(57)【要約】【課題】本発明は、冷却をする必要がなく、常温においても高感度の赤外線センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】この目的を達成するために、本発明の赤外線センサは基板２１上に形成されたＮ型ＩｎＳｂ半導体層２２と、この半導体層２２上に形成されたπ（Ｐ−）型ＩｎＳｂ半導体層２３と、この半導体層２３上にトンネル電流が流れる５〜２０ｎｍの厚さを有する絶縁層２４と、金属層２５と構成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成されたＮ型ＩｎＳｂからなる第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成されたπ（Ｐ-）型ＩｎＳｂ層からなる第２の半導体層とを有する赤外線センサであって、前記第２の半導体層上にトンネル電流が流れる５〜２０ｎｍの厚さを有する絶縁層と、前記絶縁層の上に金属層とを有する赤外線センサ。
【請求項２】
基板と、該基板上に形成されたＮ型ＩｎＳｂからなる第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成されたπ（Ｐ-）型ＩｎＳｂ層からなる第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に形成されたＰ型ＩｎＳｂ層からなる第３の半導体層とを有する赤外線センサであって、前記第３の半導体層上にトンネル電流が流れる５〜２０ｎｍの厚さを有する絶縁層と、前記絶縁層の上に金属層とを有する赤外線センサ。
【請求項３】
前記基板の、少なくとも前記第１の半導体層と接する表層部はＰ型シリコンであることを特徴とする請求項１から２に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記表層部の面方位が（１１１）面であることを特徴とする請求項３に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記基板の裏面に赤外線に対する反射防止膜を有することを特徴とする請求項１から４に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記基板の裏面にフレネルレンズを有することを特徴とする請求項１から５に記載の赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を電気信号に変換するための赤外線センサに関し、特に液体窒素やペルチェ素子等による冷却を行なう必要のない量子型赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、赤外線センサは防犯・セキュリティのための人体検出や、非接触温度検出あるいはガス検出等の幅広い範囲で使用されている。これらの赤外線センサは、物体から放出される熱エネルギーによる素子の温度変化を電気信号に変換する熱型赤外線センサと、素子が受けた赤外線エネルギーを直接電気信号に変換する量子型赤外線センサとに大別される。熱型赤外線センサは焦電効果やゼーベック効果を利用するもので波長依存性が小さく、構造が簡単で安価という利点を有するが、感度が低く、応答速度が遅いという欠点がある。一方、量子型赤外線センサはＰＮ接合部またはＰＩＮ接合部を有する半導体からなり、半導体に入射した光量子エネルギー１．２４／λ［ｅＶ］（λ［μｍ］：光波長）が半導体のバンドギャップＥｇより大きい時に、価電子帯にある電子が伝導帯に励起されることにより光起電力を発生するものであり、高感度、高速応答性、さらに静止あるいは温度変化のない物体も検知可能といったすぐれた特長を有するものである。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１５６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩｎＳｂは室温（３００Ｋ）において０．１７［ｅＶ］という小さいバンドギャップＥｇと、７８０００［ｃｍ2／Ｖｓ］という半導体中で最大の電子移動度μeを有するため、ＩｎＳｂを用いたＰＮまたはＰＩＮ接合構造の量子型赤外線センサは波長７．３μｍ以下、特に波長２．５〜４μｍの中赤外線をきわめて効率よく検出できるとされている。しかしながら、このようにバンドギャップＥｇが小さく電子移動度μeが大きいために、価電子帯にある電子が熱エネルギーにより伝導帯に大量に励起される結果、ＩｎＳｂの真性半導体は常温（３００Ｋ）において、４〜５×１０-5［Ωｍ］という、洋白の抵抗率に匹敵するようなきわめて小さい抵抗率ρを示す。このためＩｎＳｂを用いたＰＮまたはＰＩＮ接合構造の量子型赤外線センサの電流−電圧特性は常温においてはダイオード特性を示さず、単なる抵抗体としてふるまうことになり、常温においてＩｎＳｂを用いたＰＮまたはＰＩＮ接合構造の量子型赤外線センサに赤外線を照射しても光起電力を検知できないことになる。そのため、ＩｎＳｂを用いたＰＮまたはＰＩＮ接合構造の量子型赤外線センサは、液体窒素（沸点温度：７７Ｋ）等で冷却しなければ使用できないという問題点があった。
