(57)【要約】      （修正有）【課題】多重量子井戸へ入射する赤外線強度の低下を防止し、光検出器の感度を向上する。【解決手段】光検出器１０は、不純物がドープされていない基板１６と、基板１６に対して垂直に延びる量子井戸層及び障壁層とを含む量子井戸構造１５と、基板１６に対して水平な方向から量子井戸構造１５を挟み込む一対の電極層１７ａ，１７ｂと、を有する。【選択図】図３
2014029940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物がドープされていない基板と、
前記基板に対して垂直に延びる量子井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造と、
前記基板に対して水平な方向から前記量子井戸構造を挟み込む一対の電極層と、
を有することを特徴とする光検出器。
【請求項２】
前記基板は、所定の結晶面から一定の方向に階段状に傾斜した傾斜基板であることを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記量子井戸構造は、前記量子井戸層と前記障壁層が、前記基板と水平な方向に周期的に繰り返される多重量子井戸であり、
前記多重量子井戸の周期は、前記傾斜基板のテラス幅の１／ｎ（ｎは自然数）倍であることを特徴とする請求項２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記量子井戸構造の上部に、前記基板に対して水平に反射体が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光検出器。
をさらに有することを特徴とする前記基板に対して
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光検出器がアレイ状に配置された撮像素子アレイと、
前記撮像素子アレイに電気的に接続される回路基板と、
を有する撮像装置。
【請求項６】
不純物がドープされていない基板上に、前記基板と垂直方向に伸びる量子井戸層と障壁層とが前記基板と水平な方向に周期的に繰り返される多重量子井戸層を形成し、
前記多重量子井戸層の所定の箇所に不純物を注入して、一定の周期数の多重量子井戸に隣接する一対の電極層を形成する、
工程を含むことを特徴とする光検出器の製造方法。
【請求項７】
前記多重量子井戸層は、ステップフロー成長モードを利用して、分数層超格子構造を繰り返し形成することによって、前記基板と垂直方向に形成されることを特徴とする請求項５に記載の光検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出器とこれを用いた撮像装置、及び光検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子井戸型赤外線検出器（ＱＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photo-detector）は、入射光を吸収した場合に流れる電流を捕えることによって光を検知するタイプの光検知器である。近年、ＱＷＩＰを用いた撮像素子（ＦＰＡ：Focal Plane Array）の高画質化の要求が高まっている。高画素化に伴い画素面積が小さくなるため、検出器の感度の向上が求められている。
【０００３】
図１に示すように、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のＱＷＩＰでは、キャリアのエネルギーに対してＡｌＧａＡｓがポテンシャル障壁として作用する。ＧａＡｓはポテンシャル井戸として作用し、ＧａＡｓ量子井戸の内部に離散的に量子準位が形成される。この量子準位間のエネルギー差が検出可能な光の波長に相当することになる。光が入射されるとキャリアが励起され、信号電流として検出される。
【０００４】
図２は、従来のＱＷＩＰ１００の断面図である。ＱＷＩＰ１００の量子井戸構造としては水平積層が一般的であり、障壁層１０３と量子井戸層１０２が基板１０６の表面と水平に形成されている（たとえば、特許文献１参照）。基板１０６上に、バッファ層１０８を介して、下部電極層１０７ａが形成され、下部電極層１０７ａ上に、障壁層１０２と、量子井戸層１０３が交互に積層されて多重量子井戸１０５が形成される。多重量子井戸１０５上には、上部電極層１０７ｂが形成され、その最表面に入射赤外線を乱反射させる光結合構造１０４が形成されている。上部電極層１０７ｂと下部電極層１０７ａ上には電圧印加用の電極１０９が形成されている。
【０００５】
