(57)【要約】【課題】印加バイアス電圧の反転により検出波長を２波長間で切り替えることが可能な量子ドット型赤外線検出器において、一方の波長の赤外線を検出するモードにおいて他方の波長の赤外線を誤検知することを防止する。【解決手段】量子ドット型赤外線検出器は、半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する。量子ドット型赤外線検出器は、第１波長の赤外線を吸収する量子ドット層２３と、第１波長と異なる第２波長の赤外線を吸収する量子ドット層２５と、量子ドット層２３と量子ドット層２５とを隔てる中間層２４とを具備する。中間層２４のバンドギャップは、量子ドット層２３側の端部（ｚ＝０）と量子ドット層２５側の端部（ｚ＝Ｌ）の間のバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）において最も広い。【選択図】図３
2014222709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する量子ドット型赤外線検出器であって、
第１波長の赤外線を吸収する第１量子ドット層と、
前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を吸収する第２量子ドット層と、
前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層と
を具備し、
前記第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い
量子ドット型赤外線検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、
前記第１中間層のバンドギャップは、前記第１端部から前記バンドギャップ最大位置に向かって連続的に広くなり、前記第２端部から前記バンドギャップ最大位置に向かって連続的に広くなる
量子ドット型赤外線検出器。
【請求項３】
請求項２に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、
前記第１量子ドット層、前記第１中間層、及び前記第２量子ドット層が積層されている積層方向が定義され、
前記第１中間層のバンドギャップの前記積層方向の座標に対する２次微分係数は、前記第１端部から前記第２端部まで常に負である
量子ドット型赤外線検出器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、
前記第１中間層の伝導帯または荷電子帯の変調量が５〜１００ｍｅＶである
量子ドット型赤外線検出器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、
前記第１量子ドット層及び前記第２量子ドット層の少なくとも一方の前記第１中間層側、前記第１中間層の反対側、又は両方に設けられた量子井戸層を更に具備する
量子ドット型赤外線検出器。
【請求項６】
請求項５に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、
前記量子井戸層は、前記第１中間層側のみに設けられる
量子ドット型赤外線検出器。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、
前記第１波長の赤外線を吸収する他の第１量子ドット層と、
前記第２波長の赤外線を吸収する他の第２量子ドット層と、
前記他の第１量子ドット層と前記他の第２量子ドット層とを隔てる他の第１中間層と、
前記第２量子ドット層と前記他の第１量子ドット層とを隔てる第２中間層と
を更に具備し、
前記他の第１中間層のバンドギャップは、前記他の第１量子ドット層側の他の第１端部と前記他の第２量子ドット層側の他の第２端部の間の他のバンドギャップ最大位置において最も広く、
前記第２中間層のバンドギャップは、前記第２量子ドット層側の端部から前記他の第１量子ドット層側の端部にかけて一定である
量子ドット型赤外線検出器。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、
第１コンタクト層と、
第２中間層と、
他の第２中間層と、
第２コンタクト層と
を更に具備し、
前記第１コンタクト層、前記第２中間層、前記第１量子ドット層、前記第１中間層、前記第２量子ドット層、前記他の第２中間層、及び前記第２コンタクト層の順番に配置され、
前記第２中間層のバンドギャップは、前記第１コンタクト層側の端部から前記第２コンタクト層側の端部にかけて一定であり、
前記他の第２中間層のバンドギャップは、前記第１コンタクト層側の端部から前記第２コンタクト層側の端部にかけて一定であり、
前記第１コンタクト層及び前記第２コンタクト層に第１方向バイアス電圧を印加した際の前記第１量子ドット層の量子ドットから前記第２中間層への第１トンネル確率と前記第１コンタクト層及び前記第２コンタクト層に前記第１方向バイアス電圧と絶対値が同じで向きが反対の第２方向バイアス電圧を印加した際の前記第２量子ドット層の量子ドットから前記他の第２中間層への第２トンネル確率とが異なり、
前記第１トンネル確率が前記第２トンネル確率より高い場合、前記バンドギャップ最大位置は前記第１中間層の中心から前記第１量子ドット層側に寄っており、
前記第２トンネル確率が前記第１トンネル確率より高い場合、前記バンドギャップ最大位置は前記第１中間層の中心から前記第２量子ドット層側に寄っている
量子ドット型赤外線検出器。
【請求項９】
半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する量子ドット型赤外線検出器と、
前記量子ドット型赤外線検出器に第１バイアス電圧と前記第１バイアス電圧の反対の向きの第２バイアス電圧を印加する電圧源回路と、
前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第１バイアス光電流と前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第２バイアス光電流を検出する光電流検出回路と
を具備し、
前記量子ドット型赤外線検出器は、
第１波長の赤外線を吸収する第１量子ドット層と、
前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を吸収する第２量子ドット層と、
前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層と
を備え、
前記第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い
赤外線検出装置。
【請求項１０】
半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する量子ドット型赤外線検出器を用いた赤外線検出方法であって、
第１波長の赤外線を検出するステップと、
前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を検出するステップと
を具備し、
前記第１波長の赤外線を検出するステップは、
前記量子ドット型赤外線検出器に第１バイアス電圧を印加するステップと、
前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器の第１量子ドット層が前記第１波長の赤外線を吸収するステップと、
前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第１バイアス光電流を検出するステップと
を備え、
前記第２波長の赤外線を検出するステップは、
前記量子ドット型赤外線検出器に前記第１バイアス電圧の反対の向きの第２バイアス電圧を印加するステップと、
前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器の第２量子ドット層が前記第２波長の赤外線を吸収するステップと、
前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第２バイアス光電流を検出するステップと
を備え、
前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い
赤外線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は量子ドット型赤外線検出器、赤外線検出装置、及び赤外線検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長が１０ μｍ程度の遠赤外線は、室温付近の黒体輻射スペクトルのピークに相当するため、この波長帯における高性能な検出器が暗視装置やリモートセンシング応用の面から強く望まれている。冷却型赤外線検出器としては、ＨｇＣｄＴｅ系の材料を用いた直接遷移型赤外線検出装置が主に使われてきた。しかしながらその材料には、大面積基板の均質性が乏しく加工プロセスも困難であるという課題があり、それが赤外線検出器の価格を押し上げる要因となっていた。一方で、近年の半導体結晶成長技術の進展と成熟に伴い、特にＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体では均質性の高い大面積基板が低価格で提供されるようになり、これを用いた赤外線検出器（例えば量子井戸型赤外線検出器）が開発されてきた。
【０００３】
このようなＩＩＩ−Ｖ族半導体赤外線検出器の中でも、光吸収層として量子ドットを用いた量子ドット型赤外線検出器が近年頓に注目を集めている。以下に、量子ドットと、それを用いた量子ドット型赤外線検出器の動作原理について簡単に説明する。
【０００４】
