赤外線が吸収されて検出することができ
る。
【００３０】これに対し、第２の多重量子井戸構造１４
の量子井戸層１４ｂには不純物がドーピングされている
ので、励起光が入射されていなくても量子井戸内の基底
準位に電子が供給され、所定の赤外線が吸収されて検出
することができる。
の量子井戸層１４ｂには不純物がドーピングされている
ので、励起光が入射されていなくても量子井戸内の基底
準位に電子が供給され、所定の赤外線が吸収されて検出
することができる。
【００３１】したがって、励起光を入射しないと、第２
の多重量子井戸構造１４においてのみ赤外線の検出が可
能であるが、励起光を入射すると、第１の多重量子井戸
構造１２と第２の多重量子井戸構造１４とで赤外線の検
出が可能である。本実施形態ではこの性質を用いて２つ
の波長の赤外線を検出する。
の多重量子井戸構造１４においてのみ赤外線の検出が可
能であるが、励起光を入射すると、第１の多重量子井戸
構造１２と第２の多重量子井戸構造１４とで赤外線の検
出が可能である。本実施形態ではこの性質を用いて２つ
の波長の赤外線を検出する。
【００３２】図４（ａ）に示すようなパルス状の励起光
を照射して、図４（ｂ）に示すようにそのときの光検出
電流Ｉを測定する。励起光の波長は約０．８３９μｍで
ある。励起光を照射すると第１の多重量子井戸構造１２
の量子井戸における価電子帯から量子化基底準位へ電子
が励起されて供給される。
を照射して、図４（ｂ）に示すようにそのときの光検出
電流Ｉを測定する。励起光の波長は約０．８３９μｍで
ある。励起光を照射すると第１の多重量子井戸構造１２
の量子井戸における価電子帯から量子化基底準位へ電子
が励起されて供給される。
【００３３】第１の多重量子井戸構造１２による光検出
電流をＩ1、第２の多重量子井戸構造１４による光検出
電流をＩ2とすると、励起光を照射しているときの光検
出電流Ｉａと、励起光を照射していないときの光検出電
流Ｉｂは、 Ｉａ＝Ｉ1＋Ｉ2 Ｉｂ＝Ｉ2 となるから、第１の多重量子井戸構造１２による光検出
電流Ｉ1と、第２の多重量子井戸構造１４による光検出
電流Ｉ2は、 Ｉ1＝Ｉａ−Ｉｂ Ｉ2＝Ｉｂ として求めることができる。
電流をＩ1、第２の多重量子井戸構造１４による光検出
電流をＩ2とすると、励起光を照射しているときの光検
出電流Ｉａと、励起光を照射していないときの光検出電
流Ｉｂは、 Ｉａ＝Ｉ1＋Ｉ2 Ｉｂ＝Ｉ2 となるから、第１の多重量子井戸構造１２による光検出
電流Ｉ1と、第２の多重量子井戸構造１４による光検出
電流Ｉ2は、 Ｉ1＝Ｉａ−Ｉｂ Ｉ2＝Ｉｂ として求めることができる。
【００３４】赤外線検出器によりビデオ信号を生成する
ことを考慮すると、ビデオ信号は１秒間３０フレームで
あるから、１フレームの時間は３３ｍｓｅｃ（ノンイン
ターレース方式）又は１７ｍｓｅｃ（インターレース方
式）である。したがって、赤外線検出器による撮像時間
は約１０ｍｓｅｃ程度取ることができる。２つの波長の
光を検出するための時間が１０ｍｓｅｃであるから、励
起光は、例えば、１００Ｈｚ、１０ｍｓｅｃの周期で５
ｍｓｅｃのパルス光とすればよい。
ことを考慮すると、ビデオ信号は１秒間３０フレームで
あるから、１フレームの時間は３３ｍｓｅｃ（ノンイン
ターレース方式）又は１７ｍｓｅｃ（インターレース方
式）である。したがって、赤外線検出器による撮像時間
は約１０ｍｓｅｃ程度取ることができる。２つの波長の
光を検出するための時間が１０ｍｓｅｃであるから、励
起光は、例えば、１００Ｈｚ、１０ｍｓｅｃの周期で５
ｍｓｅｃのパルス光とすればよい。
【００３５】本実施形態の赤外線検出器を用いた光検出
装置について図５を用いて説明する。赤外線検出器３０
は、真空容器３２内にテーブル３４に取り付けられてい
る。テーブル３４には冷却器３６が設けられており、赤
外線検出器３０は冷却シールド３８により囲まれてい
る。これにより、赤外線検出器３０を約７０°Ｋに冷却
し続けられる。
装置について図５を用いて説明する。赤外線検出器３０
は、真空容器３２内にテーブル３４に取り付けられてい
る。テーブル３４には冷却器３６が設けられており、赤
外線検出器３０は冷却シールド３８により囲まれてい
る。これにより、赤外線検出器３０を約７０°Ｋに冷却
し続けられる。
【００３６】真空容器３２には窓３２ａ、窓３２ｂが設
けられている。赤外線検出器３０前方の窓３２ａからは
被検出光が入射され、赤外線検出器３０後方の窓３２ｂ
からは励起光が入射される。被検出光はレンズ３８によ
りハーフミラー４２を介して赤外線検出器３０上に集光
する。励起光はレーザ４０から出射され、ミラー４４、
ハーフミラー４２により赤外線検出器３０上に集光され
る。
けられている。赤外線検出器３０前方の窓３２ａからは
被検出光が入射され、赤外線検出器３０後方の窓３２ｂ
からは励起光が入射される。被検出光はレンズ３８によ
りハーフミラー４２を介して赤外線検出器３０上に集光
する。励起光はレーザ４０から出射され、ミラー４４、
ハーフミラー４２により赤外線検出器３０上に集光され
る。
【００３７】赤外線検出器３０を冷却しながら、例え
ば、１００Ｈｚの５ｍｓｅｃのパルス状の励起光をレー
ザ４０から出射しながら、赤外線の被検出光を検出す
る。
ば、１００Ｈｚの５ｍｓｅｃのパルス状の励起光をレー
ザ４０から出射しながら、赤外線の被検出光を検出す
る。
【００３８】以上の通り、本実施形態によれば、各画素
について２つの電極しか必要とせず、しかも、一方の電
極を構造的に共通化することができるので、各画素につ
いてひとつの電極だけを設ければよく、相対的に検出面
積を広くして検出感度を向上することができる。
について２つの電極しか必要とせず、しかも、一方の電
極を構造的に共通化することができるので、各画素につ
いてひとつの電極だけを設ければよく、相対的に検出面
積を広くして検出感度を向上することができる。
【００３９】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる赤外線検出器を図６乃至図８を用いて説明する。図
