JP6402543B2 - Optical sensor, optical semiconductor element, and optical imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、光センサ、光半導体素子及び光撮像装置に関する。   The present invention relates to an optical sensor, an optical semiconductor element, and an optical imaging device.

従来、光を受光して電気信号に変換する光半導体素子がアレイ状に配置された光センサが用いられている。   Conventionally, an optical sensor is used in which optical semiconductor elements that receive light and convert it into an electrical signal are arranged in an array.

図１は、従来例の光センサを示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional optical sensor.

光センサ１００は、所定の波長を有する光を受光して電気信号を生成する複数の光半導体素子１０を備え、複数の光半導体素子１０がアレイ状に配置されている。   The optical sensor 100 includes a plurality of optical semiconductor elements 10 that receive light having a predetermined wavelength and generate electrical signals, and the plurality of optical semiconductor elements 10 are arranged in an array.

光センサ１００は、基板１１と、基板１１上に配置されるバッファ層１２と、バッファ層１２上に配置されるコンタクト層１３ａを備える。基板１１と、バッファ層１２と、コンタクト層１３ａは、各光半導体素子１０に対して共通である。   The optical sensor 100 includes a substrate 11, a buffer layer 12 disposed on the substrate 11, and a contact layer 13 a disposed on the buffer layer 12. The substrate 11, the buffer layer 12, and the contact layer 13 a are common to each optical semiconductor element 10.

光半導体素子１０は、コンタクト層１３ａ上に配置される中間層１４と、中間層１４上に配置される第１障壁層１５と、第１障壁層１５上に配置される量子ドット層１７と、量子ドット層１７上に配置される第３障壁層１９を備える。量子ドット層１７のキャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさは、第１障壁層１５及び第３障壁層１９よりも小さい。中間層１４のキャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさは、第１障壁層１５及び第３障壁層１９よりも小さく且つ量子ドット１６よりも大きい。   The optical semiconductor element 10 includes an intermediate layer 14 disposed on the contact layer 13a, a first barrier layer 15 disposed on the intermediate layer 14, a quantum dot layer 17 disposed on the first barrier layer 15, A third barrier layer 19 is provided on the quantum dot layer 17. The magnitude of potential energy for carriers in the quantum dot layer 17 is smaller than that of the first barrier layer 15 and the third barrier layer 19. The magnitude of potential energy for carriers in the intermediate layer 14 is smaller than that of the first barrier layer 15 and the third barrier layer 19 and larger than that of the quantum dots 16.

光センサ１００は、第１障壁層１５と、量子ドット層１７と、第３障壁層１９と、中間層１４が積層された積層部を複数備える。   The optical sensor 100 includes a plurality of stacked portions in which the first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, and the intermediate layer 14 are stacked.

最も上方に位置する中間層１４上にはコンタクト層１３ｂが配置される。   A contact layer 13b is disposed on the uppermost intermediate layer.

コンタクト層１３ａ及びコンタクト層１３ｂ上それぞれには、電極２０ａ、２０ｂが配置される。   Electrodes 20a and 20b are disposed on the contact layer 13a and the contact layer 13b, respectively.

光半導体素子１０は、量子ドット１６が、量子ドット１６のキャリアに対するポテンシャルエネルギーよりも大きなポテンシャルエネルギーを有する第１障壁層１５及び第３障壁層１９に囲まれている。そのため、光エネルギーを受けて生成されたキャリアに対する量子閉じ込め効果が改善されており、感度に優れて光応答特性を有する。   In the optical semiconductor element 10, the quantum dots 16 are surrounded by a first barrier layer 15 and a third barrier layer 19 having potential energy larger than the potential energy with respect to the carriers of the quantum dots 16. Therefore, the quantum confinement effect with respect to the carrier generated upon receiving light energy is improved, and it has excellent sensitivity and photoresponse characteristics.

特開２０１２−１９５３３３号公報JP 2012-195333 A 特開２０１３−０２１３７７号公報JP 2013-021377 A 特開２００９−６５１４１号公報JP 2009-65141 A

各光半導体素子の特性が同じであることが求められる。
各光半導体素子は、同一の波長で同一の光強度の光を受光した時、同一の電気信号を発生することが求められている。このような同一の光応答特性を有する光半導体素子がアレイ状に配置された光センサを用いることにより、解像度の良好な画像を得ることが期待される。 Each optical semiconductor element is required to have the same characteristics.
Each optical semiconductor element is required to generate the same electrical signal when receiving light having the same wavelength and the same light intensity. By using an optical sensor in which optical semiconductor elements having the same optical response characteristics are arranged in an array, it is expected to obtain an image with good resolution.

そこで、本明細書は、光応答特性が均一な光半導体素子がアレイ状に配置された光センサを提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present specification is to provide an optical sensor in which optical semiconductor elements having uniform optical response characteristics are arranged in an array.

また、本明細書は、そのような光センサのための光半導体素子を提供することを課題とする。   Moreover, this specification makes it a subject to provide the optical semiconductor element for such an optical sensor.

更に、本明細書は、光応答特性が均一な光半導体素子がアレイ状に配置された光センサを備える光撮像装置を提供することを課題とする。   Furthermore, this specification makes it a subject to provide an optical imaging device provided with the optical sensor by which the optical-semiconductor element with a uniform optical response characteristic is arrange | positioned at array form.

本明細書に開示する光センサの一形態によれば、第１障壁層と、上記第１障壁層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、上記第１障壁層よりも小さい複数の量子ドットを有する量子ドット層と、上記量子ドット層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、上記第１障壁層よりも小さく且つ上記量子ドットよりも大きい中間層と、上記中間層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが上記中間層よりも大きい第２障壁層と、を有する複数の光半導体素子が、配置されたアレイを備え、上記アレイ内において、各上記光半導体素子の上記第２障壁層の厚さの変化と、上記第１障壁層の厚さの変化とが対応している。   According to one mode of the optical sensor disclosed in the present specification, a plurality of first barrier layers and a plurality of potential energy with respect to carriers that are disposed on the first barrier layer are smaller than those of the first barrier layer. A quantum dot layer having quantum dots; an intermediate layer disposed on the quantum dot layer, wherein the potential energy for carriers is smaller than the first barrier layer and larger than the quantum dots; and on the intermediate layer A plurality of optical semiconductor elements each having a second barrier layer having a potential energy with respect to carriers larger than that of the intermediate layer, wherein the optical semiconductor elements are arranged in the array. The change in the thickness of the second barrier layer corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer.

また、本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、第１障壁層と、上記第１障壁層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、上記第１障壁層よりも小さい複数の量子ドットを有する量子ドット層と、上記量子ドット層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、上記第１障壁層よりも小さく且つ上記量子ドットよりも大きい中間層と、上記中間層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが上記中間層よりも大きい第２障壁層と、を有し、上記第２障壁層の厚さの変化と、上記第１障壁層の厚さの変化とが対応している。   Further, according to one mode of the optical semiconductor element disclosed in this specification, the first barrier layer and the first barrier layer are disposed on the first barrier layer, and the magnitude of potential energy with respect to carriers is higher than that of the first barrier layer. A quantum dot layer having a plurality of small quantum dots, an intermediate layer disposed on the quantum dot layer, the potential energy for carriers being smaller than the first barrier layer and larger than the quantum dots, and A second barrier layer disposed on the intermediate layer and having a larger potential energy with respect to carriers than the intermediate layer, a change in thickness of the second barrier layer, and a thickness of the first barrier layer This change corresponds to the change.

更に、本明細書に開示する光撮像装置の一形態によれば、第１障壁層と、上記第１障壁層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、上記第１障壁層よりも小さい複数の量子ドットを有する量子ドット層と、上記量子ドット層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、上記第１障壁層よりも小さく且つ上記量子ドットよりも大きい中間層と、上記中間層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが上記中間層よりも大きい第２障壁層と、を有する複数の光半導体素子が配置されたアレイを備え、上記アレイ内において、各上記光半導体素子の上記第２障壁層の厚さの変化と、上記第１障壁層の厚さの変化とが対応している、光センサと、各光半導体素子が出力する電気信号を読み出す読み出し部と、を備える。   Furthermore, according to one mode of the optical imaging device disclosed in the present specification, the first barrier layer and the first barrier layer are disposed on the first barrier layer, and the magnitude of potential energy with respect to carriers is higher than that of the first barrier layer. A quantum dot layer having a plurality of small quantum dots, an intermediate layer disposed on the quantum dot layer, the potential energy for carriers being smaller than the first barrier layer and larger than the quantum dots, and An array of a plurality of optical semiconductor elements disposed on the intermediate layer and having a second barrier layer having a larger potential energy with respect to carriers than the intermediate layer; An optical sensor in which the change in the thickness of the second barrier layer of the semiconductor element corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer, and each optical semiconductor element outputs And a reading unit for reading an electrical signal.

上述した本明細書に開示する光センサの一形態によれば、光応答特性が均一な光半導体素子がアレイ状に配置される。   According to one mode of the optical sensor disclosed in the present specification described above, optical semiconductor elements having uniform optical response characteristics are arranged in an array.

また、上述した本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、光応答特性が均一である。   Further, according to one mode of the optical semiconductor element disclosed in the present specification described above, the optical response characteristics are uniform.

