JP2015015346A - 量子井戸型光検知器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】量子井戸型光検知器を、より高い感度を持つものとし、その性能を向上させる。
【解決手段】量子井戸型光検知器を、複数の中間層７と中間層よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層８とを交互に積層した量子井戸活性層２を備えるものとし、複数の井戸層を、中間層で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する第１井戸層８Ｘを含むものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、量子井戸型光検知器及びその製造方法に関する。

従来、例えば量子井戸型赤外線検知器などの量子井戸型光検知器がある。

特開平５−１４５１０５号公報

しかしながら、量子井戸型光検知器の性能は十分でない。
この量子井戸型光検知器の性能は、その感度に強く依存する。
そこで、量子井戸型光検知器を、より高い感度を持つものとし、その性能を向上させたい。

本量子井戸型光検知器は、複数の中間層と中間層よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層とを交互に積層した量子井戸活性層を備え、複数の井戸層は、中間層で埋め込まれた埋込部分を有する第１井戸層を含むことを要件とする。
本量子井戸型光検知器の製造方法は、複数の中間層と中間層よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層とを交互に積層して量子井戸活性層を形成する工程を含み、量子井戸活性層を形成する工程は、一の中間層上に複数の量子ドットを形成し、複数の量子ドットの間に一の井戸層を形成し、複数の量子ドットを除去し、一の井戸層上に、複数の量子ドットが除去された部分が埋め込まれるように、他の中間層を形成する、各工程を含むことを要件とする。

したがって、本量子井戸型光検知器及びその製造方法によれば、より高い感度を持つものを実現でき、性能を向上させることができるという利点がある。

本実施形態にかかる量子井戸型光検知器の構成を示す模式図である。 本実施形態にかかる量子井戸型光検知器に備えられる量子井戸活性層の構成を示す模式的断面図である。 被覆率ｋと感度の増加率Ｒ′／Ｒとの関係の一例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器の製造方法に含まれる量子井戸活性層の形成工程の一例を説明するための模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器の製造方法に含まれる量子井戸活性層の形成工程の他の例を説明するための模式的断面図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。
本実施形態では、量子井戸型光検知器として、例えば、赤外線の検知を目的とし、サブバンド間遷移を利用して、赤外線の入射量に応じて光電流を発生する量子井戸型赤外線検知器（Quantum Well Infrared Photodetector；ＱＷＩＰ）を例に挙げて説明する。

本実施形態にかかる量子井戸型赤外線検知器は、図１に示すように、基板１上に、光に対して活性な半導体材料からなる活性層２と、この活性層２を挟む上部及び下部コンタクト層３，４とを含む赤外線検知素子５と、これに接続された外部回路６とを備える。ここでは、基板１は半絶縁性半導体基板である。また、上部及び下部コンタクト層３，４は導電性半導体層である。

なお、活性層２を活性領域ともいう。また、活性層２は、光を吸収する層であるため、光吸収層ともいう。また、活性層２は、光電変換が行なわれる層であるため、光電変換層ともいう。また、コンタクト層３，４を、電極層又はコンタクト領域ともいう。また、赤外線検知素子５を、光検知素子、検知器素子、受光素子、光半導体素子、あるいは、感知部ともいう。また、赤外線検知素子５は、入射される光（ここでは赤外線）に応じて抵抗値が変化する抵抗体と見ることができるため、光伝導体型素子ともいう。

本実施形態では、赤外線検知素子５は、図２に示すように、活性層２として、複数の中間層７と中間層７よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層８とを交互に積層した量子井戸活性層を備える。この量子井戸活性層２は、半導体材料からなる中間層７と、中間層７よりもバンドギャップが小さい半導体材料からなる井戸層８とを交互に積層させてなる積層体であって、量子井戸構造を有する。なお、なお、量子井戸活性層２を多重量子井戸活性層ともいう。また、中間層７を障壁層又はバリア層ともいう。

特に、本実施形態では、より高い感度を持つものとすべく、井戸層８を、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８Ｘ（第１井戸層）としている。このように、井戸層８に、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを設けることで、自由電子（自由キャリア）の量子井戸への捕獲（再捕獲）を緩和し、高感度を実現することができる。なお、このような井戸層８を用いることによって感度が高くなることについては後述する。

