(57)【要約】【課題】入射した赤外線の吸収効率を高め、検出感度に優れた赤外線検出素子及び赤外線検出器を提供する。【解決手段】本発明の赤外線検出素子は、光変換層を有する素子部と、前記素子部の入射面と反対側に位置する反射構造体と、を備え、前記反射構造体は、周期的な凹凸構造を有する半導体部と、前記半導体部を被覆する金属部とを備え、前記入射面と前記半導体構造体における反射面とは、検出波長の赤外線が共鳴する間隔で配置され、前記素子部内に光キャビティを形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変換層を有する素子部と、
前記素子部の入射面と反対側に位置する反射構造体と、を備え、
前記反射構造体は、周期的な凹凸構造を有する半導体部と、前記半導体部を被覆する金属部とを備え、
前記入射面と前記反射構造体における反射面とは、検出波長の赤外線が共鳴する間隔で配置され、前記素子部内に光キャビティを形成している、赤外線検出素子。
【請求項２】
前記反射構造体における半導体部は、前記入射面と反対方向に向かって突出する複数の柱状体を備え、前記複数の柱状体が前記凹凸構造をなす、請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項３】
前記反射構造体を構成する周期的な凹凸構造は、正三角格子状又は正六角格子状に配列している請求項１又は２に記載の赤外線検出素子。
【請求項４】
前記金属部は、周期的な前記凹凸構造を有する半導体部を全面で覆い、かつ、前記金属部の赤外線に対する反射率が９０％以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項５】
前記素子部の入射面に、低反射膜をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項６】
前記素子部の光変換層は、量子ナノ構造を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項７】
前記量子ナノ構造は、量子ドット、量子井戸及び量子細線からなる群から選択されるいずれかを含み、
感度スペクトルのピーク波長が６μｍ以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項８】
前記量子ナノ構造は量子ドットであり、感度スペクトルのピーク波長が８μｍ以上１４μｍ以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の赤外線検出素子と、
前記赤外線検出素子の反射部と対向する読み出し基板と、
前記赤外線検出素子の前記反射部と前記読み出し基板とを繋ぐはんだバンプと、を備える赤外線検出器。
【請求項１０】
入射面と反射面とが検出波長の赤外線が共鳴する間隔となるように、光変換層を有する素子部をエピタキシャル成長させる積層工程と、
前記積層工程により積層された素子部の一面を加工し、複数の柱状体が配列した周期的な凹凸構造を有する半導体部を作製する工程と、
前記半導体部を被覆する金属部を積層する工程と、を有する、赤外線検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出素子、赤外線検出器及び赤外線検出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出素子は、熱検知や、二酸化炭素や大気汚染物質の濃度測定、人工衛星を用いたリモートセンシング等に用いられる。赤外線検出器の一つとして、量子ドットのサブバンド間遷移を利用した量子ドット型赤外線検出素子が知られている。
【０００３】
量子ドット型赤外線検出素子は、量子ドットの周囲を、量子ドットを構成する材料よりも大きなバンドギャップを持つ半導体で３次元的に囲まれた構造を有する。量子ドット内には、電子又は正孔が強く閉じ込められ、離散的なエネルギー準位が形成される。これらの準位のうち伝導帯の複数の電子サブバンド準位を利用し、サブバンド間エネルギー差に相当するエネルギーを持つ赤外線を検知する。
【０００４】