更に、上述した本明細書に開示する光撮像装置の一形態によれば、光応答特性が均一な光半導体素子がアレイ状に配置された光センサを備える。   Furthermore, according to one mode of the optical imaging device disclosed in the present specification described above, an optical sensor in which optical semiconductor elements with uniform optical response characteristics are arranged in an array is provided.

本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。   The objects and advantages of the invention will be realized and obtained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.

前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。   Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.

従来例の光センサを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical sensor of a prior art example. （Ａ）は、暗電流と基板の動径方向の位置との関係を示す図であり、（Ｂ）は、第１障壁層の厚さと基板の動径方向の位置との関係を示す図である。(A) is a figure which shows the relationship between the dark current and the position of the radial direction of a board | substrate, (B) is a figure which shows the relationship between the thickness of the 1st barrier layer, and the position of the radial direction of a board | substrate. is there. 暗電流と第１障壁層の厚さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a dark current and the thickness of a 1st barrier layer. （Ａ）は、ノズルと基板との位置関係を示す図であり、（Ｂ）は、基板を固定して第１障壁層を形成した場合の膜厚分布を示す図であり、（Ｃ）は、基板を回転させて第１障壁層を形成した場合の膜厚分布を示す図である。(A) is a figure which shows the positional relationship of a nozzle and a board | substrate, (B) is a figure which shows the film thickness distribution at the time of fixing a board | substrate and forming a 1st barrier layer, (C). It is a figure which shows the film thickness distribution at the time of rotating a board | substrate and forming a 1st barrier layer. 本明細書に開示する光センサの第１実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the optical sensor disclosed to this specification. 第１障壁層及び第２障壁層の厚さと基板の動径方向の位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of a 1st barrier layer and a 2nd barrier layer, and the position of the radial direction of a board | substrate. 第２障壁層のトンネル確率と基板の動径方向の位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the tunnel probability of a 2nd barrier layer, and the position of the radial direction of a board | substrate. 光半導体素子のバンド構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the band structure of an optical semiconductor element. 暗電流と基板の動径方向の位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a dark current and the position of the radial direction of a board | substrate. 本明細書に開示する光センサの第２実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the optical sensor disclosed in this specification. 本明細書に開示する光撮像装置の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the optical imaging device disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その１）である。である。It is a figure (the 1) which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. It is. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その２）である。FIG. 6 is a diagram (No. 2) illustrating the first embodiment of the method of manufacturing an optical sensor disclosed in this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その３）である。FIG. 6 is a diagram (No. 3) illustrating the first embodiment of the method of manufacturing an optical sensor disclosed in the specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その４）である。FIG. 4 is a diagram (No. 4) illustrating the first embodiment of the method of manufacturing an optical sensor disclosed in the specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その５）である。FIG. 5 is a diagram (No. 5) illustrating a first embodiment of a method of manufacturing an optical sensor disclosed in this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その６）である。FIG. 6 is a diagram (No. 6) illustrating a first embodiment of a method of manufacturing an optical sensor disclosed in this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その７）である。FIG. 7 is a view (No. 7) illustrating the first embodiment of the method of manufacturing an optical sensor disclosed in this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その８）である。It is FIG. (8) which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第１実施形態を示す図（その９）である。It is FIG. (9) which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その１）である。である。It is a figure (the 1) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. It is. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その２）である。It is FIG. (2) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その３）である。It is FIG. (3) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その４）である。It is FIG. (4) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その５）である。It is FIG. (5) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その６）である。It is FIG. (6) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その７）である。It is FIG. (The 7) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その８）である。It is FIG. (8) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その９）である。It is FIG. (9) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification. 本明細書に開示する光センサの製造方法の第２実施形態を示す図（その１０）である。It is FIG. (10) which shows 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical sensor disclosed to this specification.

光センサでは、アレイ状に配置された各光半導体素子の光応答特性が同一であることが好ましい。各光半導体素子が、同一の波長で同一の光強度の光を受光した時、同一の電気信号を発生することにより、良好な画像を得ることができる。   In the optical sensor, it is preferable that the optical response characteristics of the respective optical semiconductor elements arranged in an array are the same. When each optical semiconductor element receives light having the same wavelength and the same light intensity, a good image can be obtained by generating the same electrical signal.

光半導体素子の光応答特性に影響を与えるものとして、暗電流が挙げられる。暗電流は、光応答によって発生する信号以外の電流成分である。暗電流が大きいと、光を受光していない時にも、光半導体素子は電気信号を生成するので、光応答特性を劣化する要因となり得る。また、個々の光半導体素子の暗電流が異なることは、各光半導体素子の光応答特性の均一性を劣化する要因となり得る。   A dark current is mentioned as what affects the optical response characteristic of an optical semiconductor element. The dark current is a current component other than the signal generated by the optical response. When the dark current is large, the optical semiconductor element generates an electrical signal even when light is not received, and this may be a factor that degrades the optical response characteristics. In addition, the difference in dark current between individual optical semiconductor elements can be a factor that degrades the uniformity of the optical response characteristics of each optical semiconductor element.

本願発明者等は、図１に示す光センサに配置された各光半導体素子の暗電流を調べた。   The inventors of the present application examined the dark current of each optical semiconductor element arranged in the optical sensor shown in FIG.

図２（Ａ）は、暗電流と基板の動径方向の位置との関係を示す図である。   FIG. 2A is a diagram showing the relationship between the dark current and the position of the substrate in the radial direction.

光センサ１００は、通常、基板１１上に複数の光半導体素子１０が２次元のアレイ状に形成され、所定の単位で切断して形成される。そこで、基板１１上の動径方向の位置と、その位置に形成された光半導体素子の暗電流との関係を調べた。光半導体素子１０の暗電流は、光を照射しない時の光半導体素子１０から生成される電流を測定した。   The optical sensor 100 is usually formed by forming a plurality of optical semiconductor elements 10 on a substrate 11 in a two-dimensional array and cutting it in predetermined units. Therefore, the relationship between the position in the radial direction on the substrate 11 and the dark current of the optical semiconductor element formed at that position was examined. As the dark current of the optical semiconductor element 10, a current generated from the optical semiconductor element 10 when no light was irradiated was measured.

図２（Ａ）に示すように、光半導体素子１０の暗電流は、光半導体素子１０の位置が、基板１１の中心から離れるに従って減少することが分かった。   As shown in FIG. 2A, it was found that the dark current of the optical semiconductor element 10 decreases as the position of the optical semiconductor element 10 moves away from the center of the substrate 11.

本願発明者等は、暗電流が、第１障壁層１５の厚さと関係があると推定した。   The inventors of the present application estimated that the dark current is related to the thickness of the first barrier layer 15.

図２（Ｂ）は、第１障壁層の厚さと基板の動径方向の位置との関係を示す図である。   FIG. 2B is a diagram showing the relationship between the thickness of the first barrier layer and the position of the substrate in the radial direction.

図２（Ｂ）に示すように、第１障壁層１５の厚さは、基板１１の中心から離れるに従って減少する。   As shown in FIG. 2B, the thickness of the first barrier layer 15 decreases as the distance from the center of the substrate 11 increases.

そこで、本願発明者等は、暗電流と、第１障壁層１５の厚さとの関係を調べた。   Therefore, the inventors of the present application examined the relationship between the dark current and the thickness of the first barrier layer 15.

図３は、暗電流と第１障壁層の厚さとの関係を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the dark current and the thickness of the first barrier layer.

図３に示すように、暗電流は、第１障壁層の厚さが増加するのと共に増加することが分かった。   As shown in FIG. 3, it was found that the dark current increases as the thickness of the first barrier layer increases.

そこで、本願発明者等は、図２（Ａ）に示すように、光半導体素子１０の暗電流は、光半導体素子１０の位置が、基板１１の中心から離れるに従って減少することと、第１障壁層１５の厚さとが関係していると考えた。   Accordingly, the inventors of the present application, as shown in FIG. 2A, show that the dark current of the optical semiconductor element 10 decreases as the position of the optical semiconductor element 10 moves away from the center of the substrate 11, and the first barrier. The thickness of layer 15 was considered to be related.

具体的には、第１障壁層１５の厚さが厚くなると、量子ドット１６の密度が高くなり且つ量子ドット１６のサイズが小さくなるので、キャリアの束縛状態のエネルギー固有値が増大する。キャリアの束縛状態のエネルギー固有値が増大すると、第１障壁層１５及び第３障壁層１９のポテンシャルエネルギーの高さが相対的に低くなるので、キャリアが束縛状態から伝導帯のエネルギー準位に遷移し易くなるため、暗電流が増加する。   Specifically, as the thickness of the first barrier layer 15 increases, the density of the quantum dots 16 increases and the size of the quantum dots 16 decreases, so that the energy eigenvalue of the bound state of carriers increases. When the energy eigenvalue of the carrier bound state increases, the height of the potential energy of the first barrier layer 15 and the third barrier layer 19 becomes relatively low, so that the carrier transitions from the bound state to the energy level of the conduction band. Since it becomes easy, dark current increases.

ここで、第１障壁層１５の厚さが、基板１１の中心から離れるに従って減少する理由を、図４を参照して、以下に説明する。   Here, the reason why the thickness of the first barrier layer 15 decreases with increasing distance from the center of the substrate 11 will be described below with reference to FIG.