６は本実施形態の赤外線検出器のエネルギーバンド構造
を示す図であり、図７は本実施形態の赤外線検出器の制
御方法を示す図であり、図８は本実施形態の赤外線検出
器を用いた光検出装置を示す図である。図１乃至図５に
示す第１実施形態における構成要素と同一又は同種の構
成要素には同じ符号を付して説明を省略又は簡略にす
る。
よる赤外線検出器を図６乃至図８を用いて説明する。図
６は本実施形態の赤外線検出器のエネルギーバンド構造
を示す図であり、図７は本実施形態の赤外線検出器の制
御方法を示す図であり、図８は本実施形態の赤外線検出
器を用いた光検出装置を示す図である。図１乃至図５に
示す第１実施形態における構成要素と同一又は同種の構
成要素には同じ符号を付して説明を省略又は簡略にす
る。
【００４０】第１の実施形態では、第２の多重量子井戸
構造１４のＧａＡｓ井戸層１４ｂには不純物がドーピン
グされていたが、本実施形態では、第２の多重量子井戸
構造１４の量子井戸層１４ｂについても不純物をドーピ
ングしていない。ＧａＡｓ井戸層１４ｂの不純物濃度は
約１０12ｃｍ-3程度である。第２の多重量子井戸構造１
４において赤外線を検出するためには約０．７５６μｍ
の波長の励起光が更に必要である。
構造１４のＧａＡｓ井戸層１４ｂには不純物がドーピン
グされていたが、本実施形態では、第２の多重量子井戸
構造１４の量子井戸層１４ｂについても不純物をドーピ
ングしていない。ＧａＡｓ井戸層１４ｂの不純物濃度は
約１０12ｃｍ-3程度である。第２の多重量子井戸構造１
４において赤外線を検出するためには約０．７５６μｍ
の波長の励起光が更に必要である。
【００４１】本実施形態の赤外線検出器の動作原理につ
いて図６及び図７を用いて説明する。
いて図６及び図７を用いて説明する。
【００４２】第１の電極２０と第２の電極２２間に、第
１の電極２０が負電圧となるようなバイアス電圧を印加
する。これにより、図６に示すようなエネルギバンド構
造となる。
１の電極２０が負電圧となるようなバイアス電圧を印加
する。これにより、図６に示すようなエネルギバンド構
造となる。
【００４３】第１の多重量子井戸構造１２の量子井戸層
１２ｂにも、第２の多重量子井戸構造１４の量子井戸層
１４ｂにも不純物がドーピングされていないので、量子
井戸内の基底準位には熱励起による以外の電子は供給さ
れず、価電子帯から基底準位に電子を励起する励起光が
入射されない限り、第１の多重量子井戸構造１２も第２
の多重量子井戸構造１４も赤外線は吸収されずに透過す
る。励起光が入射されれば、所定の赤外線が吸収されて
検出することができる。
１２ｂにも、第２の多重量子井戸構造１４の量子井戸層
１４ｂにも不純物がドーピングされていないので、量子
井戸内の基底準位には熱励起による以外の電子は供給さ
れず、価電子帯から基底準位に電子を励起する励起光が
入射されない限り、第１の多重量子井戸構造１２も第２
の多重量子井戸構造１４も赤外線は吸収されずに透過す
る。励起光が入射されれば、所定の赤外線が吸収されて
検出することができる。
【００４４】したがって、第１の多重量子井戸構造１２
の量子井戸層１２ｂを励起する第１の励起光（波長：約
０．８３９μｍ）と、第２の多重量子井戸構造１４の量
子井戸層１４ｂを励起する第２の励起光（波長：約０．
７５６μｍ）とを交互に照射することにより、第１の多
重量子井戸構造１２と第２の多重量子井戸構造１４によ
り２つの波長の赤外線を検出する。
の量子井戸層１２ｂを励起する第１の励起光（波長：約
０．８３９μｍ）と、第２の多重量子井戸構造１４の量
子井戸層１４ｂを励起する第２の励起光（波長：約０．
７５６μｍ）とを交互に照射することにより、第１の多
重量子井戸構造１２と第２の多重量子井戸構造１４によ
り２つの波長の赤外線を検出する。
【００４５】図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の
励起光と第２の励起光を交互に照射して、図４（ｃ）に
示すようにそのときの光検出電流Ｉを測定する。第１の
多重量子井戸構造１２による光検出電流をＩ1、第２の
多重量子井戸構造１４による光検出電流をＩ2とする
と、励起光を照射しているときの光検出電流Ｉａと、励
起光を照射していないときの光検出電流Ｉｂは、 Ｉａ＝Ｉ1 Ｉｂ＝Ｉ2 となる。
励起光と第２の励起光を交互に照射して、図４（ｃ）に
示すようにそのときの光検出電流Ｉを測定する。第１の
多重量子井戸構造１２による光検出電流をＩ1、第２の
多重量子井戸構造１４による光検出電流をＩ2とする
と、励起光を照射しているときの光検出電流Ｉａと、励
起光を照射していないときの光検出電流Ｉｂは、 Ｉａ＝Ｉ1 Ｉｂ＝Ｉ2 となる。
【００４６】赤外線検出器によりビデオ信号を生成する
ことを考慮すると、ビデオ信号は１秒間３０フレームで
あるから、１フレームの画像を得るためには３３ｍｓｅ
ｃ（ノンインターレース方式）又は１７ｍｓｅｃ（イン
ターレース方式）の時間を必要とする。したがって、赤
外線検出器による撮像時間は約１０ｍｓｅｃ程度取るこ
とができる。２つの波長の光を検出するための時間が１
０ｍｓｅｃであるから、第１の励起光も第２の励起光
も、例えば、１００Ｈｚ、１０ｍｓｅｃの周期で５ｍｓ
ｅｃのパルス光とすればよい。
ことを考慮すると、ビデオ信号は１秒間３０フレームで
あるから、１フレームの画像を得るためには３３ｍｓｅ
ｃ（ノンインターレース方式）又は１７ｍｓｅｃ（イン
ターレース方式）の時間を必要とする。したがって、赤
外線検出器による撮像時間は約１０ｍｓｅｃ程度取るこ
とができる。２つの波長の光を検出するための時間が１
０ｍｓｅｃであるから、第１の励起光も第２の励起光
も、例えば、１００Ｈｚ、１０ｍｓｅｃの周期で５ｍｓ
ｅｃのパルス光とすればよい。
【００４７】本実施形態の赤外線検出器を用いた光検出
装置について図８を用いて説明する。図５に示す光検出
装置と異なるのは、第１の励起光を出射する第１のレー
ザ４０ａと第２の励起光を出射する第２のレーザ４０ｂ