特許文献１には、量子ドットと障壁層との間に中間層を備える量子ドット型赤外線検出器が記載されている。量子ドットからの電子の脱出を中間層により容易にすることで、赤外線検出器の感度が高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０９４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の赤外線検出器は、光により励起した後の電子の流れやすさを改善している。一方で、入射した赤外線の吸収効率を充分高めることはできない。この問題は、量子ドット型赤外線検出器に限られず、量子井戸型の赤外線検出器や、光変換層がバルクである赤外線検出器についても同様である。つまり、入射した赤外線の吸収効率を高め、検出感度に優れた赤外線検出素子及び赤外線検出器を実現することは難しい。
【０００７】
本発明の目的は、上述の課題を鑑み、入射した赤外線の吸収効率を高め、検出感度に優れた赤外線検出素子及び赤外線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様にかかる赤外線検出素子は、光変換層を有する素子部と、前記素子部の入射面と反対側に位置する反射構造体と、を備え、前記反射構造体は、周期的な凹凸構造を有する半導体部と、前記半導体部を被覆する金属部とを備え、前記入射面と前記半導体構造体における反射面とは、検出波長の赤外線が共鳴する間隔で配置され、前記素子部内に光キャビティを形成している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、入射した赤外線の吸収効率を高め、検出感度に優れた赤外線検出素子及び赤外線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施態様にかかる赤外線検出素子の断面模式図である。
【図２】周期的な凹凸構造を形成する一つの柱状体の近傍を拡大した模式図である。
【図３】比較例３における検出感度を基準とした際における実施例１、比較例１及び比較例２の赤外線検出器の検出感度を示したグラフである。
【図４】素子部の反射面に形成した凹凸構造をｚ方向（図１）から平面視した図である。
【図５】第１実施形態にかかる赤外線検出素子の別の例の断面模式図である。
【図６】第２実施態様にかかる赤外線検出素子の断面模式図である。
【図７】第２実施形態にかかる赤外線検出器の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８】第３実施形態にかかる赤外線検出素子の素子部の要部を拡大した断面模式図である。
【図９】第３実施形態にかかる赤外線検出素子の伝導帯構造を模式的に示した図である。
【図１０】周期的な凹凸構造の例を示した図である。
【図１１】第４実施形態にかかる赤外線検出器の斜視模式図である。
【図１２】第４実施形態にかかる赤外線検出器の断面模式図である。
【図１３】第４実施形態にかかる赤外線検出器の製造方法を説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態である赤外線検出素子及び赤外線検出器について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１２】
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる赤外線検出素子の断面模式図である。図１に示す赤外線検出素子１００は、素子部１と反射構造体２とを備える。以下、赤外線検出素子１００の積層方向をｚ方向、赤外線検出素子１００が延在する面内方向の一方向をｘ方向、ｘ方向及びｚ方向に直交する方向をｙ方向と言う。
【００１３】
図１に示す素子部１は、光変換層４と中間層５とを備える。素子部１の構成は、図１に示す構成に限られず、公知の半導体光検出器の素子構造を適宜選択できる。例えば、光変換層４は、量子ドット層でもよいし、量子井戸層でもよいし、単なるバルク層でもよい。また中間層５も公知の層を用いることができる。
【００１４】
反射構造体２は、素子部１の入射面１Ａと反対側に位置する。反射構造体２は、半導体部６と金属部７とを備える。
【００１５】
半導体部６は、周期的な凹凸構造を有し、プラズモンアンテナ構造を形成する。プラズモンアンテナ構造は、界面に束縛されたプラズモンを光励起し、電場増強効果を高める。電場増強効果は、プラズモンによる光電磁場の時間的及び空間的な閉じ込め効果に由来する。電場増強効果は、光変換層４における光変換効率を高める。