赤外線は、基板に垂直に入射する。従来の赤外線検出器では、入射した赤外線は量子井戸と水平方向のみ電界成分を持つため、多重量子井戸１０５にて赤外線の吸収は起こらない。入射赤外線は、基板１０６、下部の電極層１０７ａ、多重量子井戸１０５、上部電極層１０７ｂを通過し、最表面の光結合構造１０４で乱反射される。乱反射された赤外線には量子井戸と垂直方向の電界成分が生じ、反射された赤外線が多重量子井戸１０５に再入射することにより、量子井戸層１０３で赤外線の吸収が起こる。量子井戸内のキャリアは励起され光電流として電極１０７ａ、１０７ｂ間を流れる。この光電流を検出することによって赤外線を検出することができる。
【０００６】
従来の赤外線検出器では、赤外線は受光層である多重量子井戸１０５へ入射するまでに電極層１０７ａ、１０７ｂを通過する。不純物がドーピングされた電極層１０７ａ、１０７ｂでは、自由キャリア吸収により赤外線の一部が吸収される（たとえば、非特許文献１参照）。その結果、多重量子井戸１０５に入射する赤外線強度が減少し、流れる光電流が低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１９８８４９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Physical Review, Volume 114, Number 1, pp.59-63 (1959)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、多重量子井戸へ入射する赤外線強度の低下を防止し、入射赤外線に対して流れる光電流量を従来よりも増加させて、光検出器の感度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１観点によると、光検出器は、
不純物がドープされていない基板と、
前記基板に対して垂直に延びる量子井戸層と障壁層を含む量子井戸構造と、
前記基板に対して水平な方向から前記量子井戸構造を挟み込む一対の電極層と、
を有する。
【発明の効果】
【００１１】
多重量子井戸に入射する赤外線の強度低下を防止して光電流を増加させ、光検出器の感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】量子井戸でのキャリアの励起と光電流の発生を示す模式図である。
【図２】従来の水平積層型の多重量子井戸構造を示す図である。
【図３】実施例１の光検出器の概略構成図である。
【図４】実施例１の光検出器の製造工程図である。
【図５】図４の工程に引き続く光検出器の製造工程図である。
【図６】図５の工程に引き続く光検出器の製造工程図である。
【図７】実施例２の光検出器の概略構成図である。
【図８】実施例２の光検出器の製造工程図である。
【図９】図８の工程に引き続く光検出器の製造工程図である。
【図１０】図９の工程に引き続く光検出器の製造工程図である。
【図１１】図１０の工程に引き続く光検出器の製造工程図である。
【図１２】実施例３の撮像装置の概略構成図である。
【図１３】図１２の撮像装置の製造工程図である。
【図１４】図１３の工程に引き続く撮像装置の製造工程図である。
【図１５】図１４の工程に引き続く撮像装置の製造工程図である。
【図１６】図１５の工程に引き続く撮像装置の製造工程図である。
【図１７】図１６の工程に引き続く撮像装置の製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下で、図面を参照して発明の実施形態を説明する。実施形態の光検出器とこれを用いた撮像装置は、量子井戸層と障壁層を基板の表面に対して垂直に配置した垂直型の多重量子井戸構造を採用する。電極層は、垂直配置の多重量子井戸を横方向、すなわち基板と水平な方向から挟み込む。この構成により、光検出器への入射光は不純物がドープされた電極層を通過することなく、多重量子井戸に入射することができる。また、多重量子井戸への入射時にすでに多重量子井戸と垂直な方向への電界成分を有するため、光結合構造が不要となる。
【実施例１】
【００１４】
図３は、実施例１の光検出器１０の概略断面図である。光検出器１０は特定波長の赤外光線に対して吸収ピークを有する赤外線検出器１０である。
【００１５】
半導体基板１６上にバッファ層１８を介して、下部障壁層２２が形成され、下部障壁層２２上に、多重量子井戸１５が配置されている。多重量子井戸１５では、障壁層１２と量子井戸層１３が基板１６と垂直な方向に形成されている。光電流を取り出すための電極層１７ａ、１７ｂは、多重量子井戸１５を横方向（基板１６と水平な方向）から挟み込んでいる。電極層１７ａ、１７ｂ上にオーミック電極１４ａ、１４ｂがそれぞれ形成されている。多重量子井戸１５上に、上部障壁層２３が形成され、上部障壁層２３の最表面に反射体２５が形成されている。実施例１では、反射体２５は、たとえば高反射率の金属反射膜２５である。