ここで、井戸層８の中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａでは、井戸層８に開口部（穴；貫通穴）８Ｂが設けられており、この開口部８Ｂが中間層７で埋め込まれている。つまり、開口部８Ｂを有する井戸層８を用い、この開口部８Ｂを中間層７で埋め込むことで、井戸層８の面内（層内）の一部に、井戸層８が形成されていない部分、即ち、量子井戸が形成されていない部分を設けて、自由電子（自由キャリア）の量子井戸への捕獲を緩和し、高感度を実現できるようにしている。この場合、井戸層８の中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａは、井戸層８の面内（層内）で、井戸層８が形成されていない部分、即ち、量子井戸が形成されていない部分である。

本実施形態では、井戸層８に複数の開口部８Ｂが設けられており、これらの複数の開口部８Ｂのそれぞれが中間層７で埋め込まれている。また、本実施形態では、複数の開口部８Ｂは、井戸層８の面内にランダムに（不規則に）設けられている。このため、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａは、井戸層８の面内にランダムに設けられている。このような井戸層８は、後述の量子ドットの形成及び除去を利用して形成することができるし、後述のフォトリソグラフィ及びエッチングなどによってパターニングする方法によって形成することもできる。

なお、本実施形態では、井戸層８に複数の開口部８Ｂを設け、これらの複数の開口部８Ｂのそれぞれが中間層７で埋め込まれるようにしているが、これに限られるものではなく、一の中間層７上に部分的に井戸層８を設け、一の中間層７上の井戸層８が設けられていない部分（開口部）を他の中間層７で埋め込むようにしても良い。このように、井戸層８の中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａは、井戸層８が設けられていない部分を中間層７で埋め込んだ部分であれば良い。なお、井戸層８が設けられていない部分の形状やパターンは任意に決めることが可能である。例えば、一の中間層７上の一方の側に井戸層８が設けられ、他方の側に井戸層８が設けられない場合であっても、他方の側の井戸層８が設けられていない部分を、井戸層８に設けられた開口部という。また、一の中間層７上に部分的に薄くなるように井戸層８を設け、一の中間層７上に井戸層８が部分的に薄く設けられている部分を他の中間層７で埋め込むようにしても良い。この場合、井戸層８の中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａは、井戸層８が薄く設けられている部分を中間層７で埋め込んだ部分となる。このような井戸層８は、後述のフォトリソグラフィ及びエッチングなどによってパターニングする方法によって形成することができる。

また、本実施形態では、複数の開口部８Ｂは井戸層８の面内にランダムに設けられており、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａは井戸層８の面内にランダムに設けられているが、これに限られるものではなく、複数の開口部８Ｂは井戸層８の面内に規則的に設けられ、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａは井戸層８の面内に規則的に設けられるようにしても良い。このような井戸層８は、後述のフォトリソグラフィ及びエッチングなどによってパターニングする方法によって形成することができる。

さらに、本実施形態では、複数の井戸層８の全てを、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８Ｘとしている。この場合、複数の井戸層８は、互いに異なる位置に埋込部分８Ａを有するものとするのが好ましい。これにより、一の井戸層８の束縛から脱した自由電子が他の井戸層８に、より捕獲されにくくすることができる。
なお、本実施形態では、複数の井戸層８の全てを、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８Ｘ（第１井戸層）としているが、これに限られるものではなく、複数の井戸層８を、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８Ｘ（第１井戸層）を含むものとすれば良い。つまり、複数の井戸層８を、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８Ｘを少なくとも１層含むものとすれば良い。また、複数の井戸層８を、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８Ｘを複数含むものとする場合には、それらの複数の井戸層８Ｘは、互いに異なる位置に埋込部分８Ａを有するものとするのが好ましい。また、複数の井戸層８のうち最も陰極側の井戸層８Ｙ（即ち、電流が流れる方向の最も上流側に位置する井戸層）は、埋込部分８Ａを有しない井戸層（第２井戸層；即ち、中間層７上の全面に形成された井戸層）としても良い。つまり、複数の井戸層８を、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８Ｘ（第１井戸層）を含み、さらに、最も陰極側に、埋込部分８Ａを有しない井戸層（第２井戸層）を含むものとしても良い。

具体的には、赤外線検知素子５は、図１に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４、アンドープＡｌＧａＡｓ中間層７とｎ型ＧａＡｓ井戸層８とを交互に積層させた量子井戸活性層２、上部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３を積層した構造になっている。つまり、ｎ型ＧａＡｓ井戸層８をアンドープＡｌＧａＡｓ中間層７で挟んで量子井戸活性層２が形成されており、この量子井戸活性層２を挟んでｎ型ＧａＡｓコンタクト層３，４が設けられている。なお、複数の赤外線検知素子５を２次元アレイ状に配置して、赤外線検知素子アレイを構成しても良い。この場合、各赤外線検知素子５は、素子分離されて、各画素を構成することになる。