とを設けている点である。例えば、図７（ａ）、（ｂ）
に示すように、第１のレーザ４０ａと第２のレーザ４０
ｂから交互に第１の励起光と第２の励起光を出射する。
装置について図８を用いて説明する。図５に示す光検出
装置と異なるのは、第１の励起光を出射する第１のレー
ザ４０ａと第２の励起光を出射する第２のレーザ４０ｂ
とを設けている点である。例えば、図７（ａ）、（ｂ）
に示すように、第１のレーザ４０ａと第２のレーザ４０
ｂから交互に第１の励起光と第２の励起光を出射する。
【００４８】以上の通り、本実施形態によれば、各画素
について２つの電極しか必要とせず、しかも、一方の電
極を構造的に容易に共通化することができるので、各画
素についてひとつの電極だけを設ければよく、相対的に
検出面積を広くして検出感度を向上することができる。
更に、励起光を照射しない限り、赤外線を検出しないの
で、雑音の少ない高感度で赤外線を検出することができ
る。
について２つの電極しか必要とせず、しかも、一方の電
極を構造的に容易に共通化することができるので、各画
素についてひとつの電極だけを設ければよく、相対的に
検出面積を広くして検出感度を向上することができる。
更に、励起光を照射しない限り、赤外線を検出しないの
で、雑音の少ない高感度で赤外線を検出することができ
る。
【００４９】［第３実施形態］本発明の第３実施形態に
よる赤外線検出器を図９及び図１０を用いて説明する。
図９は本実施形態の赤外線検出器の基本構造を示す断面
図であり、図１０は本実施形態の赤外線検出器の素子構
造の詳細を示す断面図である。図１乃至図５に示す第１
実施形態における構成要素と同一又は同種の構成要素に
は同じ符号を付して説明を省略又は簡略にする。
よる赤外線検出器を図９及び図１０を用いて説明する。
図９は本実施形態の赤外線検出器の基本構造を示す断面
図であり、図１０は本実施形態の赤外線検出器の素子構
造の詳細を示す断面図である。図１乃至図５に示す第１
実施形態における構成要素と同一又は同種の構成要素に
は同じ符号を付して説明を省略又は簡略にする。
【００５０】本実施形態の赤外線検出器における一画素
は図９に示すような基本構造をしている。ＧａＡｓ基板
１０上に第１の量子ドット構造５２が形成されている。
第１の量子ドット構造５２は、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡ
ｓ量子ドット層が交互に積層されて量子ドット構造を形
成している。ＧａＡｓ量子ドットには不純物がドーピン
グされていない。
は図９に示すような基本構造をしている。ＧａＡｓ基板
１０上に第１の量子ドット構造５２が形成されている。
第１の量子ドット構造５２は、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡ
ｓ量子ドット層が交互に積層されて量子ドット構造を形
成している。ＧａＡｓ量子ドットには不純物がドーピン
グされていない。
【００５１】第１の量子ドット構造５２上には、第２の
量子ドット構造５４が形成されている。第２の量子ドッ
ト構造５４は、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ量子ドット層
が交互に積層されて量子ドット構造を形成している。Ｇ
ａＡｓ量子ドットには不純物がドーピングされている。
量子ドット構造５４が形成されている。第２の量子ドッ
ト構造５４は、ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ量子ドット層
が交互に積層されて量子ドット構造を形成している。Ｇ
ａＡｓ量子ドットには不純物がドーピングされている。
【００５２】第１の量子ドット構造５２の下面にコンタ
クトする第１の電極２０が形成され、第２の量子ドット
構造５４の上面にコンタクトする第２の電極２２が形成
されている。第１の量子ドット構造５２と第２の量子ド
ット構造５４の間の面にコンタクトする電極は形成され
ていない。
クトする第１の電極２０が形成され、第２の量子ドット
構造５４の上面にコンタクトする第２の電極２２が形成
されている。第１の量子ドット構造５２と第２の量子ド
ット構造５４の間の面にコンタクトする電極は形成され
ていない。
【００５３】本実施形態の赤外線検出器における素子構
造の詳細を図１０に示す。ＧａＡｓ基板１０上に約２０
０ｎｍ厚のＧａＡｓコンタクト層１１を介して第１の量
子ドット構造５２が形成されている。
造の詳細を図１０に示す。ＧａＡｓ基板１０上に約２０
０ｎｍ厚のＧａＡｓコンタクト層１１を介して第１の量
子ドット構造５２が形成されている。
【００５４】第１の量子ドット構造５２は、約２０ｎｍ
厚のＡｌ0.42Ｇａ0.58Ａｓ層５２ａと、約４ｎｍ径のＧ
ａＡｓ量子ドット５２ｂとが多数個交互に積層されてい
る。ＧａＡｓ量子ドット５２ｂには不純物がドーピング
されていない。ＧａＡｓ量子ドット５２ｂの不純物濃度
は約１０12ｃｍ-3程度である。
厚のＡｌ0.42Ｇａ0.58Ａｓ層５２ａと、約４ｎｍ径のＧ
ａＡｓ量子ドット５２ｂとが多数個交互に積層されてい
る。ＧａＡｓ量子ドット５２ｂには不純物がドーピング
されていない。ＧａＡｓ量子ドット５２ｂの不純物濃度
は約１０12ｃｍ-3程度である。
【００５５】第２の量子ドット構造５４は、約２０ｎｍ
厚のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層５４ａと、約７ｎｍ径のＧ
ａＡｓ量子ドット５４ｂとが多数個交互に積層されてい
る。ＧａＡｓ量子ドット５４ｂには不純物濃度が約１０
17ｃｍ-3〜１０18ｃｍ-3の不純物がドーピングされてい
る。
厚のＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層５４ａと、約７ｎｍ径のＧ
ａＡｓ量子ドット５４ｂとが多数個交互に積層されてい
る。ＧａＡｓ量子ドット５４ｂには不純物濃度が約１０
17ｃｍ-3〜１０18ｃｍ-3の不純物がドーピングされてい
る。