【００１６】
赤外線は、基板１６に垂直に入射する。図３の構成では、障壁層１２と量子井戸層１３の周期的なパターンは基板１６と水平な方向に繰り返されるため、入射した赤外線は多重量子井戸１５と垂直方向に電界成分を有する。電極層１７ａと１７ｂの間に電圧が印加された状態で赤外線検出器１０に赤外線が入射すると、多重量子井戸１５で赤外線の吸収が起こり、励起されたキャリアが走行して光電流が流れる。
【００１７】
赤外線検出器１０に流れる光電流Ｉｐは、式（１）で表わされる。
【００１８】
【数１】
2014029940.tif 000003
ここで、ｅは素電荷、Φｓは入射する赤外線強度、ηは量子効率、ｇはゲインである。式（１）からわかるように、光電流は入射する赤外線の強度と比例関係にある。
【００１９】
図３の構成では、赤外線が多重量子井戸１５に入射するまでの経路に、不純物をドープした電極層１７ａ、１７ｂが位置しないため、自由キャリア吸収による赤外線の吸収を防止することができる。多重量子井戸１５へ入射する赤外線の強度が、従来の水平型多重量子井戸と比較して高くなり、光電流が増加する。したがって、赤外線検出器１０の感度が向上する。
【００２０】
さらに、上部障壁層２３上に形成した反射膜２５で赤外線が反射されるので、多重量子井戸（光吸収層）１５を通過する赤外線の光路長が長くなり、さらに感度が向上する。
【００２１】
図３の構成は、入射赤外線が電極層を介さずに直接多重量子井戸１５に入射する、光結合構造を用いなくても赤外線を検出できる、反射膜２５により多重量子井戸１５での赤外線の光路長を増大できる、という効果を有する。
【００２２】
図４〜図６は、図３の赤外線検出器１０の製造工程図である。実施例では、赤外線検出器１０を、たとえば分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）を用いて作製する。
【００２３】
図４（ａ）で、半導体基板１６上にバッファ層１８を形成する。半導体基板１６は、例えばＧａＡｓの微傾斜基板である。基板１６の表面は、例えば（１００）面から［０−１１］方向に０．５°程度傾斜している。このため、半導体基板１６の表面には、テラス幅「ｗ」が約３２ｎｍの微細なステップが存在する。バッファ層１８は、例えば真性ＧａＡｓで形成され、その厚さは１００ｎｍ程度である。バッファ層１８の表面には、基板１６のステップを反映するステップが存在する。
【００２４】
図４（ｂ）で、ＧａＡｓバッファ層１８上に、例えば真性Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓの下部障壁層２２を５０ｎｍ形成する。下部障壁層２２の表面には、基板１６のステップを反映するステップが存在する。
【００２５】
次に、多重量子井戸１５を基板１６と垂直に形成する。垂直型の多重量子井戸１５は、ステップフロー成長モードを利用し、分数層超格子構造を繰り返し作製することにより形成される。具体例として、図４（ｃ）で、真正ＧａＡｓ量子井戸層１３がステップの端部から５ｎｍの幅「ｗ１」に相当する分だけ成長するように、ＧａとＡｓを供給する。ウェハの表面は、ＧａＡｓ基板１６のステップを反映するステップが存在するため、供給された原料は、ウェハ表面を十分に拡散し、ステップエッジに取り込まれる。このため、ＧａＡｓ量子井戸層１３が各ステップの側面に沿って形成される。ＧａＡｓの成長速度は、たとえば０．３μｍ／ｈ、成膜温度は６００℃である。
【００２６】
次いで、図５（ａ）で、真正ＡｌＧａＡｓ障壁層１２を形成する。例えば真正Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓ層１２が、ＧａＡｓ量子井戸層１３の端部から２７ｎｍの幅「ｗ２」に相当する分だけ成長するように、原料を供給する。量子井戸層１３と同様に、供給された材料は、ウェハ表面を十分に拡散し、ステップエッジに取り込まれる。このため、Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓの障壁層１２が量子井戸層１３の側面に沿って形成される。
【００２７】
図５（ｂ）で、ステップフロー成長モードを利用して、多重量子井戸１５の厚さが２０００ｎｍになるまで、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの分数層超格子を繰り返し形成する。量子井戸層１３と障壁層１２からなる分数層超格子の１周期が、ＧａＡｓ基板１６の表面に存在するステップ幅「ｗ」と同じになっており、多重量子井戸１５はＧａＡｓ基板１６の表面に対して、垂直に形成される。