図４（Ａ）は、ノズルと基板との位置関係を示す図であり、図４（Ｂ）は、基板を固定して第１障壁層を形成した場合の膜厚分布を示す図であり、図４（Ｃ）は、基板を回転させて第１障壁層を形成した場合の膜厚分布を示す図である。   FIG. 4A is a diagram showing a positional relationship between the nozzle and the substrate, and FIG. 4B is a diagram showing a film thickness distribution when the substrate is fixed and the first barrier layer is formed. FIG. 4C is a diagram showing a film thickness distribution when the first barrier layer is formed by rotating the substrate.

図４（Ａ）に示すように、ノズル４０は、基板１１の端部側の位置に配置される。ノズル４０からは、第１障壁層１５等を形成する材料のガスが、基板１１に向かって放出される。ノズル４０から放出されたガスが、基板１１上に堆積して第１障壁層１５が形成される。   As shown in FIG. 4A, the nozzle 40 is disposed at a position on the end side of the substrate 11. From the nozzle 40, the gas of the material forming the first barrier layer 15 and the like is emitted toward the substrate 11. The gas released from the nozzle 40 is deposited on the substrate 11 to form the first barrier layer 15.

ここで、基板１１が固定された状態で、第１障壁層１５が形成されると、第１障壁層１５は、図４（Ｂ）に示すように、第１障壁層１５の厚さが、ノズル４０側の端部からノズル４０とは反対側の端部に向かって減少するように、基板１１上に形成される。   Here, when the first barrier layer 15 is formed in a state where the substrate 11 is fixed, the first barrier layer 15 has a thickness of the first barrier layer 15 as shown in FIG. It forms on the board | substrate 11 so that it may decrease toward the edge part on the opposite side to the nozzle 40 from the edge part on the nozzle 40 side.

そこで、通常、第１障壁層１５が基板１１上に均一な厚さに形成されるように、基板１１を回転させながら、ノズル４０から材料のガスを放出させて、第１障壁層１５を形成している。   Therefore, normally, the first barrier layer 15 is formed by discharging the material gas from the nozzle 40 while rotating the substrate 11 so that the first barrier layer 15 is formed to have a uniform thickness on the substrate 11. doing.

図４（Ｃ）に示すように、基板１１を回転させながら第１障壁層１５を形成すると、第１障壁層１５の厚さの均一性は向上するものの、基板１１の中央の厚さが厚くなり端部に向かって厚さが減少するように、厚さ分布が形成される。   As shown in FIG. 4C, when the first barrier layer 15 is formed while rotating the substrate 11, the uniformity of the thickness of the first barrier layer 15 is improved, but the thickness of the center of the substrate 11 is increased. A thickness distribution is formed such that the thickness decreases towards the edge.

以上が、第１障壁層１５の厚さが、基板１１の中心から離れるに従って減少することの説明である。   The above is an explanation that the thickness of the first barrier layer 15 decreases as the distance from the center of the substrate 11 increases.

本願発明者等は、均一な暗電流分布を有する光センサを得るためには、第１障壁層１５の厚さの均一性が±０．５％以内にすることが好ましいという知見を得た。   The inventors of the present application have found that in order to obtain a photosensor having a uniform dark current distribution, it is preferable that the thickness uniformity of the first barrier layer 15 is within ± 0.5%.

従来の光センサ１００の第１障壁層１５は、例えば分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法を用いて、基板１１上に形成される。その標準的な第１障壁層１５の厚さの均一性は、基板の面内において±１．５％程度である。従って、第１障壁層１５の厚さの均一性を、±０．５％以内にすることは困難である。   The first barrier layer 15 of the conventional optical sensor 100 is formed on the substrate 11 by using, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method. The thickness uniformity of the standard first barrier layer 15 is about ± 1.5% in the plane of the substrate. Therefore, it is difficult to make the thickness uniformity of the first barrier layer 15 within ± 0.5%.

そこで、本願発明者等は、第１障壁層の厚さの不均一性に起因して、暗電流が不均一になることを改善する光センサを、以下のように提案する。   Therefore, the inventors of the present application propose an optical sensor that improves non-uniform dark current due to non-uniform thickness of the first barrier layer as follows.

以下、本明細書で開示する光センサの好ましい第１実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。   Hereinafter, a preferred first embodiment of an optical sensor disclosed in this specification will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.

図５は、本明細書に開示する光センサの第１実施形態を示す断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an optical sensor disclosed in this specification.

光センサ１０は、所定の波長を有する光を受光して電気信号を生成する複数の光半導体素子１０を備え、複数の光半導体素子１０が２次元のアレイ状に配置されている。   The optical sensor 10 includes a plurality of optical semiconductor elements 10 that receive light having a predetermined wavelength and generate electrical signals, and the plurality of optical semiconductor elements 10 are arranged in a two-dimensional array.

光センサ１０は、基板１１と、基板１１上に配置されるバッファ層１２と、バッファ層１２上に配置されるコンタクト層１３ａを備える。基板１１と、バッファ層１２と、コンタクト層１３ａは、各光半導体素子１０に対して共通である。   The optical sensor 10 includes a substrate 11, a buffer layer 12 disposed on the substrate 11, and a contact layer 13 a disposed on the buffer layer 12. The substrate 11, the buffer layer 12, and the contact layer 13 a are common to each optical semiconductor element 10.

光センサ１０は、基板１１の外方から光を受光するようになされている。   The optical sensor 10 receives light from the outside of the substrate 11.

光半導体素子１０は、コンタクト層１３ａ上に配置される中間層１４と、中間層１４上に配置される第１障壁層１５と、第１障壁層１５上に配置される量子ドット層１７と、量子ドット層１７上に配置される第３障壁層１９を備える。第３障壁層１９は、量子ドット１６の側部及び上部を覆う。   The optical semiconductor element 10 includes an intermediate layer 14 disposed on the contact layer 13a, a first barrier layer 15 disposed on the intermediate layer 14, a quantum dot layer 17 disposed on the first barrier layer 15, A third barrier layer 19 is provided on the quantum dot layer 17. The third barrier layer 19 covers the side portion and the upper portion of the quantum dot 16.

量子ドット層１７のキャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさは、第１障壁層１５及び第３障壁層１９よりも小さい。中間層１４のキャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさは、第１障壁層１５及び第３障壁層１９よりも小さく、且つ量子ドット１６よりも大きい。ここで、キャリアは、電子又はホールである。   The magnitude of potential energy for carriers in the quantum dot layer 17 is smaller than that of the first barrier layer 15 and the third barrier layer 19. The magnitude of potential energy for carriers in the intermediate layer 14 is smaller than that of the first barrier layer 15 and the third barrier layer 19 and larger than that of the quantum dots 16. Here, the carrier is an electron or a hole.

光半導体素子１０は、量子ドット１６が、中間層１４のキャリアに対するポテンシャルエネルギーよりも大きなポテンシャルエネルギーを有する第１障壁層１５及び第３障壁層１９に囲まれている。そのため、量子ドット１６によるキャリアに対するポテンシャルエネルギーの井戸の実効的な深さが大きくなっており、光エネルギーを受けて生成されたキャリアに対する量子閉じ込め効果が改善されていて、感度に優れた光応答特性を有する。   In the optical semiconductor element 10, the quantum dots 16 are surrounded by a first barrier layer 15 and a third barrier layer 19 having a potential energy larger than the potential energy for carriers in the intermediate layer 14. Therefore, the effective depth of the potential energy well with respect to the carriers by the quantum dots 16 is increased, the quantum confinement effect with respect to the carriers generated by receiving the light energy is improved, and the optical response characteristics with excellent sensitivity. Have

また、光センサ１０は、中間層１４上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが中間層１４よりも大きい第２障壁層１８を備える。   In addition, the optical sensor 10 includes a second barrier layer 18 that is disposed on the intermediate layer 14 and has a larger potential energy with respect to carriers than the intermediate layer 14.

第１障壁層１５と、量子ドット層１７と、第３障壁層１９と、中間層１４と、第２障壁層１８が積層されて、積層部Ｓが形成される。   The first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, the intermediate layer 14, and the second barrier layer 18 are stacked to form a stacked portion S.

第２障壁層１８は、第１障壁層の厚さの不均一性に起因して暗電流が不均一になることを改善するために配置される層である。第２障壁層１８の詳細な説明は、後述する。   The second barrier layer 18 is a layer that is arranged to improve dark current non-uniformity due to non-uniform thickness of the first barrier layer. A detailed description of the second barrier layer 18 will be described later.

第２障壁層１８上には、中間層１４が配置される。中間層１４上には、第１障壁層１５と、量子ドット層１７と、第３障壁層１９が積層される。   The intermediate layer 14 is disposed on the second barrier layer 18. A first barrier layer 15, a quantum dot layer 17, and a third barrier layer 19 are stacked on the intermediate layer 14.

光センサ１０は、第１障壁層１５と、量子ドット層１７と、第３障壁層１９と、中間層１４が積層された積層体を複数備える。   The optical sensor 10 includes a plurality of stacked bodies in which the first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, and the intermediate layer 14 are stacked.

最も上方に位置する中間層１４上にはコンタクト層１３ｂが配置される。   A contact layer 13b is disposed on the uppermost intermediate layer.