特に、感度を高くするために、ｎ型ＧａＡｓ井戸層８に複数の開口部８Ｂ（穴；貫通穴）を設け、これらの複数の開口部８ＢをアンドープＡｌＧａＡｓ中間層７で埋め込んで、ｎ型ＧａＡｓ井戸層８を、アンドープＡｌＧａＡｓ中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有するものとしている。
ここでは、アンドープＡｌＧａＡｓ中間層７は、例えばＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓ中間層である。

また、上部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３及び下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４には、それぞれ、例えばＡｕＧｅ／Ａｕからなる上部電極（金属電極；ここでは陽極）９及び下部電極（金属電極；ここでは陰極）１０が取り付けられている。
なお、上部電極９及び下部電極１０を電流引出用電極ともいう。また、上部電極９及び下部電極１０は、赤外線検知素子５を駆動するとともに、活性層２に赤外線が入射し、これに応じて生じた光電流を読み出すために用いられるものであるため、駆動電極又は駆動・読出用電極ともいう。

また、光学結合用の回折格子（ｉ−ＧａＡｓ回折格子）１３が、上部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３と上部電極９との間に設けられている。
さらに、上部電極９及び下部電極１０には、赤外線検知素子５を駆動する機能と、赤外線検知素子５に流れる光電流を読み出す機能とを有する外部回路６が接続されている。
ここで、外部回路６は、上部電極９と下部電極１０との間にバイアス電圧を印加し、赤外線検知素子５を駆動する電源１１と、赤外線検知素子５に流れる光電流を検出する電流検出器１２とによって構成されている。ここでは、電源１１は定電圧源である。

なお、電流検出器１２は、光電流を検出するものであれば良く、例えば電圧によって光電流を検出するものであっても良い。また、電源１１を駆動電源又は電源回路ともいう。また、電流検出器１２を電流検出回路ともいう。
そして、電源１１から供給されるバイアス電圧によって上部電極９と下部電極１０との間に電位差を与えておき、これらの電極間に流れる光電流を電流検出器１２によって検出することができるようになっている。

これにより、赤外線入射時の電流変化、即ち、活性層２に赤外線が入射し、光電流が生じることによる電流変化を検出することで、赤外線を検知することができるようになっている。
なお、複数の赤外線検知素子５を２次元アレイ状に配置して赤外線検知素子アレイを構成する場合、赤外線検知素子アレイにバンプを介して接続される信号処理回路アレイが、外部回路６を含むことになる。

このように構成される量子井戸型赤外線検知器では、活性層２に光が入射すると、量子井戸の束縛準位に束縛されている電子（又は正孔；キャリア）が入射光を吸収して励起され、サブバンド間遷移することで、量子井戸の束縛から脱し、自由電子となる。そして、量子井戸の束縛から脱した自由電子は、上部電極９と下部電極１０との間に電圧を印加することによって、即ち、上部電極９と下部電極１０との間の電位差によって、一方の電極に集められ、光電流が生じる。この赤外線検知素子５を流れる電流の変化を読み出すことによって、光信号を検出することができる。つまり、赤外線検知素子５を流れる電流量を電流検出器１２によって検出することによって、光を検知することができる。

以下、上述のように、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８（８Ｘ）を用いることによって感度が高くなることについて説明する。
ここでは、量子井戸型光検知器に備えられる活性層に単位時間単位面積当たりΦの光入射がある状況を考える。
この条件下で、自由キャリア密度をｎ、自由キャリアの平均速度をｖ、全ての井戸層で光吸収して励起される電子の単位時間当たりの量をＧ、活性層中の井戸層の数をＮ、活性層の体積をＶ、時刻をｔ、自由キャリアが井戸層を横断する際の捕獲確率をｐとすると、定常状態で、次式（１）が成り立つ。

上記式（１）は、単位時間当たりの光励起量と量子井戸による捕獲量のつり合いを表している。そして、光電流密度の大きさは、素電荷をｅとして、Ｊ＝ｅｎｖと書けるから、上記式（１）は次式（２）となる。

また、吸収係数α、厚さｄの光吸収媒質に対して光量Φが入射したとき、吸収される光量は、次式（３）のように書ける。

そして、量子井戸型光検知器では光吸収は井戸層で起こり、その総量がＧであるため、井戸層の吸収係数をα、実効的な厚さをｄとして、光電流密度Ｊは、次式（４）のように書ける。