【００１６】
周期的な凹凸構造の形状は特に問わない。例えば、ｘ方向又はｙ方向に沿って凸部と凹部が配列するラインアンドスペース構造でもよいし、金属部７側に突出した柱状体が複数配列する海島構造でもよい。面内方向の電場増強効果を均一にする観点からは、凹凸構造は、柱状体が複数配列した海島構造であることが好ましい。
【００１７】
図２は、周期的な凹凸構造を形成する一つの柱状体Ｐの近傍を拡大した模式図である。柱状体Ｐは半導体部６の一部である。図２は、柱状体Ｐの第１面６Ａから第２面６Ｂまでを図示している。図２では理解を容易にするために図示していないが、第２面６Ｂにも金属部７が積層されている。
【００１８】
図２では円柱状の柱状体Ｐを示した。柱状体Ｐは、円柱形状に限られない。例えば、柱状体Ｐの形状は、四角柱、三角柱、円錐、四角錐、三角錐、円錐台、四角錐台、三角錐台でもよい。また柱状体Ｐをｚ方向から見た際の形状がドーナッツ状の柱状体でもよい。製作の容易さの観点から鑑みると円柱状の周期構造体が良い。また同一面積内に多くの柱状体Ｐを配列し、ｘｙ面内方向の等方性を確保するためにも、柱状体Ｐの形状は円柱状であることが好ましい。配列する柱状体Ｐの数が増えると、凹凸の発生頻度が高まり、電場増強効果が向上する。配列方式は特に問わず、正方格子状、矩形格子状、原始矩形格子状、平行体格子状、歪斜格子状、斜方格子状、菱形格子状、中心矩形格子状、二等辺三角格子状、六角格子状、正三角格子状等いずれの配列構造でも良い。より多くの柱状体を並べるという観点では、最密充填構造である正三角格子状（六角格子状）に柱状体を配列すると良い。また、柱状体を正三角格子状に配列すると、周期構造が６０°回転する毎に現れるので正方格子状等の直交格子状と比べた場合、より大きな電場増強効果が期待できる。
【００１９】
凹凸構造（柱状体Ｐ）の高さ、サイズ及び周期は、赤外線Ｌの検出波長によって調整する。検出波長が変わると、金属界面に束縛されるプラズモンの共鳴周波数も変わる。そのため、検出波長に合わせて凹凸構造の形状を設計することが好ましい。
【００２０】
また図１に示す素子部１の入射面１Ａから反射構造体２における反射面２Ａまでの間隔は、検出波長の赤外線が共鳴する間隔であることが好ましい。
【００２１】
ここで反射面２Ａは、第１面２Ａ１と第２面２Ａ２と第３面Ａ３とからなる。赤外線Ｌの反射に寄与するｚ方向に直交する面は、第１面２Ａ１と第２面２Ａ２である。入射面１Ａと反射面２Ａの間隔を議論する場合、反射面２Ａは第１面２Ａ１と第２面２Ａ２のうち主要な面をさす。主要な面とは、ｚ方向から平面視した際に占有する面積率が高い面である。ただし、実際の実効的な反射面は、周期構造を形成する構造体の屈折率、反射体２Ａ１、２Ａ２の反射率および面積等を考慮した反射面２Ａ１と反射面２Ａ２の間に存在する所定の反射面となる。
【００２２】
また検出波長の赤外線が共鳴する間隔とは、検出波長の赤外線が素子部２０内で開口端共鳴する間隔である。すなわち、素子部１の有効屈折率をｎ、検出波長の赤外線の波長をλ、入射面１Ａから反射面２Ａまでの距離をｄとすると、ｄ＝ｍ×λ／（２ｎ）が成り立つ。ここで、ｍは任意の整数である。
【００２３】
入射面１Ａと反射面２Ａの間隔が当該間隔であると、素子部１内に光キャビティが形成される。素子部１内に光キャビティが形成されると、検出波長の赤外線が開口端共鳴により素子部１内に閉じ込められ、赤外線検出素子１００の検出感度が高まる。
【００２４】
素子部１の有効屈折率ｎはシミュレーションにより求められる。まず、赤外線の検出波長を設定し、シミュレーションにより開口端共鳴が最初に生じる入射面１Ａから反射面２Ａまでの距離ｄを求める。この距離を検出波長で割ったものを、実際の素子部１における有効屈折率とする。
【００２５】
また、素子部１は主としてＧａＡｓ又はＧａＡｓの組成の一部を変更したものにより構成される。そのため、各層の屈折率は大幅には変化しない。そのため、ＧａＡｓの屈折率を有効屈折率として用いてもよいし、素子部１を占める各物質の成分比で重み付けしたものを有効屈折率として用いてもよい。
【００２６】
また図１に示すように、反射構造体２は金属部７を備える。金属部７は、光変換層４で変換されなかった赤外線Ｌを反射する。反射した赤外線Ｌは再び光変換層４に入射する。