量子ドットは、直径がナノメートルサイズの３次元的な微小構造であり、ここでは異なる組成の半導体結晶の接合界面における格子定数の違いによる歪みを解消するために自然に形成される（Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ（Ｓ−Ｋ）モード）ものを指す。この様なＳ−Ｋモードで形成される半導体量子ドットはＳ−Ｋ量子ドットと呼ばれている。Ｓ−Ｋ量子ドットは、周囲の半導体材質のバンドギャップに比べて狭いバンドギャップを有する半導体材質で作製される。従って、そのヘテロ界面では伝導帯や荷電子帯に不連続で急峻なギャップが生じ、量子ドットにポテンシャルの井戸が形成される。そのため、量子ドット内には複数個の電子や正孔を保持することができる。量子ドット中の電子や正孔は、それらのド・ブロイ波長より小さな微小空間に３次元的に閉じ込められる。従って、量子ドット中の電子状態（および正孔状態）は、ちょうど水素原子の電子状態のように、離散化したエネルギー準位を持つ。量子ドットを含む量子ドット層に入射した赤外線は、基底準位（上記離散化エネルギー準位のうち、最もエネルギーの低い準位）に保持されていたキャリア（電子または正孔）を、量子ドット内の高次の離散化準位（励起準位）に励起する。ここで、基底準位は、基底状態に対応する。励起準位は、励起状態に対応する。この遷移はサブバンド間遷移又はサブバンド間励起と呼ばれる場合がある。量子ドット型赤外線検出器は、赤外線によりサブバンド間励起されたキャリア（光キャリア）を、何らかの形でコンタクト電極まで到達させて電気信号（光電流）として測定することで赤外線を検出することができる。
【０００５】
量子ドット型赤外線検出器は、前述した閉じ込めポテンシャル（ポテンシャルの井戸）と離散化エネルギー準位に起因してキャリアの熱励起が強く抑制されるために熱雑音特性に優れ、信号・雑音比の高い赤外線検出が可能である。更に、量子井戸型赤外線検出器ではキャリアが３次元的に閉じ込められていないが、量子ドット型赤外線検出器ではキャリアが３次元的に閉じ込められている。そのため、量子ドット型赤外線検出器では、基板に垂直方向の入射光に対しても感度を有するという利点もある。
【０００６】
上述したように、量子ドット型赤外線検出器は、量子ドット内の基底準位と励起準位のエネルギー差に対応する波長の赤外線を検出する。したがって、量子ドット型赤外線検出器は、検出波長特性が原理的に狭帯域であるという特徴がある。すわなち、分光器等の外部光学素子を用いなくても、ある波長の光のみを選択的に観測できるという利点がある。その反面、量子ドット型赤外線検出器の検出波長は、一般に量子ドット型赤外線検出器を製造するためのウエハプロセスで決まってしまい、後から調整することができない。ここで、量子ドット型赤外線検出器の応用分野の一つであるリモートセンシングにおいては、対象物を複数波長の赤外線により測定することが望まれている。その意味で、単一の検出器で複数波長の赤外線を検出可能な量子ドット型赤外線検出器が望まれている。
【０００７】
そこでこれまで、量子ドット型赤外線検出器において複数波長の赤外線の検出を可能にするためにいくつかの工夫がなされてきた。例えば、特許文献１乃至３は、量子ドットの形状異方性を利用して検出波長を切り替える量子ドット型赤外線検出器を開示している。更に、非特許文献１及び２は、印加バイアス電圧の向きを反転させることで予め決まった２波長間で検出波長を切り替える量子ドット型赤外線検出器を開示している。この印加バイアス反転型の赤外線検出器は、第１のバイアス電圧を印加したときに波長λＡの赤外線に対応した検出感度特性を持ち、第１のバイアス電圧の反対の向きの第２のバイアス電圧を印加したときに波長λＢの赤外線に対応した検出感度特性を持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４５３８５１６号公報
【特許文献２】特許第４８４２２９１号公報
【特許文献３】特許第４７５１９２６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ９５，１２３５０４（２００９）
【非特許文献２】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ９８，１０３５０１（２０１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、量子ドットの形状異方性を利用して検出波長を切り替える量子ドット型赤外線検出器には、偏光子や回折格子のような外部光学素子が必要であるために検出器のサイズが増大し、コストが増加するという問題点がある。外部光学素子が偏光子の場合には、偏光子の向きを制御するための駆動部の機械的安定性を確保することが難しいという問題点がある。印加バイアス反転型の赤外線検出器にはこのような問題点はない。しかしながら、図１４に示すように、印加バイアス反転型の赤外線検出器では、第１のバイアス電圧を印加したときの検出感度特性が、波長λＡに対応するピークの他に波長λＢに対応するサブピークを含んでいる。言い換えると、波長λＡの赤外線を検出するモード（バイアス電圧印加状態）において、波長λＢの赤外線を誤検知してしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、印加バイアス電圧の反転により検出波長を２波長間で切り替えることが可能な量子ドット型赤外線検出器、赤外線検出装置、及び赤外線検出方法であって、一方の波長の赤外線を検出するモードにおいて他方の波長の赤外線を誤検知することが防止される量子ドット型赤外線検出器、赤外線検出装置、及び赤外線検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる量子ドット型赤外線検出器は、半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する。量子ドット型赤外線検出器は、第１波長の赤外線を吸収する第１量子ドット層と、前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を吸収する第２量子ドット層と、前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層とを具備する。前記第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い。
【００１３】
本発明にかかる赤外線検出装置は、半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する量子ドット型赤外線検出器と、電圧源回路と、光電流検出回路とを具備する。前記電圧源回路は、前記量子ドット型赤外線検出器に第１バイアス電圧と前記第１バイアス電圧の反対の向きの第２バイアス電圧を印加する。前記光電流検出回路は、前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第１バイアス光電流と前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第２バイアス光電流を検出する。前記量子ドット型赤外線検出器は、第１波長の赤外線を吸収する第１量子ドット層と、前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を吸収する第２量子ドット層と、前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層とを備える。前記第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い。
【００１４】
本発明にかかる赤外線検出方法は、半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する量子ドット型赤外線検出器を用いた赤外線検出方法である。赤外線検出方法は、第１波長の赤外線を検出するステップと、前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を検出するステップとを具備する。前記第１波長の赤外線を検出するステップは、前記量子ドット型赤外線検出器に第１バイアス電圧を印加するステップと、前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器の第１量子ドット層が前記第１波長の赤外線を吸収するステップと、前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第１バイアス光電流を検出するステップとを備える。前記第２波長の赤外線を検出するステップは、前記量子ドット型赤外線検出器に前記第１バイアス電圧の反対の向きの第２バイアス電圧を印加するステップと、前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器の第２量子ドット層が前記第２波長の赤外線を吸収するステップと、前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第２バイアス光電流を検出するステップとを備える。前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、印加バイアス電圧の反転により検出波長を２波長間で切り替えることが可能な量子ドット型赤外線検出器、赤外線検出装置、及び赤外線検出方法であって、一方の波長の赤外線を検出するモードにおいて他方の波長の赤外線を誤検知することが防止される量子ドット型赤外線検出器、赤外線検出装置、及び赤外線検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１にかかる量子ドット型赤外線検出器の概略構造を示す断面模式図である。
【図２】実施の形態１にかかる赤外線検出装置の模式図である。
【図３】実施の形態１にかかる量子ドット型赤外線検出器において、バイアス電圧を印加しない状態における光吸収部の伝導帯模式図である。