【０００６】
ＰＮ接合構造の量子型赤外線センサを液体窒素等で冷却すると、熱エネルギーにより価電子帯から伝導帯に励起される電子数が常温時より４桁低下するため、順方向バイアス印加でオン、逆方向バイアス印加でオフとなるダイオード特性を示すようになる。逆方向バイアスを印加した状態で、この量子型赤外線センサに赤外線を照射すると、Ｐ層、Ｎ層に電子−正孔対が生成され、Ｐ、Ｎ層間の空乏層内の電界により電子はＮ層伝導帯側に集められるとともに、正孔はＰ層価電子帯側に集められる。これにより、Ｐ層は正に、Ｎ層は負に帯電しＰ層、Ｎ層間に光起電力が生ずることになる。しかしながら、ＩｎＳｂはバンドギャップＥｇが小さいためにＮ層の伝導帯に生成された電子はＰＮ接合間のエネルギー差を乗り越えてＰ層伝導帯側にも拡散するとともに、Ｐ層の価電子帯側に生成された正孔もＰＮ接合間のエネルギー差を乗り越えてＮ層価電子帯側に拡散する結果、Ｐ層、Ｎ層間に発生する光起電力が小さくなり光感度が低下するという問題点があった。同様にして、ＰＩＮ接合構造の量子型赤外線センサにおいても、Ｐ層、Ｎ層、Ｉ層に励起された電子はＮ層伝導帯側だけでなく、Ｐ層伝導帯側にも拡散し、正孔はＰ層価電子帯側とＮ層価電子帯側の両方に拡散する結果、Ｐ層、Ｎ層間に発生する光起電力が小さくなり光感度が低下するという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、冷却が不要であるとともに、光起電力の大きい高感度の量子型赤外線センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、基板と、該基板上に形成されたＮ型ＩｎＳｂからなる第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成されたπ型（Ｐ-）ＩｎＳｂ層からなる第２の半導体層とを有する赤外線センサであって、前記第２の半導体層上にトンネル電流が流れる５〜２０ｎｍの厚さを有する絶縁層と、前記絶縁層の上に金属層とを有するもので、この構成によれば、赤外線センサに逆方向バイアス電圧を印加した場合、すなわち基板に対して金属層を負電位とした場合には、この逆方向バイアス電圧は前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との接合部の抵抗が逆バイアスにより空乏層が拡がるため、増大（高抵抗化）し、前記絶縁層抵抗と前記接合部抵抗で電圧分配されるため、前記絶縁層に印加される電界強度が小さくなるため、前記絶縁層には、トンネル電流が流れない。これにより、常温においても、逆方向電流はきわめて小さい値に留まることになる。そして、この赤外線センサに逆方向バイアス電圧を印加した状態で赤外線を照射すると、第１の半導体層、第２の半導体層に電子−正孔対が生成され、第１、第２の半導体層間の空乏層内の電界により電子は第１の半導体層の伝導帯に集められるとともに、正孔は第２の半導体層の価電子帯に集められる。第２の半導体層の伝導帯に励起された電子あるいは第１、第２の半導体層間のエネルギー差を乗り越えて第２の半導体層の伝導帯に拡散した電子は前記絶縁層にバリアされ、金属層に拡散しないため、基板と金属層間に光起電力が発生して、赤外線を電気信号として出力できることになる。一方、この赤外線センサに順方向バイアス電圧を印加した場合、すなわち基板に対して金属層を正電位とした場合には、この順方向バイアス電圧の大部分は前記絶縁層間に印加され、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間の接合部間電圧は小さくなるため、前記絶縁層にトンネル電流が流れるようになる。