【００２８】
次に、図５（ｃ）で、例えば真性Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓの上部障壁層２３を５０ｎｍ形成する。上部障壁層２３上に高反射率の反射膜２５をたとえばＡｕで形成する。反射膜２５上に、所定の形状の開口を有するレジストマスク２７を形成する。
【００２９】
図６（ａ）で、レジストマスク２７（図５（ｃ）参照）を用いて、反射膜２５とＡｌＧａＡｓ障壁層２３の一部をエッチングする。エッチング後、イオン注入法により、開口内に例えばＳｉを注入し、電子濃度が１×１０１８ｃｍ−３のｎ型電極層１７ａ、１７ｂを基板１６と垂直な方向に形成する。その後、レジストマスク２７を除去する。
【００３０】
次に、図６（ｂ）で、ｎ型電極層１７ａ、１７ｂの上に、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極１４ａ、１４ｂを形成する。これにより、赤外線検出器１０を得ることができる。
【００３１】
図３の構成および図４〜図６の製造方法によれば、感応ピーク波長が約１４μｍの赤外線検出器１０として効果が期待できる。図２の従来の赤外線検出器１００において、散乱された赤外線が多重量子井戸（受光層）１０５へ再入射する時点での赤外線強度Φは、式（２）で見積もることができる。
【００３２】
【数２】
2014029940.tif 000004
ここで、Φ０は検出器に入射する赤外線強度、αは電極層における赤外線の吸収係数、Ｌは赤外線が電極層を透過する距離である。従来の赤外線検出器１００で、電極層１０７ａ、１０７ｂのキャリア濃度はｎ＝２×１０１８ｃｍ−３、αは５５０ｃｍ−１、赤外線が透過する電極層１０７ａ、１０７ｂの厚さは約２μｍとすると、散乱された赤外線が多重量子井戸（受光層）１０５へ入射する時点での赤外線強度Φと、検出器１００に入射する赤外線強度Φ０の比は、
【００３３】
【数３】
2014029940.tif 000005
となる。
【００３４】
これに対し、実施例１の赤外線検出器１０では、入射する赤外線の強度は電極層１７ａ、１７ｂでの自由キャリア吸収の影響を受けないので、多重量子井戸１５に入射する赤外線強度は、従来構成に比べて約１０％増加する。光電流も１０％増加する。
【００３５】
本発明は、上述した実施例に限定されない。下部障壁層２２と上部障壁層２３のＡｌ組成はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）の範囲で適宜選択することができる。また、量子井戸層１３の形成時に、Ｓｉを同時に供給してｎ型ＧａＡs量子井戸層１３としてもよい。また、半導体基板１６としてＩｎＰ基板を用い、量子井戸層１３をＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）、障壁層１２をＩｎＰとしてもかまわない。各層の成膜は、分子線エピタキシーに代えて、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）を用いてもよい。
【００３６】
分数層超格子の１周期の幅（ｗ１＋ｗ２）は、基板１６のステップ幅「ｗ」の１／ｎ倍であってもかまわない（ｎ＝１，２，・・・）。半導体基板１６の傾斜の程度は０．５°に限定されない。また、（１００）面を基準としたときに［０−１−１］方向に傾斜した半導体基板であってもよい。（１００）面から［１１０］方向に傾斜した基板であってもよい。かまわない。キャリアが電子である必要はなく、正孔をキャリアとして用いてもよい。この場合、量子井戸層１３に注入する不純物としてＢｅ等を用いることができる。
【実施例２】
【００３７】
図７は、実施例２の赤外線検出器３０の概略断面図である。実施例２では、反射体として、上部障壁層２３上に分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３９を配置する。実施例２においても、多重量子井戸３５を構成する量子井戸層３３と障壁層３２は、基板に１６対して垂直な方向に形成される。
【００３８】
赤外線検出器３０は、半導体基板１６上にバッファ層１８を介して、下部障壁層２２が形成され、下部障壁層２２上に多重量子井戸３５が配置されている。多重量子井戸３５では、障壁層３２と量子井戸層３３が基板１６と垂直な方向に形成されている。光電流を取り出すための電極層１７ａ、１７ｂが、多重量子井戸３５を横方向（基板１６と水平な方向）から挟んでいる。電極層１７ａ、１７ｂ上にオーミック電極１４ａ、１４ｂがそれぞれ形成されている。多重量子井戸３５上に、上部障壁層２３が形成され、上部障壁層２３上に、分布型ブラッグ反射器３９が形成されている。