【００２７】
金属部７は、赤外線Ｌを反射するものであれば特に問わない。例えば、金、銀、銅、アルミニウム等の金属等を用いることができる。
【００２８】
金属部７の厚みは、特に問わない。金属部７側から赤外線Ｌは入射しないため、金属部７の厚さは厚くすることが可能であり、金属部７の反射率を高くすることができる。金属部の厚さは厚くすれば厚くするほど反射率を上げることが可能であり、その結果素子部１内に赤外線を閉じ込めることができる。例えば、１０μｍ程度までの赤外線の波長領域で９０％以上の反射率を実現するためには、半導体材料としてＧａＡｓ、金属材料として金を想定した場合、金属部の厚さを約２００ｎｍ以上とすれば良い。
【００２９】
また素子部１の入射面１Ａ側には、反射構造体を設けてもよい。反射構造体を設けると、入射する赤外線Ｌの一部は反射してしまうが、素子部１内に赤外線を閉じ込めることができる。その結果、光キャビティによる効果がより高まり、赤外線検出素子１００の検出感度がより高まる。
【００３０】
また素子部１の入射面１Ａには低反射膜を備えても良い。例えば、低反射膜としてＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ）膜、モスアイ膜等を用いることができる。
【００３１】
屈折率界面では反射が生じる。低反射膜は、入射面１Ａの反射を抑制する。そのため、低反射膜を備えると、素子部１内に入射する赤外線Ｌの量が増える。赤外線検出素子１００は、冷却された真空環境下で使用することが多い。そのため低反射膜は、低温の真空環境下で使用できるもの、例えば、金属薄膜、誘電体薄膜、半導体薄膜等が好ましい。
【００３２】
次いで、第１実施形態にかかる赤外線検出素子の製造方法について、図１を基に説明する。
【００３３】
まず基板を準備する。基板には、例えば面方位が（００１）面のＧａＡｓ基板等を用いることができる。そして基板上に光変換層４と中間層５からなる積層体を積層する。積層方法は公知の方法、例えば分子線エピキシャル成長法や、有機金属熱分解法等を用いることができる。またこれらの層の他に、緩衝層やコンタクト層等を積層してもよい。
【００３４】
次いで、素子部１の入射面１Ａと反対側に反射構造体２を形成する。まず半導体部６を作製する。半導体部６は、素子部１の入射面１Ａと反対側の面に凹凸構造を形成して作製する。凹凸構造はフォトリソグラフィー及びエッチングの技術を用いて形成する。
【００３５】
図４は、反射構造体２の反射面２Ａに形成した凹凸構造をｚ方向（図１）から平面視した図である。図４において点線で囲まれた領域が、読み出し基板の一つの金属電極に対応する部分であり、赤外線検出器（図１１）の１画素に対応する。１画素内には複数の柱状体Ｐが紙面手前に向かって起立している。
【００３６】
反射面２Ａは半導体により構成されている。半導体は材料の差によってエッチングの選択性を有する組み合わせが可能であり、半導体膜を加工する場合は、金属膜を加工する場合と異なり、エッチング速度の差を利用した選択エッチングの手法を用いることができる。また、結晶成長法により成膜された半導体表面の平坦性は金属膜の場合に比べて格段に良好である。そのため、原子層レベルで平坦な膜を得ることができ、膜厚の制御も分子線エピキシャル成長法や、有機金属熱分解法等を用いれば原子層レベルで制御可能である。
【００３７】
最後に、凹凸構造上に金属膜等を積層することで、金属部７が形成される。金属部７は、凹凸構造を完全に被覆する。
【００３８】
上述のように、第１実施形態にかかる赤外線検出素子には、反射面２Ａにおける凹凸構造による電場増強効果と、素子部１のｚ方向の厚み制御による赤外線の閉じ込め効果とが、重畳して加わる。これらの効果が重畳すると、それぞれの効果を単独で用いた場合からは想定できないほど顕著に赤外線検出素子の検出感度が高まる。
【００３９】
図３は、赤外線検出素子の検出感度の違いを示す図である。図３における検出感度は、シミュレーションによる数値計算結果である。
【００４０】
図３において実施例１にかかる赤外線検出素子は、プラズモンアンテナ構造及び光キャビティを有する。実施例１の赤外線検出素子の素子部１は、４５０ｎｍのＡｌＧａＡｓ層（光変換層４、比誘電率１０．３）とした。また実施例１の赤外線検出素子の反射構造体２は、ＧａＡｓ（半導体部６、比誘電率１０．５）とＡｕ（金属部７）とからなるとした。また半導体部６は１００ｎｍのＧａＡｓ層から直径２００ｎｍの円柱状のＧａＡｓが突出しているとした。