これにより、この赤外線センサは常温において、順方向はオン、逆方向にはオフとなるダイオード特性を示すようになり、冷却が不要となるという作用効果を有するものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、基板と、該基板上に形成されたＮ型ＩｎＳｂからなる第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成されたπ（Ｐ-）型ＩｎＳｂ層からなる第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に形成されたＰ型ＩｎＳｂ層からなる第３の半導体層とを有する赤外線センサであって、前記第３の半導体層上にトンネル電流が流れる５〜２０ｎｍの厚さを有する絶縁層と、前記絶縁層の上に金属層とを有するもので、この構成によれば、赤外線センサに逆方向バイアス電圧を印加した場合、すなわち基板に対して金属層を負電位とした場合には、この逆方向バイアス電圧は実質的に前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との接合部が逆バイアスにより空乏層が拡がり高抵抗化すると共に、元々、前記第２の半導体層は、高抵抗であり、前記第１の半導体層、第２の半導体層、第３の半導体層並びに前記絶縁層も含め、一様になだらかな電界が印加された状態になり、前記絶縁層に印加される電界強度が小さくなるため、前記絶縁層には、トンネル電流が流れない。これにより、常温においても、逆方向電流はきわめて小さい値に留まることになる。そして、この赤外線センサに逆方向バイアス電圧を印加した状態で赤外線を照射すると、第１の半導体層、第２の半導体層、第３の半導体層に電子−正孔対が生成され、第１、第２の半導体層間の空乏層および第２、第３の半導体層間の空乏層内の電界により電子は第１の半導体層側へ、正孔は第３の半導体層へ集められるため、きわめて効率よく赤外線を検知できるという作用効果を有する。さらに、第３の半導体層の伝導帯に励起された電子あるいは第２、第３の半導体層間のエネルギー差を乗り越えて第３の半導体層の伝導帯に拡散した電子は前記絶縁層にバリアされ、金属層に拡散しないため、基板と金属層間に光起電力が発生して、赤外線を電気信号として出力できることになる。一方、この赤外線センサに順方向バイアス電圧を印加した場合、すなわち基板に対して金属層を正電位とした場合には、この順方向バイアス電圧の大部分は前記絶縁層間に印加され、前記第１、第２の半導体層間の接合部間電圧および前記第２、第３の半導体層間の接合部電圧は小さくなるため、前記絶縁層にトンネル電流が流れるようになる。これにより、この赤外線センサは常温において、順方向はオン、逆方向にはオフとなるダイオード特性を示すようになり、冷却が不要となるという作用効果を有するものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、特に、前記基板の、少なくとも前記第１の半導体層と接する表層部はＰ型シリコンであることを特徴とするもので、この構成によれば、基板表層部を高抵抗化でき、基板に流れるリーク電流を低減できるという作用効果を有するものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、特に、前記表層部のＰ型シリコンの面方位が（１１１）面であることを特徴とするもので、この構成によれば、この面方位がＩｎＳｂの稠密面である（１１１）と一致するため、ＩｎＳｂ薄膜が成長し易いという作用効果を有するものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、特に、前記基板の裏面に赤外線に対する反射防止膜を有することを特徴とするもので、この構成によれば、基板裏面における赤外線の反射が抑止されるため、赤外線が効率よく半導体層に到達するため高感度の赤外線センサを提供できるという作用効果を有するものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、特に、前記基板の裏面にフレネルレンズを有することを特徴とするもので、この構成によれば、赤外線を半導体層内に集中させることができるため、さらに高感度の赤外線センサを提供できるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明は、基板と、該基板上に形成されたＮ型ＩｎＳｂからなる第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成されたπ型（Ｐ-）ＩｎＳｂ層からなる第２の半導体層とを有する赤外線センサであって、前記第２の半導体層上にトンネル電流が流れる５〜２０ｎｍの厚さを有する絶縁層と、前記絶縁層の上に金属層とを有するように構成したもので、冷却が不要であるとともに、光起電力の大きい高感度の量子型赤外線センサを提供できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における赤外線センサの断面図