ここで、量子井戸型光検知器の感度は、これに入射する光量と光電流の比として定義されるため、感度Ｒは、次式（５）となる。

次に、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８を用いた量子井戸型光検知器について考える。
中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有すると、この埋込部分８Ａは光吸収や自由キャリアの捕獲に寄与しない。
このため、井戸層８のうち中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａ以外の井戸層８が存在する部分の割合、即ち、井戸層８が中間層７を被覆している割合（被覆率）をｋとすると、吸収係数はｋαに、自由キャリアの捕獲確率はｋｐとなる。

この場合、感度は、次式（６）となる。

通常の井戸層、即ち、中間層上の全面に形成されている井戸層を用いた場合の感度との比（感度の増加率）Ｒ′／Ｒは、次式（７）となる。

ここで、図３は、αｄが０．７である場合（吸収効率約５０％に相当）のｋと感度の増加率Ｒ′／Ｒの関係を示している。
図３に示すように、Ｒ′／Ｒは０＜ｋ＜１の範囲で１より大きくなるから、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８を用いることで量子井戸型光検知器の感度を高くすることができる。

なお、この計算では、図３中、破線で示すように、ｋが小さくなるほどＲ′／Ｒが大きくなる結果が得られるが、実際には、ｋがある程度以上小さくなると、Ｒ′／Ｒ、即ち、中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８を用いた場合の感度は低下する。これは、井戸層で光吸収が発生するには、井戸層に束縛されたキャリアが存在する必要があるためである。ｋを小さくして井戸層のある領域が少なくなるにつれて井戸層に束縛されたキャリアも減少する。入射光の吸収に十分な束縛キャリア量を確保できなくなると十分な光吸収が発生しなくなり、感度が低下する。このため、上述のように中間層７で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８を用いる場合、束縛キャリア量が確保できなくならないようにｋを設定することになる。

次に、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器の製造方法（ここでは量子井戸型赤外線検知器の製造方法）について、図４（Ａ）〜図４（Ｅ）を参照しながら説明する。
つまり、まず、例えば分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法によって、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、例えば基板温度約６００℃で、下部コンタクト層として下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４を形成する（図１参照）。ここで、下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４の厚さは例えば約１０００ｎｍとし、ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、その濃度は例えば約２×１０^１８／ｃｍ^３とする。

次に、下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４上に、複数の中間層７と中間層７よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層８とを交互に積層して量子井戸活性層２を形成する（図１参照）。
ここでは、まず、下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４上に、図４（Ａ）に示すように、中間層７として、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ａを形成する。ここで、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ａは、Ａｌ組成ｘを例えば約０．２５とし、厚さは例えば約４０ｎｍとする。

次に、基板温度を約６００℃から約５００℃に低下させた後、図４（Ｂ）に示すように、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ａ上に複数のＩｎＡｓ量子ドット２０を形成する。ここで、成長速度を例えば約０．１ＭＬ／ｓとして、ＩｎＡｓを約２．３ＭＬ分供給する。ある程度の量を供給することによってＩｎＡｓに加わる圧縮歪が増し、ＩｎＡｓが３次元成長して、複数のＩｎＡｓ量子ドット２０が形成される（自己形成法）。

次に、図４（Ｃ）に示すように、複数のＩｎＡｓ量子ドット２０の間に、井戸層８として、ｎ型ＧａＡｓ井戸層を形成する。この際、ｎ型ＧａＡｓ井戸層８の厚さはＩｎＡｓ量子ドット２０が完全には埋まらない程度とする。ここで、ｎ型ＧａＡｓ井戸層８の厚さは例えば約４．５ｎｍとし、ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、その濃度は例えば約４×１０^１７／ｃｍ^３とする。

次に、図４（Ｄ）に示すように、複数のＩｎＡｓ量子ドット２０を除去する。ここでは、基板温度を約５００℃から約６００℃まで上昇させることで複数のＩｎＡｓ量子ドット２０を加熱して蒸発させる。つまり、完全には埋まっていない複数のＩｎＡｓ量子ドット２０を熱によって分解、遊離させる。これにより、複数のＩｎＡｓ量子ドット２０が除去され、この部分に開口部８Ｂ（穴；空孔）が形成される。つまり、ｎ型ＧａＡｓ井戸層８に複数の開口部８Ｂ（穴）が形成される。