【００４１】
比較例１にかかる赤外線検出素子は、プラズモンアンテナ構造を有するが、光キャビティを有さない。また比較例２にかかる赤外線検出素子は、光キャビティを有するが、プラズモンアンテナ構造を有さない。なお図３における実施例１、比較例１及び比較例２の結果は、プラズモンアンテナ構造も光キャビティも有さない赤外線検出素子（比較例３）の検出感度により規格化されている。そのため、図３の横軸は赤外線の検出波長であり、縦軸は比較例３の検出感度を１とした際の検出比率である。
【００４２】
図３に示すように、凹凸構造を設けた比較例１の赤外線検出器は、比較例３の赤外線検出器より検出性能が優れる。特に検出波長が１０．４μｍの場合は、比較例３の赤外線検出器の３０倍程度の性能を示した。一方で、素子部１の厚みを設計した比較例２の赤外線検出器は、比較例３の赤外線検出器より僅かに検出性能が優れていた。
【００４３】
これに対し、実施例１の赤外線検出器は、１０．２５μｍの検出波長において比較例３の赤外線検出器の約２００倍と言う極めて高い性能を示した。反射面における凹凸構造（プラズモンアンテナ構造）による電場増強効果と素子部の厚み制御（光キャビティ）による赤外線の閉じ込め効果とが組み合わさると、赤外線検出器の感度がこれほど高くなることは、それぞれの効果（比較例１、比較例２）からは想定できない。
【００４４】
また第１実施形態にかかる赤外線検出素子は、赤外線Ｌが入射する入射面１Ａの反対側にプラズモンアンテナ構造が形成されている。そのため金属部７は赤外線Ｌの入射を考慮する必要が無く、膜厚を自由に設定できる。金属部７の厚みを厚くすると、反射構造体２の反射率を高まる。その結果、光キャビティによる光閉じ込め効果をより高めることができ、赤外線検出素子の検出感度をより高めることができる。
【００４５】
また第１実施形態にかかる赤外線検出素子は、金属部７の外表面にプラズモンアンテナ構造が形成されている場合と比較して、プラズモンアンテナ構造と光変換層４との距離が近い。そのため、プラズモンアンテナ構造と光変換層４とを効率的に結合させることができる。その結果、プラズモンアンテナ構造による電場増強効果をより高めることができ、赤外線検出素子の検出感度をより高めることができる。
【００４６】
以上、本実施形態について一例を基に説明したが、第１実施形態にかかる赤外線検出素子は、種々の変形・変更が可能である。
【００４７】
図５は、第１実施形態にかかる赤外線検出素子の別の例の断面模式図である。図５（ａ）に示す赤外線検出素子１００ａは、半導体部６ａが平坦層を有さず点在している点が、図１に示す赤外線検出素子１００と異なる。図５（ａ）に示す赤外線検出素子１００ａにおける反射構造体２ａもプラズモンアンテナ構造を有するため、電場増強効果を示す。また半導体部６ａと素子部１を構成する半導体材料が異なると、一般的にはエッチング特性が異なる。例えば、素子部１の特定の溶媒に対するエッチング速度を半導体部６ａのエッチング速度より遅くすると、素子部１でエッチングの進行を遅らせることができる。このエッチング速度の違いを利用すると、凹凸構造の作製がより容易になる。
【００４８】
また図５（ｂ）に示す赤外線検出素子１００ｂは、半導体部６ｂが平坦な半導体層部６ｂ１と凹凸構造を有する半導体突起部６ｂ２に分かれ、それぞれ異なる半導体からなる。
半導体層部６ｂ１はウエハの結晶成長時に予め挿入されており、エッチングストップ層と言われる。ある特定のエッチャントに対して半導体突起部６ｂ２を構成する半導体はエッチングされるが、半導体層部６ｂ１はほとんどエッチングされない。例えば、半導体突起部６ｂ２を構成する半導体としてＧａＡｓ、半導体層部６ｂ１を構成する半導体としてＡｌＧａＡｓ、エッチャントとしてアンモニア水と過酸化水素水１：２０の混合液を使用することにより実現できる。このエッチング速度の違いを利用すると、凹凸構造の高さは、結晶成長法により作製された半導体突起部６ｂ２の加工前の結晶成長層の厚さで決定される。この結晶成長層の厚さは原子レベルで制御することが可能であるため、凹凸構造の高さ制御性が各段に向上する。
【００４９】
「第２実施形態」