【図２】（ａ）同センサの無バイアス時におけるエネルギーバンドを表わす模式図、(ｂ) 同センサの逆バイアス時におけるエネルギーバンドを表わす模式図、（ｃ）同センサの順バイアス時におけるエネルギーバンドを表わす模式図
【図３】本発明の実施の形態２における赤外線センサの断面図
【図４】本発明の実施の形態３における赤外線センサの断面図
【図５】本発明の実施の形態４における赤外線センサの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における赤外線センサ２０の断面図である。図１において、２１は基板、２２は該基板２１上に形成されたＮ型ＩｎＳｂからなる第１の半導体層、２３は前記第１の半導体層２２上に形成されたπ型（Ｐ-）ＩｎＳｂ層からなる第２の半導体層、２４は前記第２の半導体層２３上に形成された絶縁層、２５は前記絶縁層２４の上に形成された金属層、２６は第１の半導体層２２上に設けられた電極である。
【００１８】
基板２１は抵抗率ρが１０００Ω・ｃｍ以上のＰ型シリコン、または前記第１の半導体層２２と接する表層部が抵抗率ρ１０００Ω・ｃｍ以上のＰ型シリコンからなるＳＯＩ（Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ）基板、ＳＯＳ（Ｓｉ／サファイア）基板とすることが望ましい。これは基板表層部を高抵抗化でき、基板に流れるリーク電流を低減できるためである。さらに、前記Ｐ型シリコンの面方位を（１１１）とすることが望ましい。これはこの面方位がＩｎＳｂの稠密面である（１１１）と一致し、ＩｎＳｂ薄膜が成長し易いためである。第１の半導体層２２は前記基板２１上にＭＢＥ法により形成した厚み１〜３μｍのＮ型ＩｎＳｂで、ＩｎＳｂにはＳｎが高濃度、たとえば７×１０18原子／ｃｍ3ドープされている。第２の半導体層２３は前記第１の半導体層２２上にＭＢＥ法により形成した厚み１〜３μｍのπ型（Ｐ-）ＩｎＳｂ層で、ＩｎＳｂにＺｎが低濃度、たとえば７×１０16原子／ｃｍ3ドープされている。絶縁層２４としてはＡｌＯx、ＳｉＯ2等の一般的な絶縁材料を用いることができるが、バンドギャップが３．１ｅＶ以上のいわゆるワイドギャップ半導体であるＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ等も、赤外線および可視光に対して透明となるとともに、その抵抗率が絶縁材料と等価であるために本発明の絶縁層２４として選択することができる。絶縁層２４は前記第２の半導体層２３上にＡＬＤ（原子層堆積）法、プラズマＣＶＤ法などにより形成が可能で、その厚みは前記第２の半導体層２３／絶縁層２４／金属層２５間にトンネル電流が流れる、いわゆるトンネルＭＩＳ接合を形成するように、５〜２０ｎｍとしている。これは絶縁層２４の厚みが５ｎｍ以下となると、ＡｌＯx、ＳｉＯ2等の絶縁物が前記第２の半導体層２３の表面上に島状に点在して堆積するため、前記第２の半導体層２３と金属層２５が直接接触したり、耐圧が低いなどの問題を生じる。絶縁層２４の厚みが２０ｎｍ以上になると、後述のトンネル電流が流れにくくなるためである。金属層２５は前記絶縁層２４を介して前記第２の半導体層２３との間にショットキーバリアが形成されないよう、金属層２５の仕事関数φＭが前記第２の半導体層２３の仕事関数φｓである略４．６８ｅＶより大きいまたは、仕事関数差が小さいことが望ましく、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、Ｐｔ等が使用できる。また、電極２６は前記第１の半導体層２２上に形成されたオーミック電極であり、電極２６の仕事関数φＭが前記第１の半導体層２２の仕事関数φｓである略４．５ｅＶより小さいか差が小さい程望ましく、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｌ等が使用できる。なお、前記金属層２５の上にさらにＡｕ、Ｃｕ等の導電性の良好な金属層を設けてもよい。
【００１９】