【図４】実施の形態１にかかる量子ドット型赤外線検出器において、（ａ）バイアス電圧を印加した状態における光吸収部の伝導帯模式図、（ｂ）逆向きのバイアス電圧を印加した状態における光吸収部の伝導帯模式図である。
【図５】実施の形態１にかかる量子ドット型赤外線検出器の検出感度特性の模式図である。
【図６】実施の形態１にかかる量子ドット型赤外線検出器の詳細構造を示す断面模式図である。
【図７】実施の形態１にかかる量子ドット型赤外線検出器において、（ａ）バイアス電圧を印加しない状態における光吸収部のモデル伝導帯模式図、（ｂ）バイアス電圧を印加した状態における光吸収部のモデル伝導帯模式図である。
【図８】比較例にかかる量子ドット型赤外線検出器において、（ａ）バイアス電圧を印加しない状態における光吸収部のモデル伝導帯模式図、（ｂ）バイアス電圧を印加した状態における光吸収部のモデル伝導帯模式図である。
【図９】実施の形態２にかかる量子ドット型赤外線検出器のバンドギャップ変調された中間層における（ａ）バンドギャップの分布を示す模式図、（ｂ）バンドギャップの基板成長軸方向の座標に対する１次微分係数の分布を示す模式図、（ｃ）バンドギャップの基板成長軸方向の座標に対する２次微分係数の分布を示す模式図である。
【図１０】実施の形態３にかかる量子ドット型赤外線検出器の一例において、バイアス電圧を印加しない状態における光吸収部の伝導帯模式図である。
【図１１】実施の形態３の効果を説明するための伝導帯模式図である。
【図１２】実施の形態３にかかる量子ドット型赤外線検出器の他の例において、バイアス電圧を印加しない状態における光吸収部の伝導帯模式図である。
【図１３】実施の形態４にかかる量子ドット型赤外線検出器において、（ａ）バイアス電圧を印加しない状態における光吸収部の伝導帯模式図、（ｂ）バイアス電圧を印加した状態における光吸収部の伝導帯模式図、（ｃ）逆向きのバイアス電圧を印加した状態における光吸収部の伝導帯模式図である。
【図１４】関連する量子ドット型赤外線検出器の検出感度特性の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施の形態にかかる量子ドット型赤外線検出器において、赤外線による励起に用いられるキャリアは電子であっても正孔であっても構わないが、以下の説明ではキャリアが電子であるとして説明を行う。
【００１８】
（実施の形態１）
図１を参照して、実施の形態１にかかる量子ドット型赤外線検出器１の構成を説明する。量子ドット型赤外線検出器１は、半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する。量子ドット型赤外線検出器１は、バルク半導体としての半導体基板２０と、下部コンタクト層２１と、光吸収部と、上部コンタクト層２７とを備える。光吸収部は、赤外線に応答する部位である。光吸収部は、二つの中間層２２と、少なくとも一つの２波長吸収積層体２８とを備える。２波長吸収積層体２８が１つの場合、半導体基板２０、下部コンタクト層２１、中間層２２、２波長吸収積層体２８、中間層２２、上部コンタクト層２７の順番でｚ方向に配置される。２波長吸収積層体２８が複数の場合、二つの中間層２２の間に複数の２波長吸収積層体２８が配置され、隣り合う２波長吸収積層体２８の間に中間層２６が配置される。２波長吸収積層体２８は、下部コンタクト層２１側に配置された量子ドット層２３と、上部コンタクト層２７側に配置された量子ドット層２５と、量子ドット層２３と量子ドット層２５とを隔てる中間層２４とを備える。すなわち、量子ドット層２３、中間層２４、及び量子ドット層２５の順番でｚ方向に配置される。中間層２６は、一の２波長吸収積層体２８の量子ドット層２５と他の２波長吸収積層体２８の量子ドット層２３とを隔てる。
【００１９】
量子ドット層２３及び２５の各々は、厚さ数モノレイヤのウエッティングレイヤと、ウエッティングレイヤ上に形成された複数の量子ドットを含む。以下において、量子ドット層２３の量子ドットを量子ドット２３と称し、量子ドット層２５の量子ドットを量子ドット２５と称する場合がある。量子ドット層２３の検出感度ピークが波長λ１となるように量子ドット２３のサイズ及び組成が設計されている。量子ドット層２５の検出感度ピークが波長λ１と異なる波長λ２となるように量子ドット２５のサイズ及び組成が設計されている。すなわち、量子ドット層２３は波長λ１の赤外線を吸収し、量子ドット層２５は波長λ２の赤外線を吸収する。
【００２０】
図１を参照して、光吸収部におけるバンドギャップＥｇを説明する。中間層２４は、ｚ方向の半導体組成変調によって、バンドギャップＥｇがｚ方向に変調されている。具体的には、中間層２４は、量子ドット層２３側（下部コンタクト層２１側）の端部と量子ドット層２５側（上部コンタクト層２７側）の端部の間のバンドギャップ最大位置においてバンドギャップＥｇが最も広い。上記のようなバンドギャップＥｇの変調を実現するために、例えば、中間層２４の材料組成がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓで表されるとき、Ａｌ組成比ｘはバンドギャップ最大位置において最も大きい。したがって、中間層２４の材料組成がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓで表されるとき、バンドギャップ最大位置をＡｌ組成比最大位置と称してもよい。尚、中間層２４のバンドギャップＥｇのｚ方向の分布は、図１に示すような連続的な分布であってもよく、階段状の分布であってもよい。
【００２１】
一方、中間層２２及び２６は、組成変調されずにバンドギャップＥｇが一定である。下部コンタクト層２１の隣の中間層２２は、下部コンタクト層２１側の端部から量子ドット層２３側（上部コンタクト層２７側）の端部にかけてバンドギャップＥｇが一定である。上部コンタクト層２７の隣の中間層２２は、量子ドット層２５側（下部コンタクト層２１側）の端部から上部コンタクト層２７側の端部にかけてバンドギャップＥｇが一定である。中間層２６は、下部コンタクト層２１側の端部から上部コンタクト層２７側の端部にかけてバンドギャップＥｇが一定である。尚、図１において、量子ドット層２３及び２５におけるバンドギャップは省略されている。
【００２２】
図２を参照して、実施の形態１にかかる赤外線検出装置１００の構成を説明する。赤外線検出装置１００は、上述した量子ドット型赤外線検出器１と、電圧源回路１１０と、光電流検出回路１２０とを備える。電圧源回路１１０は、量子ドット型赤外線検出器１に正バイアス電圧とその反対の負バイアス電圧を印加する。光電流検出回路１２０は、正バイアス電圧が印加されているときに量子ドット型赤外線検出器１が出力する光電流と負バイアス電圧が印加されているときに量子ドット型赤外線検出器１が出力する光電流を検出する。以下において、正バイアス電圧が印加されているときに量子ドット型赤外線検出器１が出力する光電流を正バイアス光電流と称し、負バイアス電圧が印加されているときに量子ドット型赤外線検出器１が出力する光電流を負バイアス光電流と称する場合がある。
【００２３】
図３を参照して、量子ドット型赤外線検出器１にバイアス電圧を印加しない状態における光吸収部の伝導帯を説明する。ここでは、２波長吸収積層体２８とその両側に配置された中間層２６について説明する。尚、最も端の２波長吸収積層体２８の場合は両側に配置された中間層２６の一方が中間層２２で置き換えられる。量子ドット型赤外線検出器１が備える２波長吸収積層体２８が一つの場合は両側に配置された中間層２６の両方が中間層２２で置き換えられる。
【００２４】
中間層２４の量子ドット層２３側の端部、バンドギャップ最大位置、量子ドット層２５側の端部のｚ方向の座標をそれぞれ０、Ｍ、Ｌとする。ここで、０＜Ｍ＜Ｌである。中間層２４のバンドギャップＥｇはバンドギャップ最大位置において最も広いため、中間層２４の伝導帯端のエネルギー準位はバンドギャップ最大位置において最も高い。中間層２６のバンドギャップＥｇが一定であるため、中間層２６の伝導帯端のエネルギー準位は一定である。量子ドット２３内の離散化エネルギー準位は、相対的に低い基底準位３０と、相対的に高い励起準位３１とを含む。量子ドット２５内の離散化エネルギー準位は、相対的に低い基底準位３２と、相対的に高い励起準位３３とを含む。基底準位３０と励起準位３１のエネルギー差は、基底準位３２と励起準位３３のエネルギー差と異なる。従って、上述したように、量子ドット層２３の検出感度ピークの波長λ１と、量子ドット層２５の検出感度ピークの波長λ２とが異なる。
【００２５】
次に、量子ドット型赤外線検出器１を用いた赤外線検出方法を説明する。赤外線検出方法は、波長λ１の赤外線を検出するステップと、波長λ２の赤外線を検出するステップとを備える。波長λ１の赤外線を検出するステップは、電圧源回路１１０が量子ドット型赤外線検出器１に負バイアス電圧を印加するステップと、負バイアス電圧が印加されているときに量子ドット層２３が波長λ１の赤外線を吸収するステップと、負バイアス電圧が印加されているときに量子ドット型赤外線検出器１が出力する光電流（負バイアス光電流）を光電流検出回路１２０が検出するステップを備える。波長λ２の赤外線を検出するステップは、電圧源回路１１０が量子ドット型赤外線検出器１に正バイアス電圧を印加するステップと、正バイアス電圧が印加されているときに量子ドット層２５が波長λ２の赤外線を吸収するステップと、正バイアス電圧が印加されているときに量子ドット型赤外線検出器１が出力する光電流（正バイアス光電流）を光電流検出回路１２０が検出するステップを備える。
【００２６】