図６は、第２実施形態にかかる赤外線検出素子１０１の断面模式図である。第２実施形態にかかる赤外線検出素子１０１は素子部２０の光変換層１０が量子ナノ構造を含む点が、第１実施形態にかかる赤外線検出素子１００と異なる。量子ナノ構造とは、ｎｍサイズの構造体を基本単位とする構造であり、一例をあげれば、量子ドット、量子細線、量子井戸等が挙げられる。図６に示すように、赤外線検出素子１０１は、素子部２０と、反射構造体３０と、低反射膜４０とを備える。
【００５０】
反射構造体３０の反射面２１ｂには、周期的な凹凸構造が形成されている。反射面２１ｂは、入射面２０ａ側の第１面２１ｂ１と、金属部２２側の第２面２１ｂ２と、これらを繋ぐ側面２１ｂ３により構成されている。反射構造体３０は、周期的な凹凸構造を有し、プラズモンアンテナ構造を形成する。プラズモンアンテナ構造は、界面に束縛されたプラズモンを光励起し、電場増強効果を高める。
【００５１】
素子部２０は、基板１９と、中間層１１と、光変換層１０とを備える。中間層１１及び光変換層１０はｚ方向に交互に積層されている。中間層１１及び光変換層１０は単層でもよいが、複数層積層されていることが好ましい。光変換層１０を複数積層することで、入射する赤外線Ｌの吸収効率を高めることができる。光変換層１０の積層回数は１０層以上であることが好ましい。
【００５２】
基板１９は、ｘｙ面内方向に延在している。光変換層１０と中間層１１からなる積層体の支持体として機能する。基板１９により各積層体を支持することで、赤外線検出素子１０１のハンドリング性が高まる。基板１９には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物を用いることができる。例えば、ＧａＡｓ等を用いることができる。
【００５３】
光変換層１０は、量子ナノ構造を有する。量子ナノ構造としては、量子ドット構造、量子井戸構造を用いることができる。図６に示す光変換層１０は、量子ドット１０Ａを複数備える。量子ドット１０Ａの密度、形状等は、光変換層１０毎に異なっていてもよい。例えば、第１の光変換層における量子ドットの形状と、その他の光変換層における量子ドットの形状とが異なっていてもよい。量子ドット１０Ａには、例えば、ＩｎＡｓ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ等を用いることができる。
【００５４】
次いで、第２実施形態にかかる赤外線検出素子の製造方法について、図７を基に説明する。
【００５５】
基板１９上に光変換層１０と中間層１１からなる積層体を積層する（図７（ａ）参照）。積層方法及び光変換層１０に量子ナノ構造を設ける方法は公知の方法を用いることができる。
【００５６】
例えば、基板１９として、面方位が（００１）面のＧａＡｓ基板を用意する。この基板を分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）装置内へ導入する。そして固体Ａｓを加熱し昇華させることにより得られるＡｓ４分子線を基板１９に照射しながら、基板１９の温度を６００℃まで上昇させる。ここではＡｓの蒸発源としてＡｓ４分子線を使用したが、Ａｓ２分子線を使用しても構わない。その場合、成長条件は多少変化する。以後、Ａｓ４分子線を用いた例について説明し、Ａｓ４分子線を単に「Ａｓ」と記す。この処理により基板１９表面の自然酸化膜が除去される。その後、５８０℃程度の基板温度で、Ｇａを供給することにより基板と同じＧａＡｓから構成されるｉ型緩衝層２３を３００ｎｍ程度積層する。この積層体の結晶成長においては、すべての結晶成長を、Ａｓを照射した状態のＡｓ雰囲気中（Ａｓを過剰に供給した状態）で行う。
【００５７】
次いで、厚さが３００ｎｍ程度で、Ｓｉ濃度が２×１０１８ｃｍ−３程度のＧａＡｓで構成される下部コンタクト層２４と、厚さ７０ｎｍでＧａＡｓのｉ型障壁層２５を順次積層する。
【００５８】
その後、基板温度を４９０℃程度まで低下させ、名目上の厚さが２〜３原子層程度相当分のＩｎをＡｓ雰囲気中で供給する。ここで、「名目の厚さが２〜３原子層」とは、基板表面で再蒸発する成分も含めた数値であり、実際の平均的な厚さはこの値よりも小さくなる場合が多い。
【００５９】