【００３９】
赤外線は、基板１６に垂直に入射する。図７の構成では、障壁層３２と量子井戸層３３の挟み込みパターンは基板１６と水平な方向に繰り返され、入射する赤外線は量子井戸３５と垂直方向に電界成分を有する。電極層１７ａ、１７ｂの間に電圧が印加された状態で赤外線検出器３０に赤外線が入射すると、光結合構造がなくても多重量子井戸３５にて赤外線の吸収が起こり、励起されたキャリアが走行して光電流が流れる。
【００４０】
多重量子井戸３５を透過した赤外線は、分布型ブラッグ反射器３９により高い反射率で反射され、多重量子井戸３５へ再入射する。再入射した赤外線は多重量子井戸３５と垂直方向に電界成分を持ち、多重量子井戸３５にてさらなる赤外線の吸収が起こる。
【００４１】
従来の赤外線検出器１００の多重量子井戸（受光層）１０５での感応ピーク波長の吸収係数αが１０００ｃｍ−１程度であるので、分布型ブラッグ反射器３９を用いることにより多重量子井戸１５の厚さを約１／２にすることができる。また、赤外線が多重量子井戸３５に入射するまでの経路に電極層１７ａ、１７ｂがないため、電極層１７ａ、１７ｂで自由キャリア吸収による赤外線吸収が生じない。多重量子井戸３５へ入射する赤外線強度が従来の構成と比べて増加し、光電流が増大する。その結果、赤外線検出器３０の感度が向上する。
【００４２】
図８〜図１２は、実施例２の赤外線検出器３０の製造工程図である。赤外線検出器３０は、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法を用いて作製される。図８（ａ）〜図８（ｃ）の工程は、実施例１の図４（ａ）〜図４（ｃ）の工程と同様である。半導体基板１６として、例えばＧａＡｓの微傾斜基板１６を用いる。図８（ａ）に示すように、基板１６の表面は、例えば（１００）面から［０−１１］方向に０．５°程度傾斜している。このため、半導体基板１６の表面には、テラス幅「ｗ」が約３２ｎｍの微細なステップが存在する。
【００４３】
基板１６上に、バッファ層１８が形成されている。バッファ層１８は、例えば真性ＧａＡｓ層であり、膜厚は１００ｎｍ程度である。バッファ層１８の表面にも、ＧａＡｓ基板１６のステップを反映するステップが存在する。
【００４４】
図８（ｂ）で、バッファ層１８上に、例えば真性Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓの障壁層２２を５０ｎｍ成膜する。障壁層２２の表面に、半導体基板のステップを反映するステップが存在する。
【００４５】
図８（ｃ）で、多重量子井戸構造を基板に垂直に形成する。ステップフロー成長モードを利用し、分数層超格子構造を繰り返し作製することにより形成する。例えば、真性ＧａＡｓからなる量子井戸層３３が、ステップの端部から５ｎｍの幅「ｗ１」に相当する分、成長するように原料を供給する。この時、ウェハ表面は、ＧａＡｓ基板１６のステップを反映するステップが存在するため、供給された材料は、ウェハ表面を十分に拡散し、ステップエッジに取り込まれる。これにより、ＧａＡｓからなる量子井戸層３３が各ステップの側面に沿って形成される。
【００４６】
図９（ａ）で、例えば真性Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓ障壁層３２を、ＧａＡｓ量子井戸層３３のステップ端から２７ｎｍの幅「ｗ２」に相当する分、成長するように原料を供給する。量子井戸層３３と同様に、供給された材料は、基板表面を十分に拡散し、ステップエッジに取り込まれる。このため、Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓからなる障壁層３２が量子井戸層３３の側面に沿って形成される。
【００４７】
図９（ｂ）で、ステップフロー成長モードを利用して、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの分数層超格子の形成を、多重量子井戸３５の厚さ「ｄ」が１０００ｎｍとなるまで繰り返す。この厚さは、従来構造の多重量子井戸の厚さの約１／２である。量子井戸層３３と障壁層３２からなる分数層超格子の１周期（ｗ１＋ｗ２）が、ＧａＡｓ基板１６の表面に存在するステップ幅「ｗ」と同じになっており、多重量子井戸３５を構成する量子井戸層３３と障壁層３２は、ＧａＡｓ基板１６の表面に対して垂直に形成される。
【００４８】
図１０（ａ）で、例えば真性Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓの上部障壁層２３を５０ｎｍ形成する。
【００４９】