コンタクト層１３ａ及びコンタクト層１３ｂ上には、それぞれ、電極２０ａ、２０ｂが配置される。   Electrodes 20a and 20b are disposed on the contact layer 13a and the contact layer 13b, respectively.

次に、第２障壁層１８について、更に説明する。   Next, the second barrier layer 18 will be further described.

図６は、第１障壁層及び第２障壁層の厚さと基板の動径方向の位置との関係を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the thicknesses of the first barrier layer and the second barrier layer and the position of the substrate in the radial direction.

図６に示すように、２次元のアレイ内において、各光半導体素子１０の第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応している。第２障壁層１８の厚さは、第１障壁層１５の厚さが厚い部分では厚く、第１障壁層１５の厚さが薄い部分では薄く、第１障壁層１５の厚さと対応するように変化する。   As shown in FIG. 6, the change in the thickness of the second barrier layer 18 of each optical semiconductor element 10 corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer 15 in the two-dimensional array. The thickness of the second barrier layer 18 is thick in the portion where the thickness of the first barrier layer 15 is thick, is thin in the portion where the thickness of the first barrier layer 15 is thin, and corresponds to the thickness of the first barrier layer 15. Change.

第１障壁層１５は、図４（Ｃ）を用いて説明したように形成されるので、基板１１の中心における厚さが最も厚く、端部に向かって厚さが減少する厚さ分布を有する。   Since the first barrier layer 15 is formed as described with reference to FIG. 4C, the first barrier layer 15 has a thickness distribution in which the thickness at the center of the substrate 11 is the thickest and the thickness decreases toward the end. .

第２障壁層１８も、第１障壁層１５と同様の方法を用いて形成されるので、基板１１の中心における厚さが最も厚く、端部に向かって厚さが減少する厚さ分布を有する。   Since the second barrier layer 18 is also formed using the same method as the first barrier layer 15, the thickness at the center of the substrate 11 is the thickest and the thickness decreases toward the end. .

従って、第２障壁層１８は、基板１１上において、各光半導体素子１０の第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応している。光センサ１０は、基板１１上に複数の光半導体素子１０が２次元のアレイ状に形成された後、所定の単位で基板１１を切断して形成されるので、２次元のアレイ内において、各光半導体素子１０の第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応することになる。   Accordingly, in the second barrier layer 18, the change in the thickness of the second barrier layer 18 of each optical semiconductor element 10 corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer 15 on the substrate 11. The optical sensor 10 is formed by cutting the substrate 11 in a predetermined unit after a plurality of optical semiconductor elements 10 are formed on the substrate 11 in a two-dimensional array. The change in the thickness of the second barrier layer 18 of the optical semiconductor element 10 corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer 15.

第２障壁層１８の厚さ分布を、第１障壁層１５の厚さ分布と同じ様に形成する観点から、第２障壁層１８及び第１障壁層１５が、同じ材料及び／又は同じ方法を用いて、形成されることが好ましい。第２障壁層１８及び第１障壁層１５が、同じ材料及び同じ方法を用いて形成される場合には、第２障壁層１８のキャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさは、第１障壁層１５と同じになる。   From the viewpoint of forming the thickness distribution of the second barrier layer 18 in the same manner as the thickness distribution of the first barrier layer 15, the second barrier layer 18 and the first barrier layer 15 are made of the same material and / or the same method. And preferably formed. When the second barrier layer 18 and the first barrier layer 15 are formed using the same material and the same method, the magnitude of the potential energy for the carriers of the second barrier layer 18 is the same as that of the first barrier layer 15. become.

上述したように、基板１１上では、第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応しているので、個々の光半導体素子１０が有する第２障壁層１８の厚さと第１障壁層１５の厚さとの関係についても、第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応している。基板１１上に形成される光半導体素子１０の寸法は、例えば数１０μｍ四方であるが、この数１０μｍ四方の領域においても、第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応している。   As described above, since the change in the thickness of the second barrier layer 18 and the change in the thickness of the first barrier layer 15 correspond to each other on the substrate 11, the second optical semiconductor element 10 has the second optical semiconductor element 10. The relationship between the thickness of the barrier layer 18 and the thickness of the first barrier layer 15 also corresponds to the change in the thickness of the second barrier layer 18 and the change in the thickness of the first barrier layer 15. The size of the optical semiconductor element 10 formed on the substrate 11 is, for example, several tens of μm square, but even in this several tens of μm square region, the thickness change of the second barrier layer 18 and the first barrier layer 15 Corresponding to the change in thickness.

第２障壁層１８は、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、中間層１４よりも大きいが、量子ドット１６から第１障壁層１５又は第３障壁層１９を乗り越えたキャリアが、所定の確率でトンネリングできる厚さを有する。   The second barrier layer 18 has a larger potential energy with respect to carriers than the intermediate layer 14, but carriers that have passed over the first barrier layer 15 or the third barrier layer 19 from the quantum dots 16 are tunneled with a predetermined probability. It has a thickness that can be.

第２障壁層１８をキャリアがトンネリングするトンネル確率Ｔは、近似的に下記のように表される。   The tunnel probability T at which carriers tunnel through the second barrier layer 18 is approximately expressed as follows.

Ｔ ∝ ＥＸＰ（−２ａ√（２ｍ（Ｖ０−Ｅ））／（ｈ／２π）） T ∝ EXP (-2a√ (2m (V 0 -E)) / (h / 2π))

ここで、第２障壁層１８は矩形のポテンシャルエネルギーの形状を有するとし、ポテンシャルエネルギーの幅を２ａとし、ポテンシャルエネルギーの高さをＶ０とし、キャリアの質量をｍとし、キャリアのエネルギー固有値をＥとし、ｈはプランク定数である。 Here, the second barrier layer 18 has a rectangular potential energy shape, the potential energy width is 2a, the potential energy height is V 0 , the carrier mass is m, and the carrier energy eigenvalue is Let E be h and Planck's constant.

トンネル確率Ｔは、キャリアが第２障壁層１８をトンネリングする前と後のキャリア密度の比を意味する。上式によれば、トンネル確率Ｔは、第２障壁層１８の幅が薄くなるのと共に増加することが分かる。   The tunnel probability T means the ratio of carrier density before and after carriers tunnel through the second barrier layer 18. According to the above equation, it can be seen that the tunnel probability T increases as the width of the second barrier layer 18 decreases.

図７は、上式を用いて、第２障壁層のトンネル確率と基板の動径方向の位置との関係を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the tunneling probability of the second barrier layer and the position of the substrate in the radial direction using the above equation.

図６を用いて説明したように、第２障壁層１８は、基板１１の中心における厚さが最も厚く、端部に向かって厚さが減少する厚さ分布を有する。従って、図７に示すように、キャリアが第２障壁層１８をトンネリングするトンネル確率Ｔは、厚さ分布とは反対で、基板１１の中心におけるトンネル確率Ｔが最も低く、端部に向かってトンネル確率Ｔが増加する分布を有する。   As described with reference to FIG. 6, the second barrier layer 18 has a thickness distribution in which the thickness at the center of the substrate 11 is the thickest and the thickness decreases toward the end. Therefore, as shown in FIG. 7, the tunnel probability T that carriers tunnel through the second barrier layer 18 is opposite to the thickness distribution, and the tunnel probability T at the center of the substrate 11 is the lowest, and the tunnel probability T It has a distribution in which the probability T increases.

ここで、暗電流は、図２（Ａ）に示すように、基板１１の中心において最も大きく、端部に向かって減少する分布を有する。   Here, as shown in FIG. 2A, the dark current is the largest at the center of the substrate 11 and has a distribution that decreases toward the end.

第２障壁層１８のキャリアに対するトンネル確率Ｔは、暗電流が大きい基板１１の中心で小さく、暗電流が小さい端部において大きいので、暗電流の基板１１上の変化を打ち消すように働く。即ち、第２障壁層１８は、基板１１上の暗電流の分布が均一になるように機能する。   The tunneling probability T for carriers in the second barrier layer 18 is small at the center of the substrate 11 where the dark current is large and large at the end where the dark current is small, so that it works to cancel the change of the dark current on the substrate 11. That is, the second barrier layer 18 functions so that the dark current distribution on the substrate 11 is uniform.

基板１１上の各位置における第２障壁層１８の厚さは、基板１１上の対応する位置にある第１障壁層１５の厚さに起因する暗電流の変化を打ち消して、暗電流が基板１１上で均一になるように決定されることが好ましい。   The thickness of the second barrier layer 18 at each position on the substrate 11 cancels the change in dark current caused by the thickness of the first barrier layer 15 at the corresponding position on the substrate 11, and the dark current is reduced to the substrate 11. It is preferably determined to be uniform above.