図４（ａ）を参照して、波長λ１の赤外線を検出するステップを詳細に説明する。電圧源回路１１０が下部コンタクト層２１をグラウンド電位に接続し、上部コンタクト層２７を負電位に接続して量子ドット型赤外線検出器１（具体的には下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７）に負バイアス電圧を印加する。すると、下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７に挟まれた光吸収部の伝導帯端は、上部コンタクト層２７側から下部コンタクト層２１側に向かってエネルギー準位が低下するように傾斜する。このとき、中間層２６におけるバンドギャップが一定であるため、量子ドット２３と中間層２６の間に形成されるポテンシャル障壁は三角ポテンシャル障壁４２である。一方、中間層２４のバンドギャップＥｇはバンドギャップ最大位置において最も広いため、量子ドット２５と中間層２４の間に形成されるポテンシャル障壁は、三角ポテンシャル障壁ではなく、分厚いポテンシャル障壁である。例えば、バンドギャップ最大位置が中間層２４の中心（ｚ方向の座標がＬ／２の位置）である場合、量子ドット層２５と中間層２４の間のポテンシャル障壁の厚さは、中間層２４の厚さの略半分である。
【００２７】
波長λ１の成分と波長λ２の成分を含む赤外線が量子ドット型赤外線検出器１の光吸収部に入射すると、量子ドット２３の基底準位３０を占有していた電子が波長λ１の赤外線によって励起準位３１にサブバンド間遷移し、量子ドット２５の基底準位３２を占有していた電子が波長λ２の赤外線によって励起準位３３にサブバンド間遷移する。波長λ１の赤外線によって励起準位３１にサブバンド間遷移した電子は、三角ポテンシャル障壁４２をトンネル効果で透過して正バイアス側（下部コンタクト層２１側）に移動することができる。したがって、負バイアス光電流を検出することで波長λ１の赤外線を検出することができる。一方、波長λ２の赤外線によって励起準位３３にサブバンド間遷移した電子が量子ドット層２５と中間層２４の間の分厚いポテンシャル障壁をトンネル効果で透過して正バイアス側（下部コンタクト層２１側）に移動する確率は非常に低い。
【００２８】
図４（ｂ）を参照して、波長λ２の赤外線を検出するステップを詳細に説明する。電圧源回路１１０が下部コンタクト層２１をグラウンド電位に接続し、上部コンタクト層２７を正電位に接続して量子ドット型赤外線検出器１（具体的には下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７）に正バイアス電圧を印加する。すると、下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７に挟まれた光吸収部の伝導帯端は、下部コンタクト層２１側から上部コンタクト層２７側に向かってエネルギー準位が低下するように傾斜する。このとき、中間層２６におけるバンドギャップが一定であるため、量子ドット２５と中間層２６の間に形成されるポテンシャル障壁は三角ポテンシャル障壁４３である。一方、中間層２４のバンドギャップＥｇはバンドギャップ最大位置において最も広いため、量子ドット２３と中間層２４の間に形成されるポテンシャル障壁は、三角ポテンシャル障壁ではなく、分厚いポテンシャル障壁である。例えば、バンドギャップ最大位置が中間層２４の中心（ｚ方向の座標がＬ／２の位置）である場合、量子ドット層２３と中間層２４の間のポテンシャル障壁の厚さは、中間層２４の厚さの略半分である。
【００２９】
波長λ２の赤外線によって量子ドット２５の励起準位３３にサブバンド間遷移した電子は、三角ポテンシャル障壁４３をトンネル効果で透過して正バイアス側（上部コンタクト層２７側）に移動することができる。したがって、正バイアス光電流を検出することで波長λ２の赤外線を検出することができる。一方、波長λ１の赤外線によって量子ドット２３の励起準位３１にサブバンド間遷移した電子が量子ドット層２３と中間層２４の間の分厚いポテンシャル障壁をトンネル効果で透過して正バイアス側（上部コンタクト層２７側）に移動する確率は非常に低い。
【００３０】
したがって、図５に示すように、負バイアス電圧を印加したときの量子ドット型赤外線検出器１の検出感度特性は、波長λ１に対応するピークを含むが、波長λ２に対応するサブピークを含まない。同様に、正バイアス電圧を印加したときの量子ドット型赤外線検出器１の検出感度特性は、波長λ２に対応するピークを含むが、波長λ１に対応するサブピークを含まない。本実施の形態によれば、波長λ１の赤外線を検出するモード（負バイアス電圧印加状態）において波長λ２の赤外線に対する検出感度が極めて低く、波長λ２の赤外線を検出するモード（正バイアス電圧印加状態）において波長λ１の赤外線に対する検出感度が極めて低い。本実施の形態によれば、印加バイアス電圧の反転により検出波長を２波長間で切り替えることが可能な量子ドット型赤外線検出器、赤外線検出装置、及び赤外線検出方法であって、一方の波長の赤外線を検出するモードにおいて他方の波長の赤外線を誤検知することが防止される量子ドット型赤外線検出器、赤外線検出装置、及び赤外線検出方法を提供することができる。
【００３１】
以下に、本実施の形態にかかる量子ドット型赤外線検出器１及び赤外線検出装置１００の製造方法を説明する。
【００３２】
図１を参照して、量子ドット型赤外線検出器１に用いられる半導体ウエハの製造方法を説明する。半導体ウエハは、分子線エピタキシー法や有機金属気相成長法によって成長される。ｚ方向は、半導体ウエハの成長方向と一致している。したがって、ｚ方向は、ウエハ成長軸方向ｚ又は基板成長軸方向ｚと称される場合がある。バルク半導体の材質としては、例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体のＧａＡｓが好適である。したがって、ＧａＡｓ半導体基板２０の上に、厚さ数１００  ｎｍの下部コンタクト層２１を成長する。上記説明のように赤外線によるサブバンド間励起に用いられるキャリアが電子の時、下部コンタクト層２１はｎ型半導体である必要がある。例えば、ＧａＡｓにＳｉ等のｎ型不純物を適当な濃度（例えば２×１０１８  ｃｍ−３）だけ添加することで下部コンタクト層２１を形成する。その後、組成変調されない中間層２２を形成する。中間層２２の材質として、例えば半導体基板２０の材質と同一のＧａＡｓを用いる。
【００３３】
次に、量子ドット層２３を成長する。量子ドット層２３は、中間層２２上に、中間層２２よりも格子定数の大きな半導体（例えばＩｎＡｓが好適）の厚さ数モノレイヤの薄い層（ウエッティングレイヤ）を積層することで形成される。量子ドット２３のサブバンド間遷移エネルギー（基底準位３０と励起準位３１のエネルギー差）は、量子ドット２３の組成及びサイズによって決まる。量子ドット２３のサイズ及び密度は、成長温度や原料となるＩｎあるいはＡｓ原子ガスの圧力や成長時間等の様々なパラメータによって決まる。
【００３４】
次に、中間層２４を成長する。中間層２４においてバンドギャップ変調を実現するためには、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ等の３元系の材料を用いて中間層２４を形成すればよい。具体的には、Ａｌ組成比ｘを０から０．１まで増加させながら中間層２４の下側部分（量子ドット層２３側の端部（ｚ＝０）からバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）までの部分）を形成する。続いて、Ａｌ組成比ｘを０．１から０まで減少させながら中間層２４の上側部分（バンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）から量子度ドット層２５側の端部（ｚ＝Ｌ）までの部分）を形成する。したがって、中間層２４の両端（ｚ＝０、Ｌ）における材料組成はＧａＡｓであり、バンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）における材料組成はＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓである。中間層２４の厚さは、典型的には５０  ｎｍ程度である。
【００３５】
次に、量子ドット層２５を成長する。量子ドット層２５も、量子ドット層２３と同様に、中間層２４の量子ドット層２５側の端部（ｚ＝Ｌ）の材質（上記説明の例ではｘ＝０、すなわちＧａＡｓ）よりも格子定数の大きな半導体（例えばＩｎＡｓが好適）の厚さ数モノレイヤの薄い層（ウエッティングレイヤ）を積層することで形成される。量子ドット２５のサブバンド間遷移エネルギー（基底準位３２と励起準位３３のエネルギー差）は、量子ドット２５の組成及びサイズによって決まる。量子ドット２５のサイズ及び密度は、成長温度や原料となるＩｎあるいはＡｓ原子ガスの圧力や成長時間等の様々なパラメータによって決まる。２波長検出の目的から、量子ドット２３のサブバンド間遷移エネルギーと量子ドット２５のそれを異ならしめる必要がある。そのためには、量子ドット２５の組成又はサイズを量子ドット２３とは異なるものとすればよい。図１では、量子ドット層２３と量子ドット層２５とで量子ドットのサイズが異なる場合が示されている。
【００３６】
光検出効率向上のためには、量子ドット層２３、中間層２４、量子ドット層２５を備える２波長吸収積層体２８を複数積層することが有効である。この場合、隣り合う２波長吸収積層体２８を隔てる中間層２６は組成変調されない。中間層２６の材質として、例えば、中間層２２と同一のＧａＡｓが好適である。中間層２２及び２６はバンドギャップ変調されない。
【００３７】
最後の２波長吸収積層体２８を形成した後に、再び中間層２２を形成する。続いて、上部コンタクト層２７を成長する。上部コンタクト層２７は、下部コンタクト層２１と同様にｎ型の半導体である。例えば、ＧａＡｓにＳｉ等のｎ型不純物を適当な濃度（例えば２×１０１８  ｃｍ−３）だけ添加することで上部コンタクト層２７を形成する。上部コンタクト層２７の表面酸化を避けるため、上部コンタクト層２７の上に不純物添加されない薄い半導体層（図示せず）を形成してもよい。
【００３８】
上述したように製造した半導体ウエハに対して微細加工を施して、量子ドット型赤外線検出器１の構造を作製する。図６は、量子ドット型赤外線検出器１の詳細構造を示す。量子ドット型赤外線検出器１は、画素分離のためのメサ構造１５と、上部コンタクト層２７に接続された上部電極５０と、下部コンタクト層２１に接続された下部電極５１とを備える。