【００５６】第２の量子ドット構造５４上には約２００
ｎｍ厚のＧａＡｓコンタクト層１６が形成されている。
ＧａＡｓコンタクト層１６の上面は金層１８によりコー
ティングされている。これによりＧａＡｓ基板１０側か
ら入射する赤外線の被検出光や励起光は、金層１８によ
り反射されて再び第１及び第２の量子ドット構造５２、
５４を透過するので、赤外線や励起光の効率が増大す
る。
ｎｍ厚のＧａＡｓコンタクト層１６が形成されている。
ＧａＡｓコンタクト層１６の上面は金層１８によりコー
ティングされている。これによりＧａＡｓ基板１０側か
ら入射する赤外線の被検出光や励起光は、金層１８によ
り反射されて再び第１及び第２の量子ドット構造５２、
５４を透過するので、赤外線や励起光の効率が増大す
る。
【００５７】本実施形態では、第１の量子ドット構造５
２の方が、ＡｌＧａＡｓ層５２ａのＡｌ組成が大きく、
ＧａＡｓ量子ドット５２ｂの径が小さいので、量子ドッ
ト内の量子準位が高くなる。
２の方が、ＡｌＧａＡｓ層５２ａのＡｌ組成が大きく、
ＧａＡｓ量子ドット５２ｂの径が小さいので、量子ドッ
ト内の量子準位が高くなる。
【００５８】その結果、第１の量子ドット構造５２で
は、約５μｍの波長の赤外線により量子井戸内の量子準
位間で電子が遷移し、約０．７５μｍの波長の励起光に
より価電子帯から量子化基底準位へ電子が励起されて供
給される。
は、約５μｍの波長の赤外線により量子井戸内の量子準
位間で電子が遷移し、約０．７５μｍの波長の励起光に
より価電子帯から量子化基底準位へ電子が励起されて供
給される。
【００５９】第２の量子ドット構造５２では、約１０μ
ｍの波長の赤外線により量子井戸内の量子準位間で電子
が遷移し、約０．８５μｍの波長の励起光により価電子
帯から量子化基底準位へ電子が励起されて供給される。
なお、本実施形態では第２の量子ドット構造５４のＧａ
Ａｓ量子ドット５４ｂには不純物がドーピングされてい
るので、励起光を入射して量子化基底準位に電子を供給
する必要はない。
ｍの波長の赤外線により量子井戸内の量子準位間で電子
が遷移し、約０．８５μｍの波長の励起光により価電子
帯から量子化基底準位へ電子が励起されて供給される。
なお、本実施形態では第２の量子ドット構造５４のＧａ
Ａｓ量子ドット５４ｂには不純物がドーピングされてい
るので、励起光を入射して量子化基底準位に電子を供給
する必要はない。
【００６０】以上の通り、本実施形態によれば、各画素
について２つの電極しか必要とせず、しかも、一方の電
極を構造的に容易に共通化することができるので、各画
素についてひとつの電極だけを設ければよく、相対的に
検出面積を広くして検出感度を向上することができる。
更に、量子ドットによる量子準位を利用しているので検
出波長の分離感度が高いすぐれた赤外線検出器を実現す
ることができる。
について２つの電極しか必要とせず、しかも、一方の電
極を構造的に容易に共通化することができるので、各画
素についてひとつの電極だけを設ければよく、相対的に
検出面積を広くして検出感度を向上することができる。
更に、量子ドットによる量子準位を利用しているので検
出波長の分離感度が高いすぐれた赤外線検出器を実現す
ることができる。
【００６１】［変形実施形態］本発明は上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態
では２つの量子井戸構造又は量子ドット構造を積層した
が、３つ以上の量子井戸構造又は量子ドット構造を積層
して、更に多くの波長の赤外線を検出するようにしても
よい。
限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態
では２つの量子井戸構造又は量子ドット構造を積層した
が、３つ以上の量子井戸構造又は量子ドット構造を積層
して、更に多くの波長の赤外線を検出するようにしても
よい。
【００６２】また、上記実施形態では赤外線を検出する
赤外線検出器を例として説明したが、赤外線に限らず、
可視光等の他の光を検出するようにしてもよい。
赤外線検出器を例として説明したが、赤外線に限らず、
可視光等の他の光を検出するようにしてもよい。
【００６３】また、上記実施形態における半導体材料、
膜厚、不純物濃度等の数値はあくまで例示であって、本
発明がこれに限定されるものではない。
膜厚、不純物濃度等の数値はあくまで例示であって、本
発明がこれに限定されるものではない。
【００６４】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、不純物が
導入されている第１の量子井戸層を有し、第１の波長の
光を吸収する第１の量子準位を有する第１の量子井戸構
造と、不純物が導入されていない第２の量子井戸層を有
し、前記第１の波長と異なる第２の波長の光を吸収する
第２の量子準位を有する第２の量子井戸構造とを積層す
るようにしたので、必要とする電極面積を減らして、検
出感度を向上させることができる。
導入されている第１の量子井戸層を有し、第１の波長の
光を吸収する第１の量子準位を有する第１の量子井戸構
造と、不純物が導入されていない第２の量子井戸層を有
し、前記第１の波長と異なる第２の波長の光を吸収する
第２の量子準位を有する第２の量子井戸構造とを積層す
るようにしたので、必要とする電極面積を減らして、検
出感度を向上させることができる。
【図１】本発明の第１実施形態による赤外線検出器の基
本構造を示す断面図である。
本構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による赤外線検出器の素
子構造の詳細を示す断面図である。
子構造の詳細を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による赤外線検出器のエ
ネルギーバンド構造を示す図である。
ネルギーバンド構造を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による赤外線検出器の制
御方法を示す図である。