従って、第２障壁層１８の厚さは、第１障壁層１５の厚さ変化に起因する暗電流の変化を打ち消すように相対的に変化させることが好ましい。この観点から、第２障壁層１８及び第１障壁層１５を、同じ材料及び同じ方法を用いて形成することが好ましい。第２障壁層１８の厚さは、第１障壁層１５の厚さ変化に起因する暗電流の変化を打ち消せる厚さであれば、できるだけ薄いことが、光半導体素子１０の電気信号を大きくさせる観点から好ましい。   Therefore, it is preferable that the thickness of the second barrier layer 18 is relatively changed so as to cancel the change in dark current caused by the change in thickness of the first barrier layer 15. From this point of view, the second barrier layer 18 and the first barrier layer 15 are preferably formed using the same material and the same method. If the thickness of the second barrier layer 18 is a thickness that can cancel the change in dark current caused by the change in thickness of the first barrier layer 15, the thickness of the second barrier layer 18 is as small as possible to increase the electrical signal of the optical semiconductor element 10. It is preferable from the viewpoint.

図８は、キャリアである電子に対する光半導体素子のバンド構造の例を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a band structure of an optical semiconductor element with respect to electrons as carriers.

量子ドット１６は、電子に対して中間層１４よりも低いポテンシャルエネルギーを有しており、井戸型の束縛状態を形成する。第１障壁層１５及び第３障壁層１９は、電子に対して同じ大きさのポテンシャルエネルギーを有する。第１障壁層１５及び第３障壁層１９の電子に対するポテンシャルエネルギーは、中間層１４よりも大きいので、電子に対する量子閉じ込め効果が増大する。バンド構造の両端部には、コンタクト層１３ａ、１３ｂが配置される。   The quantum dots 16 have lower potential energy than electrons in the intermediate layer 14 with respect to electrons, and form a well-type bound state. The first barrier layer 15 and the third barrier layer 19 have the same potential energy with respect to electrons. Since the potential energy with respect to the electrons of the first barrier layer 15 and the third barrier layer 19 is larger than that of the intermediate layer 14, the quantum confinement effect for the electrons is increased. Contact layers 13a and 13b are disposed at both ends of the band structure.

量子ドット１６内では、量子化により、離散的な基底準位及び励起準位が形成される。基底準位にある電子が、赤外線等の光を吸収して、基底準位からサブバンド間遷移を経て励起準位に励起され、量子ドット１６外に移動して自由電子となる。両側のコンタクト層１３ａ、１３ｂに電位差を設けて、自由電子を一方のコンタクト層を経由して外部へ引き出すことにより、電気信号として光が検知される。   In the quantum dot 16, discrete ground levels and excitation levels are formed by quantization. Electrons in the ground level absorb light such as infrared rays, are excited from the ground level through the intersubband transition to the excited level, and move outside the quantum dot 16 to become free electrons. Light is detected as an electrical signal by providing a potential difference between the contact layers 13a and 13b on both sides and drawing free electrons to the outside through one contact layer.

第２障壁層１８は、量子ドット１６の間に配置される。第２障壁層１８は、電子に対して中間層１４よりも高いポテンシャルエネルギーを有しており、中間層１４の価電子帯を移動する自由電子を、所定のトンネル確率で透過する障壁として働く。   The second barrier layer 18 is disposed between the quantum dots 16. The second barrier layer 18 has higher potential energy than the intermediate layer 14 with respect to electrons, and functions as a barrier that transmits free electrons moving through the valence band of the intermediate layer 14 with a predetermined tunnel probability.

第２障壁層１８を、第１障壁層１５の厚さ変化に起因する暗電流の変化を打ち消すように機能させる観点からは、何れかの中間層１４上に配置されていれば良い。第２障壁層１８は、第１障壁層１５とは直接接触しないように、例えば、中間層１４を介在させて配置することが好ましい。   From the viewpoint of causing the second barrier layer 18 to function so as to cancel the change in dark current caused by the change in thickness of the first barrier layer 15, it may be disposed on any intermediate layer 14. The second barrier layer 18 is preferably arranged with the intermediate layer 14 interposed, for example, so as not to be in direct contact with the first barrier layer 15.

また、光センサ１０が、第１障壁層１５と、量子ドット層１７と、第３障壁層１９と、中間層１４が積層された積層体を、３つ以上備える時には、第２障壁層１８を、２つのコンタクト層の何れか一方に近い位置の積層体に配置する。そして、マイナスの電圧を、第２障壁層１８に近い位置にあるコンタクト層に印加する。図８では、コンタクト層１３ａにマイナスの電位を印加し、コンタクト層１３ｂにプラスの電位を印加した時のバンド構造が湾曲した様子を鎖線で示している。このようにすれば、電圧が印加されてバンド構造が湾曲した時に、伝導帯を移動する固有エネルギーの高い電子を、第２障壁層１８でブロックできるので、第２障壁層１８の上を電子が移動することにより、暗電流の均一化が損なわれることを防止できる。仮に、プラスの電圧が印加されたコンタクト層１３ｂに近い位置の積層体に、第２障壁層１８を配置した時には、伝導帯を移動する固有エネルギーの高い電子を、第２障壁層１８でブロックできないおそれがある。   When the optical sensor 10 includes three or more stacked bodies in which the first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, and the intermediate layer 14 are stacked, the second barrier layer 18 is provided. It arrange | positions in the laminated body of the position close | similar to either one of two contact layers. Then, a negative voltage is applied to the contact layer located near the second barrier layer 18. In FIG. 8, the band structure is shown by a chain line when a negative potential is applied to the contact layer 13a and a positive potential is applied to the contact layer 13b. In this way, when a voltage is applied and the band structure is curved, electrons having high intrinsic energy that move in the conduction band can be blocked by the second barrier layer 18, so that electrons are allowed to flow on the second barrier layer 18. By moving, dark current uniformity can be prevented from being impaired. If the second barrier layer 18 is arranged in a stacked body at a position close to the contact layer 13b to which a positive voltage is applied, electrons having high intrinsic energy that move in the conduction band cannot be blocked by the second barrier layer 18. There is a fear.

図９は、暗電流と基板の動径方向の位置との関係を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the dark current and the position of the substrate in the radial direction.

図９中のカーブＣ１は、基板１１上の第２障壁層１８の厚さ分布を、図２（Ａ）に示すような第１障壁層１５に起因して生じる不均一な暗電流を打ち消すように形成して、その時の暗電流を、上式を用いて求めた結果である。鎖線で示すカーブＣ２は、図２（Ａ）の暗電流を示す。   A curve C1 in FIG. 9 cancels the uneven dark current caused by the first barrier layer 15 as shown in FIG. 2A in the thickness distribution of the second barrier layer 18 on the substrate 11. And the dark current at that time was obtained using the above equation. A curve C2 indicated by a chain line indicates the dark current in FIG.

カーブＣ１は、基板１１の中心から端部に亘って、均一な暗電流が生じていることを示す。   A curve C1 indicates that a uniform dark current is generated from the center of the substrate 11 to the end portion.

このような基板１１を所定の単位で切断して得られる光センサ１によれば、各光半導体素子１０の暗電流が同じなので、各光半導体素子１０の光応答特性が均一である。   According to the optical sensor 1 obtained by cutting the substrate 11 in a predetermined unit, since the dark current of each optical semiconductor element 10 is the same, the optical response characteristics of each optical semiconductor element 10 are uniform.

次に、上述した光センサの第２実施形態を、図１０を参照しながら以下に説明する。他の実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。   Next, a second embodiment of the above-described optical sensor will be described below with reference to FIG. For points that are not particularly described in the other embodiments, the description in detail regarding the first embodiment is applied as appropriate. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.

図１０は、本明細書に開示する光センサの第２実施形態を示す断面図である。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the optical sensor disclosed in this specification.

上述した第１実施形態の光センサを形成する各光半導体素子は、１つの第２障壁層を備えていたが、本実施形態の光センサ１の各光半導体素子１０は、複数の第２障壁層１８を備えている。   Each optical semiconductor element forming the optical sensor of the first embodiment described above includes one second barrier layer, but each optical semiconductor element 10 of the optical sensor 1 of the present embodiment includes a plurality of second barriers. Layer 18 is provided.

２次元のアレイ内において、各光半導体素子１０が有する各第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応しているので、複数の第２障壁層１８の厚さを合計した厚さも、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応する。   In the two-dimensional array, the change in the thickness of each second barrier layer 18 included in each optical semiconductor element 10 corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer 15. The total thickness of the layers 18 also corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer 15.

基板１１上の各位置における複数の第２障壁層１８の厚さを合計した厚さは、基板１１上の対応する位置にある第１障壁層１５の厚さに起因する暗電流の変化を打ち消して、暗電流が基板１１上で均一になるように決定されることが好ましい。   The total thickness of the plurality of second barrier layers 18 at each position on the substrate 11 cancels the change in dark current caused by the thickness of the first barrier layer 15 at the corresponding position on the substrate 11. Thus, it is preferable that the dark current is determined to be uniform on the substrate 11.

本実施形態では、複数の第２障壁層１８を配置する方法の一例として、３つの量子ドット層１７毎に１つの第２障壁層１８を配置することとした。   In the present embodiment, as an example of a method of arranging a plurality of second barrier layers 18, one second barrier layer 18 is arranged for every three quantum dot layers 17.

具体的には、第１障壁層１５と量子ドット層１７と第３障壁層１９と中間層１４と第２障壁層１８とが積層されて形成される積層部Ｓが、３つの量子ドット層１７毎に配置される。   Specifically, the stacked portion S formed by stacking the first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, the intermediate layer 14, and the second barrier layer 18 includes three quantum dot layers 17. Arranged every time.