次に、図４（Ｅ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ井戸層８上に、複数のＩｎＡｓ量子ドット２０が除去された部分（複数の開口部８Ｂ）が埋め込まれるように、中間層７として、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ｂを形成する。ここで、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ｂは、Ａｌ組成ｘを例えば約０．２５とし、厚さは例えば約４０ｎｍとする。これにより、中間層７（７Ｂ）で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８が形成される。

以後、同様の工程を複数回（例えば９回）繰り返す。つまり、上述のｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７（７Ａ，７Ｂ）を形成する工程と、複数の開口部８Ｂを有するｎ型ＧａＡｓ井戸層８を形成する工程とを交互に繰り返す。
このようにして、下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４上に、複数のｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７と複数のｎ型ＧａＡｓ井戸層８とを交互に積層して量子井戸活性層２を形成する（図１参照）。

次に、最上層のｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７上に、例えば基板温度６００℃で、上部コンタクト層となる上部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３を形成する。ここで、上部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３の厚さは例えば約１０００ｎｍとし、ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、その濃度は例えば約２×１０^１８／ｃｍ^３とする。
その後、光学結合用の回折格子１３を形成するためのｉ−ＧａＡｓ層（例えば厚さ約８００ｎｍ）を形成した後、例えばリソグラフィー、ドライエッチング、金属蒸着法などによって、回折格子１３の形成、下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４までの掘削、上部及び下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３，４上への上部及び下部電極９，１０（例えばＡｕＧｅ／Ａｕ電極）の形成を行なう（図１参照）。

なお、複数の赤外線検知素子５を２次元アレイ状に配置した赤外線検知素子アレイを形成する場合には、複数の赤外線検知素子５（画素）が形成されるように素子分離溝を形成することになる。
そして、上述のようにして作製した赤外線検知素子５に設けられた上部電極９及び下部電極１０に、外部回路６、即ち、駆動電源１１及び電流検出器１２を接続する。これにより、量子井戸型赤外線検知（量子井戸型光検知器）が完成する。ここでは、下部電極１０が陰極、上部電極９が陽極となるようにこれらの電極９，１０間に電位差を加えておき、その間に流れる電流を電流検出器１２によって検出することで、光入射時の電流変化を観測することができ、光検知器として機能させることができる。

したがって、本実施形態にかかる量子井戸型光検知器及びその製造方法によれば、より高い感度を持つものを実現でき、性能を向上させることができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、量子井戸活性層２を構成する中間層７を、ＡｌＧａＡｓを含む化合物半導体によって形成し、井戸層８を、ＧａＡｓを含む化合物半導体によって形成する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、量子井戸活性層２を構成する中間層７を、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓを含む化合物半導体によって形成し、井戸層８を、ＩｎＧａＡｓを含む化合物半導体によって形成するようにしても良い。

また、上述の実施形態では、ＩｎＡｓ量子ドット２０の形成及び除去を利用して、複数の開口部８Ｂを有する井戸層８を備える量子井戸活性層２を形成する工程を含む量子井戸型赤外線検知器の製造方法を例に挙げて説明しているが、量子井戸活性層２の形成工程は、これに限られるものではなく、例えば、以下のようにしても良い。
つまり、図５（Ａ）に示すように、まず、例えば分子線エピタキシー法又は化学気相成長法などによって、下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４上に、中間層７として、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ａを形成する。ここで、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ａは、Ａｌ組成ｘを例えば約０．３とし、厚さは例えば約２５ｎｍとする。

次に、図５（Ｂ）に示すように、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ａ上に、井戸層８として、ｎ型Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ井戸層を形成する。ここで、ｎ型Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ井戸層８は、Ｉｎ組成ｙを例えば約０．３とし、厚さは例えば２．５ｎｍとする。
次に、図５（Ｃ）〜図５（Ｅ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ及びエッチング技術によって、レジスト２１を塗布し、パターニングした後、これをマスクとして用いて、ｎ型Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ井戸層８を部分的に除去する。なお、除去する領域は、ランダムにパターニングすることもできるし、規則的にパターニングすることもできるが、ｎ型Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ井戸層８を部分的に除去すれば良い。これにより、ｎ型Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ井戸層８に部分的に開口部８Ｂが形成される。

次に、図５（Ｆ）に示すように、ｎ型Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ井戸層８上に、開口部８Ｂが埋め込まれるように、中間層７として、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ｂを形成する。ここで、ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７Ｂは、Ａｌ組成ｘを例えば約０．３とし、厚さは例えば約２５ｎｍとする。これにより、中間層７（７Ｂ）で埋め込まれた埋込部分８Ａを有する井戸層８が形成される。