御方法を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態による赤外線検出器を用
いた光検出装置を示す図である。
いた光検出装置を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態による赤外線検出器のエ
ネルギーバンド構造を示す図である。
ネルギーバンド構造を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態による赤外線検出器の制
御方法を示す図である。
御方法を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態による赤外線検出器を用
いた光検出装置を示す図である。
いた光検出装置を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態による赤外線検出器の基
本構造を示す断面図である。
本構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による赤外線検出器の
素子構造の詳細を示す断面図である。
素子構造の詳細を示す断面図である。
【図１１】従来の赤外線検出器の基本構造を示す断面図
である。
である。
１０…ＧａＡｓ基板 １１…ＧａＡｓコンタクト層 １２…第１の多重量子井戸構造 １２ａ…Ａｌ0.42Ｇａ0.58Ａｓ障壁層 １２ｂ…ＧａＡｓ井戸層 １４…第２の多重量子井戸構造 １４ａ…Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ障壁層 １４ｂ…ＧａＡｓ井戸層 １６…ＧａＡｓコンタクト層 １６ａ…溝（グレーティング） １８…金層 ２０…第１の電極 ２２…第２の電極 ３０…赤外線検出器 ３２…真空容器 ３２ａ…窓 ３２ｂ…窓 ３４…テーブル ３６…冷却器 ３８…冷却シールド ４０…レーザ ４０ａ、４０ｂ…レーザ ４２…ハーフミラー ４４…ミラー ５２…第１の量子ドット構造 ５２ａ…Ａｌ0.42Ｇａ0.58Ａｓ層 ５２ｂ…ＧａＡｓ量子ドット ５４…第２の量子ドット構造 ５４ａ…Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層 ５４ｂ…ＧａＡｓ量子ドット １００…半導体基板 １０２…第１の多重量子井戸構造 １０４…第２の多重量子井戸構造 １１０…第１の電極 １１２…第２の電極 １１４…第３の電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F088 AB07 BA01 BA03 BB03 BB06 DA01 EA04 FA09 GA05 LA01 LA09
Claims (6)
- 【請求項１】 不純物が導入されている第１の量子井戸
層を有し、第１の波長の光を吸収する第１の量子準位を
有する第１の量子井戸構造と、 前記第１の量子井戸構造に積層され、不純物が導入され
ていない第２の量子井戸層を有し、前記第１の波長と異
なる第２の波長の光を吸収する第２の量子準位を有する
第２の量子井戸構造とを有することを特徴とする光検出
素子。 - 【請求項２】 不純物が導入されていない第１の量子井
戸層を有し、第１の波長の光を吸収する第１の量子準位
を有する第１の量子井戸構造と、 前記第１の量子井戸構造に積層され、不純物が導入され
ていない第２の量子井戸層を有し、前記第１の波長と異
なる第２の波長の光を吸収する第２の量子準位を有する
第２の量子井戸構造とを有することを特徴とする光検出
素子。 - 【請求項３】 不純物が導入されている第１の量子ドッ
トを有し、第１の波長の光を吸収する第１の量子準位を
有する第１の量子ドット構造と、 前記第１の量子ドット構造に積層され、不純物が導入さ
れていない第２の量子ドットを有し、前記第１の波長と
異なる第２の波長の光を吸収する第２の量子準位を有す
る第２の量子ドット構造とを有することを特徴とする光
検出素子。 - 【請求項４】 不純物が導入されていない第１の量子ド
ットを有し、第１の波長の光を吸収する第１の量子準位
を有する第１の量子ドット構造と、 前記第１の量子ドット構造に積層され、不純物が導入さ
れていない第２の量子ドットを有し、前記第１の波長と
異なる第２の波長の光を吸収する第２の量子準位を有す
る第２の量子ドット構造とを有することを特徴とする光
検出素子。 - 【請求項５】 請求項１又は３記載の光検出素子の制御
方法であって、 前記第２の量子準位にキャリアを発生させる波長の励起
光を入射し、前記励起光の照射に同期して、前記第２の
波長の光を検出することを特徴とする光検出素子の制御
方法。 - 【請求項６】 請求項２又は４記載の光検出素子の制御
方法であって、 前記第１の量子準位にキャリアを発生させる波長の第１
の励起光と、前記第２の量子準位にキャリアを発生させ
る波長の第２の励起光とを入射し、 前記第１の励起光の照射に同期して、前記第１の波長の
光を検出し、前記第２の励起光の照射に同期して、前記
第２の波長の光を検出することを特徴とする光検出素子
の制御方法。
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|---|---|---|---|
| JP11217504A JP2001044453A (ja) | 1999-07-30 | 1999-07-30 | 光検出素子 |
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Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006186183A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Fujitsu Ltd | 量子ドット型赤外線検知器 |
| JP2006216734A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Fujitsu Ltd | 赤外線検知器 |