【００３９】
図６を参照して、半導体ウエハから量子ドット型赤外線検出器１を製造する方法を説明する。紫外線または電子線リソグラフィーによってレジストパターンを形成する。その後、金属蒸着とリフトオフによるレジストパターンの除去により、上部電極５０を形成する。上部電極５０は、レジストパターンで覆われなかった部分に蒸着された金属のパターンである。上部コンタクト層２７がｎ型コンタクトであるため、上部電極５０の金属材料としては、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが好適である。その後、リソグラフィーによってウエットエッチング用レジストパターンを形成する。ウエットエッチング用レジストパターンをマスクとして用いてウエットエッチングを行い、メサ構造１５を形成する。ウエットエッチングは、下部コンタクト層２１の上面が部分的に露出するまで行う。その後、上部電極５０と同様にして下部電極５１を形成する。上部電極５０と上部コンタクト層２７の間のオーミック接続及び下部電極５１と下部コンタクト層２１の間のオーミック接続を形成するため、水素ガスを流した還元雰囲気でアニール処理を行う。アニール温度は４００℃程度である。最後に、複数のメサ構造１５を含む半導体チップを半導体ウエハから切り出す。半導体チップは、量子ドット型赤外線検出器１を含んでいる。
【００４０】
次に、赤外線検出装置１００の製造方法を説明する。量子ドット型赤外線検出器１を含む半導体チップを適当な支持基材上に銀ペースト等の導電性の接着剤を用いて固定する。支持基材としては、例えば導電性セラミックスパッケージを用いることができる。続いて、上部電極５０と下部電極５１に対してワイヤーボンディングにより電気配線（典型的には直径数１０  μｍの金線）を接続する。上部電極５０及び下部電極５１からの電気配線（金属配線）を電圧源回路１１０及び光電流検出回路１２０に接続する。光電流検出回路１２０は、例えばＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）回路である。
【００４１】
以下、本実施の形態による効果を、簡単なモデルを用いて定量的に評価する。
【００４２】
図７（ａ）は、本実施の形態にかかる量子ドット型赤外線検出器１において、バイアス電圧を印加しない状態における光吸収部のモデル伝導帯模式図を示す。計算の簡略化のため、中間層２４の伝導帯端のエネルギー準位が量子ドット層２３側の端部（ｚ＝０）から中心（ｚ＝Ｌ／２）に向かって線形に増加し、中心（ｚ＝Ｌ／２）から量子ドット層２５側の端部（ｚ＝Ｌ）に向かって線形に減少するように、中間層２４がバンドギャップ変調されていると仮定する。したがって、バンドギャップ最大位置は中間層２４の中心である（Ｍ＝Ｌ／２）。中間層２４の組成をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓと仮定し、Ａｌ組成比ｘを両端（ｚ＝０、Ｌ）で０、中心（ｚ＝Ｌ／２）で０．１と仮定する。このとき、中間層２４の伝導帯変調量ΔＥＣを下記式で見積もった。
【数１】
2014222709.tif 000003
ここで、Ｅｇ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ）は中間層２４の中心（ｚ＝Ｌ／２）におけるバンドギャップ、Ｅｇ（ＧａＡｓ）は中間層２４の両端（ｚ＝０、Ｌ）におけるバンドギャップである。
【００４３】
このような構造に対して、バイアス電圧を印加した際のトンネル確率を見積もる。計算の簡略化のため、図７（ｂ）に示すように中間層２４の左半分（量子ドット層２３側の端部（ｚ＝０）から中心（ｚ＝Ｌ／２）までの部分）において伝導帯端がフラットになるようにバイアス電圧が印加された状態を仮定する。このとき、中間層２４の層厚全体の電圧降下ΔＶは、下記式で表される。
【数２】
2014222709.tif 000004
励起準位３１に励起された電子が中間層２４のポテンシャル障壁をトンネル効果により透過する確率Ｔ１は、ＷＫＢ（Ｗｅｎｔｚｅｌ−Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ）近似法により下記式で表される。
【数３】
2014222709.tif 000005
ここで、Ｔ０は励起準位３１に励起された電子が中間層２４の左半分をトンネル効果により透過する確率、Ｖ０は量子ドット２３のポテンシャル障壁高さ、Ｅは量子ドット２３の励起準位３１に対応するエネルギー、Ｌは中間層２４の層厚、ｚ１は中間層２４の中心（ｚ＝Ｌ／２）から古典的折り返し点までの距離、ｍは電子の質量である。ただし、量子ドット２３のポテンシャルの底をエネルギーの原点にとって計算を行った。距離ｚ１は下記式で表される。
【数４】
2014222709.tif 000006
【００４４】
図８（ａ）は、比較例にかかる量子ドット型赤外線検出器において、バイアス電圧を印加しない状態における光吸収部のモデル伝導帯模式図を示す。比較例にかかる量子ドット型赤外線検出器は、実施の形態１にかかる量子ドット型赤外線検出器１において中間層２４をバンドギャップ変調されていない中間層２９で置き換えたものである。中間層２９の伝導帯端のエネルギー準位は、量子ドット層２３側の端部（ｚ＝０）から量子ドット層２５側の端部（ｚ＝Ｌ）まで一定である。
【００４５】
このような構造に対して、バイアス電圧を印加した際のトンネル確率を見積もる。図８（ｂ）は、比較例にかかる量子ドット型赤外線検出器において、図７（ｂ）の場合と同じバイアス電圧を印加した状態における光吸収部のモデル伝導帯模式図を示す。励起準位３１に励起された電子が中間層２９のポテンシャル障壁をトンネル効果により透過する確率Ｔ２は下記式で表される。
【数５】
2014222709.tif 000007
ここで、ｚ２は中間層２９の量子ドット層２３側の端部（ｚ＝０）から古典的折り返し点までの距離である。距離ｚ２は下記式で表される。
【数６】
2014222709.tif 000008
【００４６】
Ｔ１とＴ２の比を計算した結果を下記式に示す。
【数７】
2014222709.tif 000009
ここで、Ｌを５０  ｎｍとして、量子ドット２３のパラメータＶ０及びＥとしては発明者らの実験結果から推測した値（Ｖ０＝３０２．５  ｅＶ、Ｅ＝２７１．９  ｅＶ）を用いた。尚、Ｔ０の計算方法は当業者にとって常識であるので説明を省略した。
【００４７】
したがって、励起状態３１に励起された電子がバンドギャップ変調された中間層２４を透過する確率は、励起状態３１に励起された電子がバンドギャップ変調されない中間層２９を透過する確率の２％程であると見積もられた。この結果から、波長λ１の赤外線を検出するモードにおいて波長λ２の赤外線に対する検出感度が波長λ１の赤外線に対する検出感度の５０分の１程にまで低減され、波長λ２の赤外線を検出するモードにおいて波長λ１の赤外線に対する検出感度が波長λ２の赤外線に対する検出感度の５０分の１程にまで低減されると考えられる。
【００４８】
図７（ｂ）に示した状態を実現する量子ドット型赤外線検出器１の動作バイアス電圧Ｖは、２波長吸収積層体２８の数をＮとすれば、下記式で表される。
【数８】
2014222709.tif 000010
ここで、量子ドット層２３及び２５の厚さを無視する近似を行った。したがって、量子ドット型赤外線検出器１の動作バイアス電圧Ｖを０．５〜２．０  （Ｖ）、２波長吸収積層体２８の数Ｎを５〜２０とすれば、中間層２４の伝導帯変調量ΔＥＣを６〜９１  ｍｅＶ程度にすればよいことになる。以上より、中間層２４の伝導帯変調量ΔＥＣを５〜１００  ｍｅＶにすることが好ましい。中間層２４の伝導帯変調量ΔＥＣを５〜１００  ｍｅＶにするかわりに、中間層２４の荷電子帯変調量を５〜１００  ｍｅＶにしてもよい。中間層２４のバンドギャップ変調量（＝バンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）におけるバンドギャップＥｇと両端（ｚ＝０、Ｌ）におけるバンドギャップＥｇの差）を７．５〜３００  ｍｅＶにしてもよい。尚、動作バイアス電圧Ｖを０．５〜２．０（Ｖ）にすることは、正バイアス電圧及び負バイアス電圧の絶対値を０．５〜２．０（Ｖ）にすることである。
【００４９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。以下において、実施の形態１と共通する事項及び実施の形態１から自明な事項の説明は省略される場合がある。
【００５０】
図９（ａ）は、中間層２４のバンドギャップＥｇのｚ方向の分布を示している。中間層２４のバンドギャップＥｇは、量子ドット層２３側の端部（ｚ＝０）からバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）に向かって連続的に広くなり、量子ドット層２５側の端部（ｚ＝Ｌ）からバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）に向かって連続的に広くなっている。このように、バンドギャップＥｇのｚ方向の分布が連続的な分布であると、階段状の分布である場合に比べてバイアス電圧印加時の光電子伝導における散乱が減少する。上記のようなバンドギャップＥｇの変調を実現するために、例えば、中間層２４の材料組成がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓで表されるとき、Ａｌ組成比ｘを０から０．１まで連続的に増加させながら中間層２４の下側部分（ｚ＝０〜Ｍ）を形成し、Ａｌ組成比ｘを０．１から０まで連続的に減少させながら中間層２４の上側部分（ｚ＝Ｍ〜Ｌ）を形成する。
【００５１】