図２（ａ）は赤外線センサ２０の無バイアス時、すなわちバイアス電圧０におけるエネルギーバンドを示す模式図、図２（ｂ）は赤外線センサ２０に逆バイアスを印加したときのエネルギーバンドを示す模式図、図２（ｃ）は赤外線センサ２０に順バイアスを印加したときのエネルギーバンドを示す模式図である。図２（ａ）において、赤外線センサ２０にはバイアス電圧が印加されていないため、フェルミ電位ＥFは第１の半導体層２２、第２の半導体層２３、金属層２５において同一レベルにあり、絶縁層２４の両側にも電位差は生じていない。図２（ｂ）において、赤外線センサ２０に印加された逆バイアスＶｒは実質的に前記第１の半導体層２２と前記第２の半導体層２３との接合部（空乏層）と前記絶縁層２４の双方に印加されるため、実質上、前記絶縁層２４に印加される電界強度が低下するため、前記絶縁層２４にはトンネル電流が流れない。これにより、常温においても、逆方向電流はきわめて小さい値に留まることになる。そして、この赤外線センサ２０に逆方向バイアス電圧を印加した状態で図１に示す矢印の方向に赤外線を照射すると、前記第１の半導体層２２、第２の半導体層２３に電子−正孔対が生成され、前記第１の半導体層２２と前記第２の半導体層２３との接合部（空乏層）内の電界により電子は第１の半導体層２２の伝導帯に集められるとともに、正孔は第２の半導体層２３の価電子帯に集められる。また、第２の半導体層２３の伝導帯に励起された電子あるいは前記第１の半導体層２２と前記第２の半導体層２３間のエネルギー差を乗り越えて第２の半導体層２３の伝導帯に拡散した電子は前記絶縁層にバリアされ、金属層に拡散しないため、基板と金属層間に光起電力が発生して、赤外線を電気信号として出力できることになる。図２（ｃ）において、赤外線センサ２０に印加された順方向バイアス電圧は前記第１の半導体層２２と前記第２の半導体層２３との間の接合部間電圧Ｖ１と、前記絶縁層２４間電圧Ｖ２とに分割して印加されるが、順方向バイアスの場合には前記Ｖ１は前記Ｖ２に比べて小さくなるため、絶縁層２４間に大きな電界が印加される結果、絶縁層２４にトンネル電流が流れるようになる。これにより、この赤外線センサ２０は常温において、順方向はオン、逆方向にはオフとなるダイオード特性を示すようになり、冷却を不要とすることができるという効果が得られるものである。
【００２０】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における赤外線センサ３０の断面図である。なお、本発明の実施の形態２における赤外線センサ３０においては、上記した本発明の実施の形態１における赤外線センサ２０の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図３において、本発明の実施の形態２における赤外線センサ３０が上記した本発明の実施の形態１における赤外線センサ２０と相違する点は、前記第２の半導体層２３上にＰ型ＩｎＳｂ層からなる第３の半導体層３１とを有し、該第３の半導体層３１上にトンネル電流が流れる５〜２０ｎｍの厚さを有する絶縁層２４と、前記絶縁層の上に金属層３２とを有する点である。前記第３の半導体層３１は前記第２の半導体層２３上にＭＢＥ法により形成した厚み１〜３μｍのＰ型ＩｎＳｂ層で、ＩｎＳｂにＺｎが高濃度、たとえば３×１０18原子／ｃｍ3ドープされている。金属層３２は前記絶縁層２４を介して前記第３の半導体層３１との間にショットキーバリアが形成されないよう、金属層３２の仕事関数φＭが前記第３の半導体層３１の仕事関数φｓである略４．７２ｅＶより大きいことが望ましく、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等が使用できる。なお、前記金属層３２の上にさらにＡｕ、Ｃｕ等の導電性の良好な金属層を設けてもよい。
【００２１】
赤外線センサ３０に印加された逆バイアス電圧を印加したとき、このバイアス電圧は実質的に前記第１の半導体層２２と前記第２の半導体層２３との接合部（空乏層）と、前記第２の半導体層２３と前記第３の半導体層３１との接合部（空乏層）および、高抵抗な前記第２の半導体層２３、前記絶縁層２４に一様になだらかに掛かる状態となり、前記絶縁層２４に印加される電界強度が小さくなるため、前記絶縁層２４にはトンネル電流が流れない。これにより、常温においても、逆方向電流はきわめて小さい値に留まることになる。そして、この赤外線センサ３０に逆方向バイアス電圧を印加した状態で図１に示す矢印の方向に赤外線を照射すると、前記第１の半導体層２２、第２の半導体層２３、第３の半導体層３１に電子−正孔対が生成され、第１の半導体層２２と第２の半導体層２３間の空乏層および第２の半導体層２３と第３の半導体層３１間の空乏層内の電界により電子は第１の半導体層側へ、正孔は第３の半導体層へ集められるため、きわめて効率よく赤外線を検知できる。さらに、第３の半導体層３１の伝導帯に励起された電子あるいは第２の半導体層２３と第３の半導体層３１間のエネルギー差を乗り越えて第３の半導体層３１の伝導帯に拡散した電子は前記絶縁層２４にバリアされ、金属層３２に拡散しないため、電極２６と金属層３２間に光起電力が発生して、赤外線を電気信号として出力できることになる。赤外線センサ３０に印加された順方向バイアス電圧は前記第１の半導体層２２と前記第２の半導体層２３との接合部間電圧Ｖ１と、前記第２の半導体層２３と前記第３の半導体層３１との接合部間電圧Ｖ２と、前記絶縁層２４間電圧Ｖ３とに分割して印加されるが、順方向バイアスの場合には前記Ｖ１、Ｖ２は前記Ｖ３に比べて小さくなるため、絶縁層２４間に大きな電界が印加される結果、絶縁層２４にトンネル電流が流れるようになる。これにより、この赤外線センサ３０は常温において、順方向はオン、逆方向にはオフとなるダイオード特性を示すようになり、冷却を不要とすることができるという効果が得られる。