| JP2007158227A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Fujitsu Ltd | 赤外線検知器及びその製造方法 |
| JP2007266541A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Fujitsu Ltd | 多波長量子井戸型赤外線検知器 |
| JP2007305705A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Fujitsu Ltd | 光検知装置およびその製造方法 |
| JP2008187022A (ja) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Fujitsu Ltd | 赤外線検知器 |
| JP2008205128A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 量子井戸型光検知器及びその製造方法 |
| JP2009521680A (ja) * | 2005-12-21 | 2009-06-04 | シーレイト リミテッド ライアビリティー カンパニー | 多段式波形検出器 |
| JP2009231364A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及び赤外線検出装置 |
| JP2010114381A (ja) * | 2008-11-10 | 2010-05-20 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | 光半導体装置および光検出システム |
| JP2010206074A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | National Institute For Materials Science | 半導体光素子と半導体太陽電池 |
| WO2011018984A1 (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-17 | 国立大学法人千葉大学 | 光電変換装置 |
| JP2011066319A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Fujitsu Ltd | 光検知器及びその製造方法 |
| JP2011223022A (ja) * | 2004-01-20 | 2011-11-04 | Cyrium Technologies Inc | エピタキシャルに成長させた量子ドット材料を有する太陽電池 |
| JP2014063885A (ja) * | 2012-09-21 | 2014-04-10 | Nec Corp | 赤外線検出器 |
| US9018515B2 (en) | 2004-01-20 | 2015-04-28 | Cyrium Technologies Incorporated | Solar cell with epitaxially grown quantum dot material |
| JP2016146390A (ja) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 富士通株式会社 | 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 |
| JP2018190935A (ja) * | 2017-05-11 | 2018-11-29 | シャープ株式会社 | 量子ドット型赤外線検出器 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2820517B1 (fr) * | 2001-02-02 | 2003-05-16 | Cit Alcatel | Absorbant optique saturable et application a la regeneration d'un signal multiplexe en longueur d'onde |
| JP5023419B2 (ja) * | 2001-07-10 | 2012-09-12 | 日本電気株式会社 | 半導体量子ドット・デバイス |
| EP1419519A4 (en) | 2001-07-31 | 2006-12-13 | Univ Illinois | QUANTIC POINT QUANTIC POINT SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING SAME |
| US6773949B2 (en) * | 2001-07-31 | 2004-08-10 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Semiconductor devices and methods |
| US6730910B1 (en) * | 2001-10-31 | 2004-05-04 | The Texas A&M University System | Detecting infrared radiation |
| IL155536A0 (en) * | 2003-04-21 | 2003-11-23 | Yissum Res Dev Co | Voltage tunable integrated infrared imager |
| US6906326B2 (en) * | 2003-07-25 | 2005-06-14 | Bae Systems Information And Elecronic Systems Integration Inc. | Quantum dot infrared photodetector focal plane array |