上述した本実施形態の光センサ１によれば、上述した第１実施形態と同様の効果が得られる。   According to the optical sensor 1 of the present embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

また、他の第２障壁層１８を、コンタクト層１３ａとコンタクト層１３ａに最も近い第１障壁層１５との間に位置する中間層１４に介在させてもよい。同様に、他の第２障壁層１８を、コンタクト層１３ｂとコンタクト層１３ｂに最も近い第３障壁層１９との間に位置する中間層１４に介在させてもよい。   Another second barrier layer 18 may be interposed in the intermediate layer 14 positioned between the contact layer 13a and the first barrier layer 15 closest to the contact layer 13a. Similarly, another second barrier layer 18 may be interposed in the intermediate layer 14 located between the contact layer 13b and the third barrier layer 19 closest to the contact layer 13b.

上述した各実施形態の光センサは、以下に説明するように光撮像装置に組み込まれて用いることができる。   The optical sensor of each embodiment described above can be used by being incorporated in an optical imaging device as described below.

図１１は、本明細書に開示する光撮像装置の一実施形態を示す断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of an optical imaging device disclosed in this specification.

本実施形態の光撮像装置３０は、上述した光センサ１と、各光半導体素子１０が出力する電気信号を読み出す読み出し部を有する駆動部３１を備える。   The optical imaging device 30 according to the present embodiment includes the above-described optical sensor 1 and a driving unit 31 having a reading unit that reads an electrical signal output from each optical semiconductor element 10.

図１１に示す例では、光センサ１として、上述した第１実施形態の光センサを用いる。   In the example illustrated in FIG. 11, the optical sensor of the first embodiment described above is used as the optical sensor 1.

各光半導体素子１０の電極２０ｂは、駆動部３１上の図示しない電極と、バンプ２１を介して電気的に接続される。   The electrode 20 b of each optical semiconductor element 10 is electrically connected to an electrode (not shown) on the drive unit 31 via the bump 21.

例えば、数１００以上の光半導体素子１０が２次元のアレイ状に配置された光センサ１を用いて、赤外線を受光して撮像する光撮像装置３０を形成することができる。   For example, it is possible to form the optical imaging device 30 that receives infrared rays and images using the optical sensor 1 in which several hundred or more optical semiconductor elements 10 are arranged in a two-dimensional array.

上述した本実施形態の光撮像装置３０によれば、光応答特性が均一な光半導体素子がアレイ状に配置された光センサを備えるので、良好な画像を得ることができる。   According to the above-described optical imaging device 30 of the present embodiment, since an optical sensor in which optical semiconductor elements with uniform optical response characteristics are arranged in an array is provided, a good image can be obtained.

次に、上述した光センサの製造方法の好ましい第１実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。   Next, a preferred first embodiment of the above-described optical sensor manufacturing method will be described below with reference to the drawings.

本実施形態の光センサの製造方法は、図５に示す光センサを製造する方法に関する。   The manufacturing method of the optical sensor of this embodiment relates to a method of manufacturing the optical sensor shown in FIG.

まず、図１２に示すように、基板１１上にバッファ層１２及びｎ型の極性を有するコンタクト層１３ａが形成される。本実施形態では、基板１１として、ＧａＡｓ基板を用いた。本実施形態では、特に断らない限り、ＭＢＥ法を用いて、各層を形成する。バッファ層１２は、厚さを１００ｎｍとして、ＧａＡｓを用いて形成した。コンタクト層１３ａは、厚さを約２５０ｎｍとし、Ｓｉをドーパントとして、ＧａＡｓを用いて形成した。   First, as shown in FIG. 12, the buffer layer 12 and the contact layer 13 a having n-type polarity are formed on the substrate 11. In this embodiment, a GaAs substrate is used as the substrate 11. In this embodiment, unless otherwise specified, each layer is formed using the MBE method. The buffer layer 12 was formed using GaAs with a thickness of 100 nm. The contact layer 13a was formed using GaAs with a thickness of about 250 nm and Si as a dopant.

次に、図１３に示すように、コンタクト層１３ａ上に中間層１４が形成される。本実施形態では、中間層１４は、厚さを約２５ｎｍとして、ＡｌＧａＡｓを用いて形成された。   Next, as shown in FIG. 13, the intermediate layer 14 is formed on the contact layer 13a. In this embodiment, the intermediate layer 14 has a thickness of about 25 nm and is formed using AlGaAs.

次に、図１４に示すように、中間層１４上に第１障壁層１５が形成される。本実施形態では、第１障壁層１５は、平均厚さを約０．４ｎｍとして、ＡｌＡｓを用いて形成された。第１障壁層１５は、ＭＢＥ法を用いて、図２（Ａ）に示すような方法を用いて形成される。   Next, as shown in FIG. 14, the first barrier layer 15 is formed on the intermediate layer 14. In the present embodiment, the first barrier layer 15 is formed using AlAs with an average thickness of about 0.4 nm. The first barrier layer 15 is formed using the MBE method and a method as shown in FIG.

次に、図１５に示すように、第１障壁層１５上に複数の量子ドット１６を有する量子ドット層１７が形成される。量子ドット１６は、例えば格子不整合を利用した自己組織化法を用いて形成される。本実施形態では、量子ドット１６の直径は約１０〜２０ｎｍであり、高さは約１〜２ｎｍであり、面密度は約１０１１個／ｃｍ２であった。量子ドット１６は、ＩｎＡｓを用いて形成された。 Next, as shown in FIG. 15, a quantum dot layer 17 having a plurality of quantum dots 16 is formed on the first barrier layer 15. The quantum dots 16 are formed using, for example, a self-organization method using lattice mismatch. In the present embodiment, the diameter of the quantum dots 16 is about 10 to 20 nm, the height is about 1 to 2 nm, and the surface density is about 10 11 pieces / cm 2 . The quantum dots 16 were formed using InAs.

次に、図１６に示すように、量子ドット層１７上に第３障壁層１９が形成される。第３障壁層１９は、量子ドット１６の側部及び上部を覆うように形成される。本実施形態では、第３障壁層１９は、ＡｌＡｓを用いて形成された。   Next, as shown in FIG. 16, a third barrier layer 19 is formed on the quantum dot layer 17. The third barrier layer 19 is formed so as to cover the side portion and the upper portion of the quantum dot 16. In the present embodiment, the third barrier layer 19 is formed using AlAs.

次に、図１７に示すように、第３障壁層１９上に中間層１４が形成される。本実施形態では、中間層１４は、厚さを２５ｎｍとして、ＡｌＧａＡｓを用いて形成された。   Next, as shown in FIG. 17, the intermediate layer 14 is formed on the third barrier layer 19. In the present embodiment, the intermediate layer 14 is formed using AlGaAs with a thickness of 25 nm.

次に、図１８に示すように、中間層１４上に第２障壁層１８が形成される。第２障壁層１８は、第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応するように形成される。本実施形態では、第２障壁層１８は、平均厚さを約１ｎｍとして、ＡｌＡｓを用いて形成された。第２障壁層１８は、第１障壁層１５と同様に、ＭＢＥ法を用いて、図２（Ａ）に示すような方法を用いて形成される。第２障壁層１８の厚さは、第１障壁層１５の厚さ変化に起因する暗電流の変化を打ち消すように相対的に変化させて形成される。このようにして、第１障壁層１５と量子ドット層１７と第３障壁層１９と中間層１４と第２障壁層１８とが積層されて積層部Ｓが形成される。   Next, as shown in FIG. 18, the second barrier layer 18 is formed on the intermediate layer 14. The second barrier layer 18 is formed so that the change in the thickness of the second barrier layer 18 corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer 15. In the present embodiment, the second barrier layer 18 is formed using AlAs with an average thickness of about 1 nm. Similar to the first barrier layer 15, the second barrier layer 18 is formed by using the MBE method and using a method as shown in FIG. The thickness of the second barrier layer 18 is relatively changed so as to cancel the change in dark current caused by the change in thickness of the first barrier layer 15. In this way, the first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, the intermediate layer 14, and the second barrier layer 18 are stacked to form the stacked portion S.

次に、図１９に示すように、第２障壁層１８上に中間層１４が形成される。本実施形態では、中間層１４は、厚さを２５ｎｍとして、ＡｌＧａＡｓを用いて形成された。   Next, as shown in FIG. 19, the intermediate layer 14 is formed on the second barrier layer 18. In the present embodiment, the intermediate layer 14 is formed using AlGaAs with a thickness of 25 nm.

次に、図２０に示すように、中間層１４上に、第１障壁層１５と量子ドット層１７と第３障壁層１９と中間層１４とが積層された積層体が、複数形成された後、最も上方に位置する積層体上に、ｎ型の極性を有するコンタクト層１３ｂが形成される。積層体の数は、例えば１０〜２０とすることができる。   Next, as shown in FIG. 20, after a plurality of stacked bodies in which the first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, and the intermediate layer 14 are stacked are formed on the intermediate layer 14. The contact layer 13b having n-type polarity is formed on the uppermost stacked body. The number of laminated bodies can be 10-20, for example.