図１０（ｂ）で、分布型ブラッグ反射器３９を形成する。感応波長をλとした時、例えば膜厚λ／４のＡｌＡｓ層と、膜厚λ／４のＧａＡｓ層を交互に積層し、１周期の光学長がλ／２の整数倍になるようにする。分布型ブラッグ反射器３９上に、所定の開口を有するレジストマスク３８を形成する。
【００５０】
図１１（ａ）で、電極層１７ａ、１７ｂを形成する。レジストマスク３８を用いて、分布型ブラッグ反射器３９と上部ＡｌＧａＡｓ障壁層２３の一部をエッチングする。イオン注入法を用いて、エッチングした開口内に、例えばＳｉを注入し、電子濃度が１×１０１８ｃｍ−３のｎ型電極層１７ａ、１７ｂを、基板と垂直に形成する。その後、レジストマスク３８を除去する。
【００５１】
図１１（ｂ）で、ｎ型電極層１７ａ、１７ｂ上に、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極１４ａ、１４ｂをそれぞれ形成する。これにより、赤外線検出器３０を得ることができる。
【００５２】
なお、上部障壁層２３上に形成される反射体はＤＢＲに限定されず、ブレーズ回折格子等、任意の反射格子であってもよい。
【実施例３】
【００５３】
実施例３では、実施例１の赤外線検出器１０又は実施例２の赤外線検出器３０を用いた撮像装置を提供する。
【００５４】
図１２は、一例として、実施例２の赤外線検出器３０を用いた撮像装置５０を示す。図１２（ａ）は撮像装置５０の概略断面図、図１２（ｂ）は斜視図である。
【００５５】
半導体基板１６上に、バッファ層１８を介して複数の赤外線検出器３０がアレイ状に配置されている。各赤外線検出器３０のオーミック電極１４ａ、１４ｂ上に形成されたバンプ電極４０は、信号読出回路が形成された回路基板５１に接合されている。すなわち、各赤外線検出器３０は、バンプ電極４０を介して信号読出回路と電気的に接続されている。図１２（ａ）では光の入射面が下側、回路基板５１が上側に描かれているが、実装では、図１２（ｂ）に示すように、複数の赤外線検出器３０が配置された撮像素子アレイ４５の光入射面を上側にして、回路基板５１にフリップチップ接合されてもよい。
【００５６】
図１３〜図１７は、撮像装置５０の製造工程図である。図１３（ａ）で、ＧａＡｓの微傾斜基板１６上に、例えば分子線エピタキシーを用いて真正ＧａＡｓバッファ層１８を１００ｎｍ成長する。基板１６の表面は、実施例２で説明したように、例えば（１００）面から［０−１１］方向に０．５°程度傾斜し、テラス幅が約３２ｎｍの微細なステップ（不図示）が存在する。バッファ層１８の表面にも、ＧａＡｓ基板１６のステップを反映するステップ（不図示）が存在する。
【００５７】
図１３（ｂ）で、バッファ層１８上に、真性Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓの障壁層２２を５０ｎｍの膜厚で形成する。障壁層２２の表面にも、ウェハのステップを反映するステップ（不図示）が存在する。
【００５８】
図１３（ｃ）で、障壁層２２上に多重量子井戸層４６を形成する。多重量子井戸層４６の量子井戸層３３と障壁層３２は、基板１６の表面に対して垂直方向に延びる。実施例２で説明したように、ステップフロー成長モードを利用し、分数層超格子構造を繰り返し作製することにより、多重量子井戸層４６の厚さが１０００ｎｍとなるように形成する。
【００５９】
図１４（ａ）で、真性Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓの上部障壁層２３を５０ｎｍ成長する。
【００６０】
図１４（ｂ）で、上部障壁層２３上に分布型ブラッグ反射層４９を形成する。感応波長をλとした時、例えばＡｌＡｓ層厚λ／４、ＧａＡｓ層厚λ／４を交互に積層し、１周期の光学長がλ／２の整数倍になるようにする。分布型ブラッグ反射層４９上に所定の開口５７を有するレジストマスク５４を形成する。
【００６１】
図１５（ａ）で、レジストマスク５４を用いて、分布型ブラッグ反射層４９と上部ＡｌＧａＡｓ障壁層２３の一部をエッチングする。次いで、イオン注入法を用いて、エッチング開口５８内に例えばＳｉを注入する。
【００６２】
図１５（ｂ）で、Ｓｉ注入により電子濃度１×１０１８ｃｍ−３のｎ型電極層４７が形成され、ｎ型電極層４７の間に個々の多重量子井戸３５が形成される。その後、レジストマスク５４を剥離する。
【００６３】
図１６（ａ）で、画素分離を行う。異方性のドライエッチングで、ｎ型電極層４７に格子状の分離溝５５を形成し、２次元に配列した画素を形成する。この画素分離により、多重量子井戸３５を側面から挟み込む一対の電極層１７ａ、１７ｂが形成される。
【００６４】