| US7282777B1 (en) * | 2004-09-27 | 2007-10-16 | California Institute Of Technology | Interband cascade detectors |
| WO2006085361A1 (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-17 | Fujitsu Limited | 発光デバイス及び半導体装置 |
| US7745815B2 (en) * | 2006-01-16 | 2010-06-29 | California Institute Of Technology | Polarization-sensitive quantum well infrared photodetector focal plane array |
| KR100736623B1 (ko) * | 2006-05-08 | 2007-07-09 | 엘지전자 주식회사 | 수직형 발광 소자 및 그 제조방법 |
| WO2008121793A1 (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-09 | The Penn State Research Foundation | Mist fabrication of quantum dot devices |
| TWI396294B (zh) * | 2008-11-12 | 2013-05-11 | Academia Sinica | 量子點紅外線偵測器裝置 |
| US9184202B2 (en) * | 2013-03-15 | 2015-11-10 | Banpil Photonics, Inc. | Broadband image sensor and manufacturing thereof |
| RU2589759C1 (ru) * | 2015-03-10 | 2016-07-10 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "ЦИКЛОН" | Фотоприемник на основе структуры с квантовыми ямами |
| CN113903826A (zh) * | 2020-06-22 | 2022-01-07 | 成都英飞睿技术有限公司 | 双色宽谱段探测器、双色宽谱段探测器阵列及制作方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4894526A (en) | 1987-01-15 | 1990-01-16 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Infrared-radiation detector device |
| US5023685A (en) | 1988-06-06 | 1991-06-11 | Bethea Clyde G | Quantum-well radiation-interactive device, and methods of radiation detection and modulation |
| CA1314614C (en) | 1988-06-06 | 1993-03-16 | Clyde George Bethea | Quantum-well radiation detector |
| JPH02241064A (ja) | 1989-03-15 | 1990-09-25 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
| CA2127596C (en) * | 1993-07-16 | 2003-12-02 | Hui Chun Liu | Multicolour voltage tunable quantum well intersubband infrared photodetector and associated method |
| US5479032A (en) * | 1994-07-21 | 1995-12-26 | Trustees Of Princeton University | Multiwavelength infrared focal plane array detector |
| US5506419A (en) | 1994-11-10 | 1996-04-09 | At&T Corp. | Quantum well photodetector with pseudo-random reflection |
| US6130466A (en) * | 1995-10-17 | 2000-10-10 | Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Semiconductor heterostructure radiation detector having two spectral sensitivity ranges |
| US6281519B1 (en) * | 1997-08-13 | 2001-08-28 | Fujitsu Limited | Quantum semiconductor memory device including quantum dots |
| CA2306212C (en) * | 1997-10-16 | 2004-03-16 | California Institute Of Technology | Dual-band quantum-well infrared sensing array |
| US6271943B1 (en) * | 1998-03-27 | 2001-08-07 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp. | Wavelength demultiplexing stack photodiode detector with electrical isolation layers |