【００２２】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における赤外線センサ４０の断面図である。なお、本発明の実施の形態３における赤外線センサ４０においては、上記した本発明の実施の形態１における赤外線センサ２０の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図４において、本発明の実施の形態３における赤外線センサ４０が上記した本発明の実施の形態１における赤外線センサ２０と相違する点は、基板２１の裏面に赤外線に対する反射防止膜４１を有する点である。
【００２３】
反射防止膜４１を単層で構成する場合には、反射防止膜の厚みをｄ、光波長λにおける屈折率をｎ1、基板２１の光波長λにおける屈折率をｎ2としたとき、ｎ1ｄ＝λ／４、ｎ1＝（ｎ2）1/2を満たすことが望ましく、ＳｉＯやＤＬＣ（硬質炭素膜）等が適用可能である。また、反射防止膜４１を多層で構成する場合には、ＳｉＯ2／Ｔａ2Ｏ5やＳｉＯ2／ＴｉＯ5等が適用可能である。本発明の実施の形態３における赤外線センサ４０においては、基板２１の裏面に反射防止膜を有するため、基板２１の裏面における赤外線の反射が防止され、第１の半導体層２２と第２の半導体層２３に効率よく赤外線が到達するため、高感度の赤外線センサが構成できるという効果が得られるものである。なお、反射防止膜４１を本発明の実施の形態２における赤外線センサ３０の基板２１の裏面に設けても同様の効果が得られるものである。
【００２４】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４における赤外線センサ５０の断面図である。なお、本発明の実施の形態４における赤外線センサ５０においては、上記した本発明の実施の形態１における赤外線センサ２０の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。図５において、本発明の実施の形態４における赤外線センサ５０が上記した本発明の実施の形態１における赤外線センサ２０と相違する点は、基板２１の裏面にフレネルレンズ５１を有する点である。特に基板２１がシリコンからなる場合には、このフレネルレンズ５１は公知のフォトリソグラフィー技術を用いて形成することができる。本発明の実施の形態４における赤外線センサ５０においては、基板２１の裏面に形成したフレネルレンズ５１により基板２１に入射した赤外線が第１の半導体層２２と第２の半導体層２３に集束されるため、さらに高感度の赤外線センサが構成できるという効果が得られるものである。なお、フレネルレンズ５１を本発明の実施の形態２における赤外線センサ３０の基板２１の裏面に設けても同様の効果が得られるものである。また、本発明の実施の形態４における赤外線センサ５０のフレネルレンズ５１の表面に反射防止膜を形成すれば、フレネルレンズ５１の表面における赤外線の反射が防止され、さらに高感度の赤外線センサが構成できる。また、本発明の実施の形態２における赤外線センサ３０の基板２１の裏面にフレネルレンズ５１を形成し、このフレネルレンズ５１の表面に反射防止膜を形成すれば、さらに高感度の赤外線センサが構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る赤外線センサは冷却が不要であるとともに、光起電力の大きい高感度の量子型赤外線センサを提供できるという効果を有するものであり、特に、人体検出装置や、非接触温度検出装置あるいはガス検出装置等で赤外線を検出する赤外線センサとして有用なものである。
【符号の説明】
【００２６】
２０、３０、４０、５０  赤外線センサ
２１  基板
２２  第１の半導体層
２３  第２の半導体層
２４  絶縁層
２５  金属層
３１  第３の半導体層
３２  金属層
【図１】
2014123593.tif 000003
【図２】
2014123593.tif 000004
【図３】
2014123593.tif 000005
【図４】
2014123593.tif 000006
【図５】
2014123593.tif 000007