図１６（ｂ）で、ｎ型電極層１７ａ、１７ｂ上に、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕのオーミック電極１４ａ、１４ｂを形成する。
【００６５】
図１７で、オーミック電極１４ａ、１４ｂの上に、例えばＩｎからなるバンプ４０を形成し、回路基板５１と接合する。これにより、撮像装置５０を得ることができる。
【００６６】
実施例３の撮像装置は、基板に対して垂直に延びる量子井戸層と障壁層とが水平方向に繰り返され、この多重量子井戸を横方向（基板と水平な方向）から電極層で挟む構成の赤外線検出器を用いる。したがって、各画素で、自由キャリア吸収による光吸収を防止し、多重量子井戸に入射する光の強度を高く維持することができる。その結果、光電流を増大し、撮像装置全体としての感度を向上することができる。また、光結合構造を用いなくても、赤外線を検出することができる。さらに、実施例２の光検出器３０を用いた場合は、多重量子井戸３０の厚さを低減することができるので、薄型の撮像素子アレイ４５（図１２（ｂ）参照）を作製することができる。
【００６７】
以上の説明に対して、以下の付記を提示する。
（付記１）
不純物がドープされていない基板と、
前記基板に対して垂直に延びる量子井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造と、
前記基板に対して水平な方向から前記量子井戸構造を挟み込む一対の電極層と、
を有することを特徴とする光検出器。
（付記２）
前記基板は、所定の結晶面から一定の方向に階段状に傾斜した傾斜基板であることを特徴とする付記１に記載の光検出器。
（付記３）
前記量子井戸構造は、前記量子井戸層と前記障壁層とが、前記基板と水平な方向に周期的に繰り返される多重量子井戸であり、
前記多重量子井戸の周期は、前記傾斜基板のテラス幅の１／ｎ（ｎは自然数）倍であることを特徴とする付記２に記載の光検出器。
（付記４）
前記量子井戸構造の上部に、前記基板に対して水平に反射体が配置されていることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光検出器。
（付記５）
前記反射体は、分布型反射器であることを特徴とする付記４に記載の光検出器。
（付記６）
前記量子井戸構造は、赤外帯域に吸収ピーク波長を有することを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載の光検出器。
（付記７）
付記１〜６のいずれかに記載の光検出器がアレイ状に配置された撮像素子アレイと、前記撮像素子アレイに電気的に接続される回路基板と、
を有する撮像装置。
（付記８）
不純物がドープされていない基板上に、前記基板と垂直方向に伸びる量子井戸層と障壁層とが前記基板と水平な方向に周期的に繰り返される多重量子井戸層を形成し、
前記多重量子井戸層の所定の箇所に不純物を注入して、一定の周期数の多重量子井戸に隣接する一対の電極層を形成する、
工程を含むことを特徴とする光検出器の製造方法。
（付記９）
前記多重量子井戸層は、ステップフロー成長モードを利用して、分数層超格子構造を繰り返し形成することによって、前記基板と垂直方向に形成されることを特徴とする付記８に記載の光検出器の製造方法。
【符号の説明】
【００６８】
１０、３０  赤外線検出器（光検出器）
１６  半導体基板
１８  バッファ層
１２、３２  障壁層
１３、３３  量子井戸層
１５、３５  多重量子井戸（量子井戸構造）
１７ａ、１７ｂ  電極層
２２  下部障壁層
２３  上部障壁層
４５  撮像素子アレイ
５０  撮像装置
５１  回路基板
【図１】
2014029940.tif 000006
【図２】
2014029940.tif 000007
【図３】
2014029940.tif 000008
【図４】
2014029940.tif 000009
【図５】
2014029940.tif 000010
【図６】
2014029940.tif 000011
【図７】
2014029940.tif 000012
【図８】
2014029940.tif 000013
【図９】
2014029940.tif 000014
【図１０】
2014029940.tif 000015
【図１１】
2014029940.tif 000016
【図１２】
2014029940.tif 000017
【図１３】
2014029940.tif 000018
【図１４】
2014029940.tif 000019
【図１５】
2014029940.tif 000020
【図１６】
2014029940.tif 000021
【図１７】
2014029940.tif 000022