図９（ｂ）は、中間層２４のバンドギャップＥｇのｚ方向の座標ｚに対する一次微分係数ｄＥｇ／ｄｚのｚ方向の分布を示している。ｄＥｇ／ｄｚは、バンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）より量子ドット層２３側（０＜ｚ＜Ｍ）において正、バンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）において０、バンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）より量子ドット層２５側（Ｍ＜ｚ＜Ｌ）において負である。
【００５２】
図９（ｃ）は、中間層２４のバンドギャップＥｇのｚ方向の座標ｚに対する二次微分係数ｄ２Ｅｇ／ｄｚ２のｚ方向の分布を示している。ｄ２Ｅｇ／ｄｚ２は、量子ドット層２３側の端部（ｚ＝０）から量子ドット層２５側の端部（ｚ＝Ｌ）まで常に負である。したがって、中間層２４の伝導帯端のｚ方向の分布が上に凸の分布となり、中間層２４の伝導帯端の両端（ｚ＝０、Ｌ）近傍における傾斜が急峻になる。その結果、波長λ１の赤外線を検出するモードにおいて波長λ２の赤外線によって量子ドット２５の励起準位３３に励起された電子が中間層２４のポテンシャル障壁をトンネル効果により透過する確率が大きく低減され、波長λ２の赤外線を検出するモードにおいて波長λ１の赤外線によって量子ドット２３の励起準位３１に励起された電子が中間層２４のポテンシャル障壁をトンネル効果により透過する確率が大きく低減される。上記のようなｄ２Ｅｇ／ｄｚ２の分布は、例えば、中間層２４のバンドギャップＥｇをｚ座標の２次関数にすることで実現できる。尚、ｚ方向は、量子ドット層２３、中間層２４、及び量子ドット層２５が積層されている積層方向に一致している。
【００５３】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３を説明する。以下において、実施の形態１又は２と共通する事項及び実施の形態１又は２から自明な事項の説明は省略される場合がある。
【００５４】
図１０を参照して、本実施の形態では、量子ドット層２３の中間層２４側に量子井戸層７０が設けられている。量子井戸層７０は、量子ドット層２３と中間層２４の間に配置される。以下において、量子井戸層７０の量子井戸を量子井戸７０と称する場合がある。本実施の形態では、量子ドット２３の基底準位３０の電子が赤外線を吸収して量子井戸７０のエネルギー準位７５にサブバンド間遷移する。したがって、本実施の形態において、量子ドット２３のサブバンド間遷移エネルギーは、基底準位３０とエネルギー準位７５のエネルギー差である。
【００５５】
実施の形態１では、量子ドット２５の組成又はサイズを量子ドット２３の組成又はサイズと異なるものとすることで、量子ドット２３と量子ドット２５のサブバンド間遷移エネルギー（すなわち検出感度ピークの波長）を異ならせた。一方、本実施の形態では、量子ドット２５の組成及びサイズが量子ドット２３の組成及びサイズと同一であっても、量子井戸層７０の有無によって、量子ドット２３と量子ドット２５のサブバンド間遷移エネルギーを異ならせることができる。したがって、量子ドット２３及び２５の密度が高くなるように量子ドット２３及び２５の組成及びサイズを最適化して、量子ドット型赤外線検出器１の感度を高めることができる。
【００５６】
尚、量子ドットの密度を高密度に保ったまま量子ドットのサイズや組成を変調することよりも、高密度な量子ドットを形成してその上に形成する量子井戸層の組成又は層厚を変調する方が容易である。したがって、本実施の形態によれば、検出感度ピーク波長を変調することが容易である。
【００５７】
量子井戸層７０を量子ドット層２３の中間層２４側に設けるかわりに量子ドット層２３の中間層２４の反対側（すなわち量子ドット層２３と中間層２６（２２）の間）に設けてもよい。量子井戸層７０を量子ドット層２３の両側に設けてもよい。量子ドット層２３の中間層２４側、中間層２４の反対側、又は両方に量子井戸層７０を設けるかわりに、量子ドット層２５の中間層２４側（すなわち量子ドット層２５と中間層２４の間）、中間層２４の反対側（すなわち量子ドット層２５と中間層２６（２２）の間）、又は両方に量子井戸層を設けてもよい。量子ドット層の両側に量子井戸層が設けられた構造は、ＤＷＥＬＬ（Ｄｏｔ  ｉｎ  ＷＥＬＬ）構造と称される場合がある。量子ドット層２３及び２５の両方に量子井戸層を設けてもよい。
【００５８】
更に、本発明者らは、量子井戸層７０を量子ドット層２３の中間層２４側のみに設けることで、一方の波長の赤外線を検出するモードにおいて他方の波長の赤外線を誤検知することが防止される効果が向上することに想到した。その理由を以下に説明する。
【００５９】
図１１は、図１０の中間層２４がバンドギャップ変調されていない中間層２９で置き換えられた構造の伝導帯模式図である。図１１は、バイアス電圧が印加されない状態を示している。量子ドット２３の基底準位３０に対応する波動関数７１及び量子井戸７０のエネルギー準位７５に対応する波動関数７２が示されている。波動関数７１は偶関数である。偶関数は、節の数が偶数である。波動関数７１の節の数は０個である。一方、光学遷移則により、サブバンド間遷移の終状態のエネルギー準位に対応する波動関数は奇関数である。奇関数は、節の数が奇数である。エネルギー準位７５が量子井戸７０のエネルギー準位のうち最も低いエネルギー準位である場合、波動関数７２の節の数は１個である。
【００６０】
図１１に示すように、波動関数７２は量子ドット２３の領域と量子井戸７０の領域に跨って存在する。ここで、量子ドット２３の領域における波動関数７２の波数は、量子井戸７０の領域における波動関数７２の波数よりも大きい。そのため、波動関数７２の節は量子ドット２３と量子井戸７０の境界よりも量子ドット２３側に存在し、波動関数７２の中間層２６（２２）への染み出し距離ｚ３は波動関数７２の中間層２９への染み出し距離ｚ４よりも大きい。
【００６１】
したがって、負バイアス電圧が印加されている状態においてエネルギー準位７５にサブバンド間遷移した電子が量子ドット２３と中間層２６（２２）の間に形成される三角ポテンシャル障壁をトンネル効果で透過する確率は、負バイアス電圧と絶対値が等しい正バイアス電圧が印加されている状態においてエネルギー準位７５にサブバンド間遷移した電子が量子ドット２３と中間層２９の間に形成される三角ポテンシャル障壁をトンネル効果で透過する確率より高い。
【００６２】
ここで、中間層２９をバンドギャップ変調された中間層２４で置き換えると、波長λ２の赤外線を検出するモード（正バイアス電圧印加状態）において、波長λ１の赤外線によってエネルギー準位７５にサブバンド間遷移した電子が正バイアス側（上部コンタクト層２７側）に移動する確率が更に低減される。換言すれば、波長λ２の赤外線を検出するモードにおいて波長λ１の赤外線を誤検知する確率が実施の形態１及び２よりも低減される。
【００６３】
以上の議論は、量子ドット層２５についても当てはまる。すなわち、図１２に示すように、量子ドット層２３の中間層２４側に量子井戸層７０が設けられ、量子ドット層２５の中間層２４側に量子井戸層８０が設けられる。２波長吸収積層体２８において、量子ドット層２３、量子井戸層７０、中間層２４、量子井戸層８０、及び量子ドット層２５の順番でｚ方向に配置される。量子ドット層２３と中間層２６（２２）の間には量子井戸層が設けられず、量子ドット層２５と中間層２６（２２）の間には量子井戸層が設けられない。
【００６４】
実施の形態１の場合と同様に、複数の２波長吸収積層体２８を設けることで、量子ドット型赤外線検出器１の検出感度を向上することができる。この場合、隣り合う２波長吸収積層体２８の間にバンドギャップ変調されない中間層２６が配置されることは言うまでもない。
【００６５】
本実施の形態にかかる量子ドット型赤外線検出器１に用いられる半導体ウエハの製造方法は、実施の形態１にかかる半導体ウエハの製造方法と基本的に同様である。ただし、量子井戸層を形成するプロセスが追加される。例えば、量子ドット層２３を形成するプロセスと中間層２４を形成するプロセスの間に量子井戸層７０を形成するプロセスが追加され、中間層２４を形成するプロセスと量子ドット層２５を形成するプロセスの間に量子井戸層８０を形成するプロセスが追加される。量子井戸層７０は、中間層２６（２２）の半導体材質のバンドギャップと量子ドット層２３の半導体材質のバンドギャップの間のバンドギャップを持つ半導体材質により形成される。量子井戸層８０は、中間層２６（２２）の半導体材質のバンドギャップと量子ドット層２５の半導体材質のバンドギャップの間のバンドギャップを持つ半導体材質により形成される。例えば、中間層２６（２２）の半導体材質がＧａＡｓ、量子ドット層２３及び２５の半導体材質がＩｎＡｓの場合、量子井戸層７０及び８０の半導体材質としてはＩｎＧａＡｓが好適である。半導体ウエハから量子ドット型赤外線検出器１を製造する方法及び赤外線検出装置１００の製造方法は実施の形態１及び２と同様である。
【００６６】
尚、図１２に示されるように量子井戸層７０及び８０の両方が設けられてもよく、量子井戸層７０及び８０のいずれか一方だけが設けられてもよい。本実施の形態において、量子ドット２３の組成及びサイズと量子ドット２５の組成及びサイズは、同一であっても異なっていてもよい。
【００６７】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４を説明する。以下において、実施の形態１、２、又は３と共通する事項及び実施の形態１、２、又は３から自明な事項の説明は省略される場合がある。
【００６８】
実施の形態１乃至３においては、中間層２４におけるバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）は、両端（ｚ＝０、Ｌ）の間に配置されていればよく、中心（ｚ＝２／Ｌ）であってもなくてもよい。本実施の形態においては、バンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）が積極的に中心（ｚ＝２／Ｌ）からずらされる。