| CA2268997C (en) * | 1998-05-05 | 2005-03-22 | National Research Council Of Canada | Quantum dot infrared photodetectors (qdip) and methods of making the same |
-
1999
- 1999-07-30 JP JP11217504A patent/JP2001044453A/ja not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-06-09 US US09/590,262 patent/US6445000B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9018515B2 (en) | 2004-01-20 | 2015-04-28 | Cyrium Technologies Incorporated | Solar cell with epitaxially grown quantum dot material |
| JP2011223022A (ja) * | 2004-01-20 | 2011-11-04 | Cyrium Technologies Inc | エピタキシャルに成長させた量子ドット材料を有する太陽電池 |
| JP2006186183A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Fujitsu Ltd | 量子ドット型赤外線検知器 |
| JP4669281B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2011-04-13 | 富士通株式会社 | 量子ドット型赤外線検知器 |
| JP4583194B2 (ja) * | 2005-02-03 | 2010-11-17 | 富士通株式会社 | 赤外線検知器 |
| JP2006216734A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Fujitsu Ltd | 赤外線検知器 |
| JP2007158227A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Fujitsu Ltd | 赤外線検知器及びその製造方法 |
| JP2009521680A (ja) * | 2005-12-21 | 2009-06-04 | シーレイト リミテッド ライアビリティー カンパニー | 多段式波形検出器 |
| JP2007266541A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Fujitsu Ltd | 多波長量子井戸型赤外線検知器 |
| JP2007305705A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-22 | Fujitsu Ltd | 光検知装置およびその製造方法 |
| JP2008187022A (ja) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Fujitsu Ltd | 赤外線検知器 |
| JP2008205128A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 量子井戸型光検知器及びその製造方法 |
| JP2009231364A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及び赤外線検出装置 |
| JP2010114381A (ja) * | 2008-11-10 | 2010-05-20 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | 光半導体装置および光検出システム |
| JP2010206074A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | National Institute For Materials Science | 半導体光素子と半導体太陽電池 |
| WO2011018984A1 (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-17 | 国立大学法人千葉大学 | 光電変換装置 |
| JP5424503B2 (ja) * | 2009-08-10 | 2014-02-26 | 国立大学法人 千葉大学 | 光電変換装置 |
| JP2014060432A (ja) * | 2009-08-10 | 2014-04-03 | Chiba Univ | 光電変換装置 |
| JP2011066319A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Fujitsu Ltd | 光検知器及びその製造方法 |
| JP2014063885A (ja) * | 2012-09-21 | 2014-04-10 | Nec Corp | 赤外線検出器 |
| JP2016146390A (ja) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 富士通株式会社 | 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 |
| JP2018190935A (ja) * | 2017-05-11 | 2018-11-29 | シャープ株式会社 | 量子ドット型赤外線検出器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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