次に、パターニング法及びエッチング法を用いて、コンタクト層１３ｂからコンタクト層１３ａ上の中間層１４までの部分が選択的に除去されて、コンタクト層１３ａが露出して、コンタクト層１３ａ上に光半導体素子１０のアレイが形成される。そして、露出したコンタクト層１３ａの部分に電極２０ａが形成され、コンタクト層１３ｂ上に電極２０ｂが形成される。本実施形態では、電極２０ａ、２０ｂは、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層体により形成された。このようにして、図５に示す光センサ１が得られた。   Next, by using a patterning method and an etching method, a portion from the contact layer 13b to the intermediate layer 14 on the contact layer 13a is selectively removed, the contact layer 13a is exposed, and an optical semiconductor is formed on the contact layer 13a. An array of elements 10 is formed. Then, the electrode 20a is formed on the exposed portion of the contact layer 13a, and the electrode 20b is formed on the contact layer 13b. In the present embodiment, the electrodes 20a and 20b are formed of a laminate of AuGe / Ni / Au. In this way, the optical sensor 1 shown in FIG. 5 was obtained.

次に、上述した光センサの製造方法の好ましい第２実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。   Next, a preferred second embodiment of the above-described method for manufacturing an optical sensor will be described below with reference to the drawings.

本実施形態の光センサの製造方法は、図１０に示す光センサを製造する方法に関する。   The manufacturing method of the optical sensor of this embodiment relates to a method of manufacturing the optical sensor shown in FIG.

まず、図２１に示すように、基板１１上にバッファ層１２及びｎ型の極性を有するコンタクト層１３ａが形成される。本実施形態では、基板１１として、ＧａＡｓ基板を用いた。本実施形態では、ＭＢＥ法を用いて、各層を形成する。バッファ層１２は、厚さを１００ｎｍとして、ＧａＡｓを用いて形成した。コンタクト層１３ａは、厚さを約２５０ｎｍとし、Ｓｉをドーパントとして、ＧａＡｓを用いて形成した。   First, as shown in FIG. 21, the buffer layer 12 and the contact layer 13 a having n-type polarity are formed on the substrate 11. In this embodiment, a GaAs substrate is used as the substrate 11. In this embodiment, each layer is formed using the MBE method. The buffer layer 12 was formed using GaAs with a thickness of 100 nm. The contact layer 13a was formed using GaAs with a thickness of about 250 nm and Si as a dopant.

次に、図２２に示すように、コンタクト層１３ａ上に中間層１４が形成される。本実施形態では、中間層１４は、厚さを約２５ｎｍとして、ＡｌＧａＡｓを用いて形成された。   Next, as shown in FIG. 22, the intermediate layer 14 is formed on the contact layer 13a. In this embodiment, the intermediate layer 14 has a thickness of about 25 nm and is formed using AlGaAs.

次に、図２３に示すように、中間層１４上に第１障壁層１５が形成される。本実施形態では、第１障壁層１５は、平均厚さを約０．４ｎｍとして、ＡｌＡｓを用いて形成された。第１障壁層１５は、ＭＢＥ法を用いて、図２（Ａ）に示すような装置を用いて形成される。   Next, as shown in FIG. 23, the first barrier layer 15 is formed on the intermediate layer 14. In the present embodiment, the first barrier layer 15 is formed using AlAs with an average thickness of about 0.4 nm. The first barrier layer 15 is formed using an apparatus as shown in FIG. 2A using the MBE method.

次に、図２４に示すように、第１障壁層１５上に複数の量子ドット１６を有する量子ドット層１７が形成される。量子ドット１６は、例えば格子不整合を利用した自己組織化法を用いて形成される。本実施形態では、量子ドット１６の直径は約１０〜２０ｎｍであり、高さは約１〜２ｎｍであり、面密度は約１０１１個／ｃｍ２であった。量子ドット１６は、ＩｎＡｓを用いて形成された。 Next, as shown in FIG. 24, a quantum dot layer 17 having a plurality of quantum dots 16 is formed on the first barrier layer 15. The quantum dots 16 are formed using, for example, a self-organization method using lattice mismatch. In the present embodiment, the diameter of the quantum dots 16 is about 10 to 20 nm, the height is about 1 to 2 nm, and the surface density is about 10 11 pieces / cm 2 . The quantum dots 16 were formed using InAs.

次に、図２５に示すように、量子ドット層１７上に第３障壁層１９が形成される。第３障壁層１９は、量子ドット１６の側部及び上部を覆うように形成される。本実施形態では、第３障壁層１９は、ＡｌＡｓを用いて形成された。   Next, as shown in FIG. 25, the third barrier layer 19 is formed on the quantum dot layer 17. The third barrier layer 19 is formed so as to cover the side portion and the upper portion of the quantum dot 16. In the present embodiment, the third barrier layer 19 is formed using AlAs.

次に、図２６に示すように、第３障壁層１９上に中間層１４が形成される。本実施形態では、中間層１４は、厚さを２５ｎｍとして、ＡｌＧａＡｓを用いて形成された。   Next, as shown in FIG. 26, the intermediate layer 14 is formed on the third barrier layer 19. In the present embodiment, the intermediate layer 14 is formed using AlGaAs with a thickness of 25 nm.

次に、図２７に示すように、中間層１４上に第２障壁層１８が形成される。第２障壁層１８は、第２障壁層１８の厚さの変化と、第１障壁層１５の厚さの変化とが対応するように形成される。本実施形態では、第２障壁層１８は、平均厚さを約０．３ｎｍとして、ＡｌＡｓを用いて形成された。第２障壁層１８は、第１障壁層１５と同様に、ＭＢＥ法を用いて、図２（Ａ）に示すような方法を用いて形成される。   Next, as shown in FIG. 27, the second barrier layer 18 is formed on the intermediate layer 14. The second barrier layer 18 is formed so that the change in the thickness of the second barrier layer 18 corresponds to the change in the thickness of the first barrier layer 15. In the present embodiment, the second barrier layer 18 is formed using AlAs with an average thickness of about 0.3 nm. Similar to the first barrier layer 15, the second barrier layer 18 is formed by using the MBE method and using a method as shown in FIG.

次に、図２８に示すように、第２障壁層１８上に中間層１４が形成される。本実施形態では、中間層１４は、厚さを２５ｎｍとして、ＡｌＧａＡｓを用いて形成された。   Next, as shown in FIG. 28, the intermediate layer 14 is formed on the second barrier layer 18. In the present embodiment, the intermediate layer 14 is formed using AlGaAs with a thickness of 25 nm.

次に、図２９に示すように、中間層１４上に、第１障壁層１５と量子ドット層１７と第３障壁層１９と中間層１４とが積層された積層体が、２つ形成される。   Next, as illustrated in FIG. 29, two stacked bodies in which the first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, and the intermediate layer 14 are stacked are formed on the intermediate layer 14. .

本実施形態では、複数の第２障壁層１８を配置する方法の一例として、３つの量子ドット層１７毎に１つの第２障壁層１８を配置することとした。そこで、３つの量子ドット層１７毎に１つの第２障壁層１８を含む積層部Ｓが含まれるように、複数の積層体が、更に形成される。積層体の数は、例えば３〜６とすることができる。   In the present embodiment, as an example of a method of arranging a plurality of second barrier layers 18, one second barrier layer 18 is arranged for every three quantum dot layers 17. Therefore, a plurality of stacked bodies are further formed so that the stacked portion S including one second barrier layer 18 is included for every three quantum dot layers 17. The number of laminated bodies can be 3-6, for example.

そして、図３０に示すように、最も上方に位置する積層体上に、ｎ型の極性を有するコンタクト層１３ｂが形成される。本実施形態では、基板１１上の各位置における複数の第２障壁層１８の厚さを合計した厚さは、基板１１上の対応する位置にある第１障壁層１５の厚さに起因する暗電流の変化を打ち消して、暗電流が基板１１上で均一になるように形成される。このようにして、第１障壁層１５と量子ドット層１７と第３障壁層１９と中間層１４と第２障壁層１８とが積層されて積層部Ｓが形成される。   Then, as shown in FIG. 30, the contact layer 13b having n-type polarity is formed on the uppermost stacked body. In the present embodiment, the total thickness of the plurality of second barrier layers 18 at each position on the substrate 11 is the darkness caused by the thickness of the first barrier layer 15 at the corresponding position on the substrate 11. The dark current is made uniform on the substrate 11 by canceling the current change. In this way, the first barrier layer 15, the quantum dot layer 17, the third barrier layer 19, the intermediate layer 14, and the second barrier layer 18 are stacked to form the stacked portion S.

次に、パターニング法及びエッチング法を用いて、コンタクト層１３ｂからコンタクト層１３ａ上の中間層１４までの部分が選択的に除去されて、コンタクト層１３ａが露出して、コンタクト層１３ａ上に光半導体素子１０のアレイが形成される。そして、露出したコンタクト層１３ａの部分に電極２０ａが形成され、コンタクト層１３ｂ上に電極２０ｂが形成される。本実施形態では、電極２０ａ、２０ｂは、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層体により形成された。このようにして、図１０に示す光センサ１が得られた。   Next, by using a patterning method and an etching method, a portion from the contact layer 13b to the intermediate layer 14 on the contact layer 13a is selectively removed, the contact layer 13a is exposed, and an optical semiconductor is formed on the contact layer 13a. An array of elements 10 is formed. Then, the electrode 20a is formed on the exposed portion of the contact layer 13a, and the electrode 20b is formed on the contact layer 13b. In the present embodiment, the electrodes 20a and 20b are formed of a laminate of AuGe / Ni / Au. In this way, the optical sensor 1 shown in FIG. 10 was obtained.