【００６９】
実施の形態１における計算から明らかなように、量子ドット２３又は２５から中間層２４又は２６（２２）へのトンネル確率は、サブバンド間遷移の終状態である励起準位３１又は３３のエネルギー準位と印加されるバイアス電圧に依存する。また、実施の形態３で説明したように量子ドット層２３に隣接して量子井戸層７０が設けられる場合、量子ドット２３の組成及びサイズと量子ドット２５の組成及びサイズが同一であっても、量子井戸層７０の組成又は層厚が異なるとサブバンド間遷移の終状態のエネルギー準位７５が異なるため、結果として量子ドット２３から中間層２４又は２６（２２）へのトンネル確率が異なる。
【００７０】
したがって、下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７に負方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２３から中間層２６（２２）へのトンネル確率と、下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７に負方向バイアス電圧と絶対値が同じで向きが反対の正方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２５から中間層２６（２２）へのトンネル確率とが異なる場合がある。このような場合、中間層２４におけるバンドギャップ最大位置を中心（ｚ＝２／Ｌ）からずらすことで、一方の波長の赤外線を検出するモードにおいて他方の波長の赤外線を誤検知することが防止される効果を向上させることができる。
【００７１】
以下、２波長吸収積層体２８の両側に中間層２６が配置される場合について説明する。２波長吸収積層体２８の両側又はいずれか一方側に中間層２２が配置される場合は、２波長吸収積層体２８の両側に中間層２６が配置される場合の説明から明らかである。
【００７２】
図１３（ａ）は、量子ドット２３の励起準位３１と量子ドット２５の励起準位３３が異なる場合において、下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７にバイアス電圧を印加しない状態における伝導帯模式図を示す。図示したように励起準位３１より励起準位３３が中間層２６の伝導帯端のエネルギー準位に近い場合、負方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２３から中間層２６へのトンネル確率は、正方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２５から中間層２６へのトンネル確率より小さい。量子ドット２３から中間層２６へのトンネル確率は、量子ドット２３の励起準位３１の光電子が中間層２６のポテンシャル障壁をトンネル効果により透過する確率である。量子ドット２５から中間層２６へのトンネル確率は、量子ドット２５の励起準位３３の光電子が中間層２６のポテンシャル障壁をトンネル効果により透過する確率である。
【００７３】
したがって、量子ドット型赤外線検出器１の光吸収部に単位時間に入射する波長λ１の光子の数と波長λ２の光子の数が等しい場合において、波長λ１の赤外線を検出するモードと波長λ２の赤外線を検出するモードで同程度の光電流を得ようとするならば、波長λ１の赤外線を検出するモードにおいて絶対値の大きい動作バイアス電圧を印加する必要がある。すなわち、波長λ１の赤外線を検出するモードにおいて下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７に印加される動作バイアス電圧（負バイアス電圧）の絶対値を波長λ２の赤外線を検出するモードにおいて下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７に印加される動作バイアス電圧（正バイアス電圧）の絶対値より大きくする必要がある。尚、負方向バイアス電圧と負バイアス電圧の向きが同じであり、正方向バイアス電圧と正バイアス電圧の向きが同じである。この場合、図１３（ａ）に示すように中間層２４のバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）を中間層２４の中心（ｚ＝Ｌ／２）から量子ドット層２５側に寄せることが好ましい。その理由を以下に説明する。
【００７４】
図１３（ｂ）は、波長λ１の赤外線を検出するモードにおいて下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７に負バイアス電圧を印加した状態における伝導帯模式図を示す。中間層２４のバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）が量子ドット層２５側に寄っているため、負バイアス電圧の絶対値が大きくても量子ドット２５と中間層２４の間に三角ポテンシャル障壁が形成されない。したがって、量子ドット２５から中間層２４へのトンネル確率が低い。
【００７５】
図１３（ｃ）は、波長λ２の赤外線を検出するモードにおいて下部コンタクト層２１及び上部コンタクト層２７に正バイアス電圧を印加した状態における伝導帯模式図を示す。波長λ２の赤外線を検出するモードにおいては、正バイアス電圧の絶対値が小さくても十分な光電流を得ることができる。正バイアス電圧の絶対値が小さいと、中間層２４のバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）が量子ドット層２５側に寄っていても、量子ドット２３と中間層２４の間に三角ポテンシャル障壁が形成されない。したがって、量子ドット２３から中間層２４へのトンネル確率が低い。
【００７６】
以上のように、絶対値が同じで向きが異なるバイアス電圧を印加した際の量子ドット２３の光電子のトンネル確率と量子ドット２５の光電子のトンネル確率とに応じて、中間層２４のバンドギャップ最大位置（ｚ＝Ｍ）を中間層２４の中心（ｚ＝Ｌ／２）からずらすことで、波長λ１の赤外線と波長λ２の赤外線とで同程度の光電流を確保しつつ、一方の波長の赤外線を検出するモードにおいて他方の波長の赤外線を誤検知することが防止される効果を向上させることができる。
【００７７】
まとめると、正方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２５から中間層２６へのトンネル確率が負方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２３から中間層２６へのトンネル確率より高い場合、中間層２４のバンドギャップ最大位置は中間層２４の中心から量子ドット層２５側に寄っており、波長λ１の赤外線を検出するモードで印加される負バイアス電圧の絶対値は波長λ２の赤外線を検出するモードで印加される正バイアス電圧の絶対値より大きい。負方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２３から中間層２６へのトンネル確率が正方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２５から中間層２６へのトンネル確率より高い場合、中間層２４のバンドギャップ最大位置は中間層２４の中心から量子ドット層２３側に寄っており、波長λ２の赤外線を検出するモードで印加される正バイアス電圧の絶対値は波長λ１の赤外線を検出するモードで印加される負バイアス電圧の絶対値より大きい。
【００７８】
尚、正方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２５から中間層２６へのトンネル確率と負方向バイアス電圧を印加した際の量子ドット２３から中間層２６へのトンネル確率が等しい場合、中間層２４のバンドギャップ最大位置は中間層２４の中心に配置され、正バイアス電圧の絶対値と負バイアス電圧の絶対値が等しいことが好ましい。
【００７９】
本実施の形態にかかる量子ドット型赤外線検出器１に用いられる半導体ウエハの製造方法、半導体ウエハから量子ドット型赤外線検出器１を製造する方法、及び赤外線検出相違１００の製造方法は、実施の形態１乃至３と同様である。
【００８０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００８１】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００８２】
（付記１）半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する量子ドット型赤外線検出器であって、第１波長の赤外線を吸収する第１量子ドット層と、前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を吸収する第２量子ドット層と、前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層とを具備する。前記第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い。
【００８３】
（付記２）付記１に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、前記第１中間層のバンドギャップは、前記第１端部から前記バンドギャップ最大位置に向かって連続的に広くなり、前記第２端部から前記バンドギャップ最大位置に向かって連続的に広くなる。
【００８４】
（付記３）付記２に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、前記第１量子ドット層、前記第１中間層、及び前記第２量子ドット層が積層されている積層方向が定義される。前記第１中間層のバンドギャップの前記積層方向の座標に対する２次微分係数は、前記第１端部から前記第２端部まで常に負である。
【００８５】