以後、同様の工程を複数回（例えば９回）繰り返す。つまり、上述のｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７（７Ａ，７Ｂ）を形成する工程と、開口部８Ｂを有するｎ型Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ井戸層８を形成する工程とを交互に繰り返す。
このようにして、下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４上に、複数のｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層７と複数のｎ型ＧａＡｓ井戸層８とを交互に積層して量子井戸活性層２を形成する（図１参照）。

なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
複数の中間層と前記中間層よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層とを交互に積層した量子井戸活性層を備え、
前記複数の井戸層は、前記中間層で埋め込まれた埋込部分を有する第１井戸層を含むことを特徴とする量子井戸型光検知器。

（付記２）
前記複数の井戸層は、前記第１井戸層を複数含み、
前記複数の第１井戸層は、互いに異なる位置に前記埋込部分を有することを特徴とする、付記１に記載の量子井戸型光検知器。
（付記３）
前記複数の井戸層は、最も陰極側に、前記埋込部分を有しない第２井戸層を含むことを特徴とする、付記１又は２に記載の量子井戸型光検知器。

（付記４）
前記中間層は、ＡｌＧａＡｓを含み、
前記井戸層は、ＧａＡｓを含むことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の量子井戸型光検知器。
（付記５）
前記中間層は、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓを含み、
前記井戸層は、ＩｎＧａＡｓを含むことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の量子井戸型光検知器。

（付記６）
複数の中間層と前記中間層よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層とを交互に積層して量子井戸活性層を形成する工程を含み、
前記量子井戸活性層を形成する工程は、
一の中間層上に複数の量子ドットを形成し、
前記複数の量子ドットの間に一の井戸層を形成し、
前記複数の量子ドットを除去し、
前記一の井戸層上に、前記複数の量子ドットが除去された部分が埋め込まれるように、他の中間層を形成する、各工程を含むことを特徴とする量子井戸型光検知器の製造方法。

１ 基板（半絶縁性ＧａＡｓ基板）
２ 活性層（量子井戸活性層）
３ 上部コンタクト層（上部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層）
４ 下部コンタクト層（下部ｎ型ＧａＡｓコンタクト層）
５ 赤外線検知素子
６ 外部回路
７，７Ａ，７Ｂ 中間層（アンドープＡｌＧａＡｓ中間層；ｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ中間層）
８ 井戸層（ｎ型ＧａＡｓ井戸層）
８Ａ 中間層で埋め込まれた埋込部分
８Ｂ 開口部
８Ｘ 中間層で埋め込まれた埋込部分を有する井戸層（第１井戸層）
８Ｙ 最も陰極側の井戸層（第２井戸層）
９ 上部電極（金属電極；陽極）
１０ 下部電極（金属電極；陰極）
１１ 電源
１２ 電流検出器
１３ 光学結合用回折格子（ｉ−ＧａＡｓ回折格子）
２０ 量子ドット（ＩｎＡｓ量子ドット）
２１ レジスト

Claims (5)

1. 複数の中間層と前記中間層よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層とを交互に積層した量子井戸活性層を備え、
   前記複数の井戸層は、前記中間層で埋め込まれた埋込部分を有する第１井戸層を含むことを特徴とする量子井戸型光検知器。
2. 前記複数の井戸層は、前記第１井戸層を複数含み、
   前記複数の第１井戸層は、互いに異なる位置に前記埋込部分を有することを特徴とする、請求項１に記載の量子井戸型光検知器。
3. 前記中間層は、ＡｌＧａＡｓを含み、
   前記井戸層は、ＧａＡｓを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の量子井戸型光検知器。
4. 前記中間層は、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓを含み、
   前記井戸層は、ＩｎＧａＡｓを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の量子井戸型光検知器。
5. 複数の中間層と前記中間層よりもバンドギャップが小さい複数の井戸層とを交互に積層して量子井戸活性層を形成する工程を含み、
   前記量子井戸活性層を形成する工程は、
   一の中間層上に複数の量子ドットを形成し、
   前記複数の量子ドットの間に一の井戸層を形成し、
   前記複数の量子ドットを除去し、
   前記一の井戸層上に、前記複数の量子ドットが除去された部分が埋め込まれるように、他の中間層を形成する、各工程を含むことを特徴とする量子井戸型光検知器の製造方法。

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