本発明では、上述した実施形態の光センサ、光半導体素子及び光撮像装置は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。   In the present invention, the optical sensor, the optical semiconductor element, and the optical imaging device of the above-described embodiments can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. In addition, the configuration requirements of one embodiment can be applied to other embodiments as appropriate.

例えば、第２障壁層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓを用いて形成してもよく、中間層をＡｌｙＧａ１−ｙＡｓを用いて形成してもよい。この場合、Ａｌ組成ｙ（０≦ｙ＜１）に対して、ｘ＞ｙであれば、暗電流分布が改善されるように、組成や厚さを適宜変更してもよい。 For example, the second barrier layer may be formed using Al x Ga 1-x As, and the intermediate layer may be formed using Al y Ga 1-y As. In this case, with respect to the Al composition y (0 ≦ y <1), if x> y, the composition and thickness may be appropriately changed so that the dark current distribution is improved.

また、第１障壁層及び第３障壁層はＡｌｚＧａ１−ｚＡｓを用いて形成してもよく、中間層をＡｌｙＧａ１−ｙＡｓを用いて形成しもよい。この場合、Ａｌ組成ｙ（０≦ｙ＜１）に対して、ｚ＞ｙとなるように適宜変更してもよい。 Further, the first barrier layer and the third barrier layer may be formed using Al z Ga 1-z As, and the intermediate layer may be formed using Al y Ga 1-y As. In this case, you may change suitably so that it may become z> y with respect to Al composition y (0 <= y <1).

また、コンタクト層のｎ型の極性を示すドーパントとしてＳｉを用いていたが、ドーパントはＳｉ以外であってもよい。また、キャリアを電子としていたが、キャリアは正孔であってもかまわない。   Moreover, although Si was used as the dopant showing the n-type polarity of the contact layer, the dopant may be other than Si. Further, although the carrier is an electron, the carrier may be a hole.

更に、光センサの製造は、ＭＯＣＶＤ法や、その他量子ドット構造を作製可能な方法であってもよい。   Furthermore, the optical sensor may be manufactured by an MOCVD method or other methods capable of producing a quantum dot structure.

ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。   All examples and conditional words mentioned herein are intended for educational purposes to help the reader deepen and understand the inventions and concepts contributed by the inventor. All examples and conditional words mentioned herein are to be construed without limitation to such specifically stated examples and conditions. Also, such exemplary mechanisms in the specification are not related to showing the superiority and inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions or modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

１ 光センサ
Ｓ 積層体
１０ 光半導体素子
１１ 基板
１２ バッファ層
１３ａ、１３ｂ コンタクト層
１４ 中間層
１５ 第１障壁層
１６ 量子ドット
１７ 量子ドット層
１８ 第２障壁層
１９ 第３障壁層
２０ａ、２０ｂ 電極
２１ バンプ
３０ 光撮像装置
３１ 駆動部
４０ ノズル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical sensor S Laminated body 10 Optical semiconductor element 11 Board | substrate 12 Buffer layer 13a, 13b Contact layer 14 Intermediate | middle layer 15 1st barrier layer 16 Quantum dot 17 Quantum dot layer 18 2nd barrier layer 19 3rd barrier layer 20a, 20b Electrode 21 Bump 30 Optical imaging device 31 Drive unit 40 Nozzle

Claims (7)

第１障壁層と、
前記第１障壁層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、前記第１障壁層よりも小さい複数の量子ドットを有する量子ドット層と、
前記量子ドット層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、前記第１障壁層よりも小さく且つ前記量子ドットよりも大きい中間層と、
前記中間層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが前記中間層よりも大きい第２障壁層と、
を有する複数の光半導体素子が、配置されたアレイを備え、
前記アレイ内において、各前記光半導体素子の前記第２障壁層の厚さは、前記第１障壁層の厚さが厚い部分では厚く、且つ、前記第１障壁層の厚さが薄い部分では薄くなっており、各前記光半導体素子の前記第２障壁層の厚さの変化と、前記第１障壁層の厚さの変化とが対応している、光センサ。 A first barrier layer;
A quantum dot layer disposed on the first barrier layer and having a plurality of quantum dots, the magnitude of potential energy for carriers being smaller than that of the first barrier layer;
An intermediate layer disposed on the quantum dot layer and having a magnitude of potential energy for carriers smaller than that of the first barrier layer and larger than that of the quantum dots;
A second barrier layer disposed on the intermediate layer and having a magnitude of potential energy for carriers larger than that of the intermediate layer;
A plurality of optical semiconductor elements comprising: an array disposed;
In the array, the thickness of the second barrier layer of each of the optical semiconductor elements is large at a portion where the thickness of the first barrier layer is thick and thin at a portion where the thickness of the first barrier layer is thin. An optical sensor in which a change in thickness of the second barrier layer of each optical semiconductor element corresponds to a change in thickness of the first barrier layer. 前記第２障壁層及び前記第１障壁層は同じ材料を用いて形成される請求項１に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 1, wherein the second barrier layer and the first barrier layer are formed using the same material. 前記第２障壁層のキャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさは、前記第１障壁層と同じである請求項１又は２に記載の光センサ。   3. The optical sensor according to claim 1, wherein the magnitude of potential energy of the second barrier layer with respect to carriers is the same as that of the first barrier layer. 前記量子ドットの側部及び上部を覆い、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが前記中間層よりも大きい第３障壁層を備える請求項１〜３の何れか一項に記載の光センサ。   4. The optical sensor according to claim 1, further comprising a third barrier layer that covers a side portion and an upper portion of the quantum dot and has a potential energy with respect to carriers larger than that of the intermediate layer. 前記第１障壁層と、前記量子ドット層と、前記中間層と、前記第２障壁層とが積層された積層部を複数備える請求項１〜４の何れか一項に記載の光センサ。   5. The optical sensor according to claim 1, comprising a plurality of stacked portions in which the first barrier layer, the quantum dot layer, the intermediate layer, and the second barrier layer are stacked. 第１障壁層と、
前記第１障壁層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、前記第１障壁層よりも小さい複数の量子ドットを有する量子ドット層と、
前記量子ドット層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、前記第１障壁層よりも小さく且つ前記量子ドットよりも大きい中間層と、
前記中間層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが前記中間層よりも大きい第２障壁層と、
を有し、
前記第２障壁層の厚さは、前記第１障壁層の厚さが厚い部分では厚く、且つ、前記第１障壁層の厚さが薄い部分では薄くなっており、前記第２障壁層の厚さの変化と、前記第１障壁層の厚さの変化とが対応している光半導体素子。 A first barrier layer;
A quantum dot layer disposed on the first barrier layer and having a plurality of quantum dots, the magnitude of potential energy for carriers being smaller than that of the first barrier layer;
An intermediate layer disposed on the quantum dot layer and having a magnitude of potential energy for carriers smaller than that of the first barrier layer and larger than that of the quantum dots;
A second barrier layer disposed on the intermediate layer and having a magnitude of potential energy for carriers larger than that of the intermediate layer;
Have
The thickness of the second barrier layer is thicker at a portion where the thickness of the first barrier layer is thicker, and thinner at a portion where the thickness of the first barrier layer is thinner. An optical semiconductor element in which a change in thickness corresponds to a change in thickness of the first barrier layer. 第１障壁層と、
前記第１障壁層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、前記第１障壁層よりも小さい複数の量子ドットを有する量子ドット層と、
前記量子ドット層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが、前記第１障壁層よりも小さく且つ前記量子ドットよりも大きい中間層と、
前記中間層上に配置され、キャリアに対するポテンシャルエネルギーの大きさが前記中間層よりも大きい第２障壁層と、
を有する複数の光半導体素子が配置されたアレイを備え、
前記アレイ内において、各前記光半導体素子の前記第２障壁層の厚さは、前記第１障壁層の厚さが厚い部分では厚く、且つ、前記第１障壁層の厚さが薄い部分では薄くなっており、各前記光半導体素子の前記第２障壁層の厚さの変化と、前記第１障壁層の厚さの変化とが対応している、光センサと、
各光半導体素子が出力する電気信号を読み出す読み出し部と、
を備える光撮像装置。 A first barrier layer;
A quantum dot layer disposed on the first barrier layer and having a plurality of quantum dots, the magnitude of potential energy for carriers being smaller than that of the first barrier layer;
An intermediate layer disposed on the quantum dot layer and having a magnitude of potential energy for carriers smaller than that of the first barrier layer and larger than that of the quantum dots;
A second barrier layer disposed on the intermediate layer and having a magnitude of potential energy for carriers larger than that of the intermediate layer;
Comprising an array in which a plurality of optical semiconductor elements having
In the array, the thickness of the second barrier layer of each of the optical semiconductor elements is large at a portion where the thickness of the first barrier layer is thick and thin at a portion where the thickness of the first barrier layer is thin. An optical sensor in which a change in thickness of the second barrier layer of each optical semiconductor element corresponds to a change in thickness of the first barrier layer;
A readout unit for reading out an electrical signal output from each optical semiconductor element;
An optical imaging device comprising:
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