（付記４）付記１乃至３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、前記第１中間層の伝導帯または荷電子帯の変調量が５〜１００ｍｅＶである。
【００８６】
（付記５）付記１乃至４のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、前記第１量子ドット層及び前記第２量子ドット層の少なくとも一方の前記第１中間層側、前記第１中間層の反対側、又は両方に設けられた量子井戸層を更に具備する。
【００８７】
（付記６）付記５に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、前記量子井戸層は、前記第１中間層側のみに設けられる。
【００８８】
（付記７）付記１乃至６のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、前記第１波長の赤外線を吸収する他の第１量子ドット層と、前記第２波長の赤外線を吸収する他の第２量子ドット層と、前記他の第１量子ドット層と前記他の第２量子ドット層とを隔てる他の第１中間層と、前記第２量子ドット層と前記他の第１量子ドット層とを隔てる第２中間層とを更に具備する。前記他の第１中間層のバンドギャップは、前記他の第１量子ドット層側の他の第１端部と前記他の第２量子ドット層側の他の第２端部の間の他のバンドギャップ最大位置において最も広い。前記第２中間層のバンドギャップは、前記第２量子ドット層側の端部から前記他の第１量子ドット層側の端部にかけて一定である。
【００８９】
（付記８）付記１乃至６のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、第１コンタクト層と、第２中間層と、他の第２中間層と、第２コンタクト層とを更に具備する。前記第１コンタクト層、前記第２中間層、前記第１量子ドット層、前記第１中間層、前記第２量子ドット層、前記他の第２中間層、及び前記第２コンタクト層の順番に配置される。前記第２中間層のバンドギャップは、前記第１コンタクト層側の端部から前記第２コンタクト層側の端部にかけて一定である。前記他の第２中間層のバンドギャップは、前記第１コンタクト層側の端部から前記第２コンタクト層側の端部にかけて一定である。前記第１コンタクト層及び前記第２コンタクト層に第１方向バイアス電圧を印加した際の前記第１量子ドット層の量子ドットから前記第２中間層への第１トンネル確率と前記第１コンタクト層及び前記第２コンタクト層に前記第１方向バイアス電圧と絶対値が同じで向きが反対の第２方向バイアス電圧を印加した際の前記第２量子ドット層の量子ドットから前記他の第２中間層への第２トンネル確率とが異なる。前記第１トンネル確率が前記第２トンネル確率より高い場合、前記バンドギャップ最大位置は前記第１中間層の中心から前記第１量子ドット層側に寄っている。前記第２トンネル確率が前記第１トンネル確率より高い場合、前記バンドギャップ最大位置は前記第１中間層の中心から前記第２量子ドット層側に寄っている。
【００９０】
（付記９）付記７に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、第１コンタクト層と、他の第２中間層と、更に他の第２中間層と、第２コンタクト層とを更に具備する。前記第１コンタクト層、前記他の第２中間層、前記第１量子ドット層、前記第１中間層、前記第２量子ドット層、前記第２中間層、前記他の第１量子ドット層、前記他の第１中間層、前記他の第２量子ドット層、前記更に他の第２中間層、及び前記第２コンタクト層の順番に配置される。前記他の第２中間層のバンドギャップは、前記第１コンタクト層側の端部から前記第２コンタクト層側の端部にかけて一定である。前記更に他の第２中間層のバンドギャップは、前記第１コンタクト層側の端部から前記第２コンタクト層側の端部にかけて一定である。前記第１コンタクト層及び前記第２コンタクト層に第１方向バイアス電圧を印加した際の前記第１量子ドット層の量子ドットから前記他の第２中間層への第１トンネル確率と前記第１コンタクト層及び前記第２コンタクト層に前記第１方向バイアス電圧と絶対値が同じで向きが反対の第２方向バイアス電圧を印加した際の前記第２量子ドット層の量子ドットから前記第２中間層への第２トンネル確率とが異なる。前記第１トンネル確率が前記第２トンネル確率より高い場合、前記バンドギャップ最大位置は前記第１中間層の中心から前記第１量子ドット層側に寄っている。前記第２トンネル確率が前記第１トンネル確率より高い場合、前記バンドギャップ最大位置は前記第１中間層の中心から前記第２量子ドット層側に寄っている。
【００９１】
（付記１０）付記１乃至９のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器であって、前記第１中間層の材料組成は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓで表される。前記Ａｌ組成比ｘは、前記バンドギャップ最大位置において最も大きい。
【００９２】
（付記１１）半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する量子ドット型赤外線検出器と、電圧源回路と、光電流検出回路とを具備する赤外線検出装置。前記電圧源回路は、前記量子ドット型赤外線検出器に第１バイアス電圧と前記第１バイアス電圧の反対の向きの第２バイアス電圧を印加する。前記光電流検出回路は、前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第１バイアス光電流と前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第２バイアス光電流を検出する。前記量子ドット型赤外線検出器は、第１波長の赤外線を吸収する第１量子ドット層と、前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を吸収する第２量子ドット層と、前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層とを備える。前記第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い。
【００９３】
（付記１２）付記１１に記載の赤外線検出装置であって、前記量子ドット型赤外線検出器は、第１コンタクト層と、第２中間層と、他の第２中間層と、第２コンタクト層とを更に備える。前記第１コンタクト層、前記第２中間層、前記第１量子ドット層、前記第１中間層、前記第２量子ドット層、前記他の第２中間層、及び前記第２コンタクト層の順番に配置される。前記第２中間層のバンドギャップは、前記第１コンタクト層側の端部から前記第２コンタクト層側の端部にかけて一定である。前記他の第２中間層のバンドギャップは、前記第１コンタクト層側の端部から前記第２コンタクト層側の端部にかけて一定である。前記第１コンタクト層及び前記第２コンタクト層に前記第１バイアス電圧と同じ向きの第１方向バイアス電圧を印加した際の前記第１量子ドット層の量子ドットから前記第２中間層への第１トンネル確率と前記第１コンタクト層及び前記第２コンタクト層に前記第１方向バイアス電圧と絶対値が同じで向きが反対の第２方向バイアス電圧を印加した際の前記第２量子ドット層の量子ドットから前記他の第２中間層への第２トンネル確率とが異なる。前記第１トンネル確率が前記第２トンネル確率より高い場合、前記バンドギャップ最大位置は前記第１中間層の中心から前記第１量子ドット層側に寄っており、前記第２バイアス電圧の絶対値は前記第１バイアス電圧の絶対値より大きい。前記第２トンネル確率が前記第１トンネル確率より高い場合、前記バンドギャップ最大位置は前記第１中間層の中心から前記第２量子ドット側に寄っており、前記第１バイアス電圧の絶対値は前記第２バイアス電圧の絶対値より大きい。
【００９４】
（付記１３）半導体量子ドットにおけるサブバンド間遷移によって赤外線を検出する量子ドット型赤外線検出器を用いた赤外線検出方法であって、第１波長の赤外線を検出するステップと、前記第１波長と異なる第２波長の赤外線を検出するステップとを具備する。前記第１波長の赤外線を検出するステップは、前記量子ドット型赤外線検出器に第１バイアス電圧を印加するステップと、前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器の第１量子ドット層が前記第１波長の赤外線を吸収するステップと、前記第１バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第１バイアス光電流を検出するステップとを備える。前記第２波長の赤外線を検出するステップは、前記量子ドット型赤外線検出器に前記第１バイアス電圧の反対の向きの第２バイアス電圧を印加するステップと、前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器の第２量子ドット層が前記第２波長の赤外線を吸収するステップと、前記第２バイアス電圧が印加されているときに前記量子ドット型赤外線検出器が出力する第２バイアス光電流を検出するステップとを備える。前記第１量子ドット層と前記第２量子ドット層とを隔てる第１中間層のバンドギャップは、前記第１量子ドット層側の第１端部と前記第２量子ドット層側の第２端部の間のバンドギャップ最大位置において最も広い。
【符号の説明】
【００９５】
１００  赤外線検出装置
１１０  電圧源回路
１２０  光電流検出回路
１  量子ドット型赤外線検出器
２１  下部コンタクト層
２２、２４、２６  中間層
２３、２５  量子ドット層（量子ドット）
２７  上部コンタクト層
７０  量子井戸層
８０  量子井戸層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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