格子定数の違いから発生する歪みにより、ＩｎＡｓは三次元島状に成長する。これはＳＫ（Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）モード成長と呼ばれる様式であり、この手法により量子ドット１０Ａが形成される。光変換層１０内には、量子ドット１０Ａが平面内に複数並ぶ。量子ドット１０Ａの高さ、サイズ、密度等は、成長温度、成長速度、原料の供給量等で調整できる。例えば、典型的な量子ドット１０Ａの大きさとしては、直径約３０ｎｍ〜５０ｎｍ、高さ約２〜８ｎｍ程度である。また典型的な量子ドット１０Ａの１ｃｍ２当たりの面密度は５×１０１０個程度である。
【００６０】
続いて、Ｉｎの供給を停止してＧａをＡｓ雰囲気中で供給し、ＧａＡｓ層を成長する。このＧａＡｓ層が中間層（ｉ型障壁層）１１に対応する。例えば、中間層１１の厚さは５０ｎｍ程度である。
【００６１】
この工程を繰り返すことで、光変換層１０と中間層１１の積層体が得られる。そして、積層体上に、上部コンタクト層２６を堆積させる。上部コンタクト層２６は、厚さが１００ｎｍ程度で、Ｓｉ濃度が２×１０１８ｃｍ−３程度のＧａＡｓで構成される。
【００６２】
次いで、上部コンタクト層２６に凹凸構造を形成し、半導体部２１を作製する（図７（ｂ））。凹凸構造は、フォトリソグラフィー等の方法で作製する。このとき凹凸構造の周期は、検出する赤外線波長に合わせて適宜設定する。
【００６３】
そして、得られた積層体の一部を選択的にエッチングする。選択的なエッチングは、図４に示す柱状体Ｐが形成されていない部分に沿って行い、紫外線フォトリソグラフィーを行った後に、ドライエッチング又はウェットエッチングにより行う。
【００６４】
エッチング処理がなされたそれぞれの積層体上に金属膜を形成する。金属膜は半導体部２１を被覆して、金属部２２となる。金属部２２の厚さは厚くしても良い。凹凸周期構造は半導体部２１に、言い換えれば、金属部２２の光変換層１０側に形成されているので、いくら厚膜化を行っても凹凸周期構造と光変換層との光結合を妨げることなく厚膜化することが可能である。その結果、金属膜２２を厚膜化することにより、より高い反射率が達成でき、より高い赤外線の閉じ込めを実現できる。
【００６５】
上記製造方法では、ｉ型障壁層としてＧａＡｓを用いたが、ＡｌＧａＡｓを代替として用いても構わない。ＡｌＧａＡｓはＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが大きいため、量子ドット型赤外線検出器の検出波長を短く（言い換えれば、光のエネルギーを大きく）することが可能となる。
【００６６】
ただし、Ａｌ組成が大きいと、結晶特性が劣化する恐れがある。Ａｌは活性であるため、ＩｎやＧａと比べてコンタミネーションに弱い。また、含有量が多くなると成長表面が荒れる傾向がある。よって、Ａｌ組成比は０．４以下程度にしておくことが望ましい。
【００６７】
また、量子ドット１０Ａやその周辺構造を分子線エピタキシャル法によって形成しているが、この方法に限定されるものではなく、有機金属熱分解法等の他の結晶成長法を用いても良い。
【００６８】
また、結晶成長用の基板にとしてＧａＡｓを用いているが、これをＩｎＰとしても良く、この場合に、この場合には障壁層としてＩｎＰと格子整合するようなＩｎＧａＡｌＡｓで構成されていても良い。
【００６９】
量子ナノ構造を有する光変換層１０は、変換できる赤外線の波長が狭帯域である。また量子ナノ構造を構成する材料の組成、構造を変更することで、変換できる赤外線の波長を選択、制御することができる。狭帯域性、波長選択性および波長制御性に優れる量子ナノ構造を有する光変換層１０の吸収波長と、プラズモンアンテナ構造及び光キャビティによる共振ピーク波長とを一致させると、両者の相互作用により電場増強効果及び光閉じ込め効果をより効果的に得られる。
【００７０】
また量子ナノ構造を有する光変換層１０の比検出能（感度）が低下する波長領域の受光感度をプラズモンアンテナ構造及び光キャビティ構造により補ってもよい。このように、量子ナノ構造を有する光変換層１０の比検出能（感度）が高い波長領域と、プラズモンアンテナ構造及び光キャビティ構造により受光感度を増加できる波長領域とをずらすことで、複数の受光感度ピーク波長を隣接させることが可能であり、赤外線検出素子１０１が高い検出感度を示す波長領域を実効的に広帯域化することができる。
【００７１】
「第３実施形態」
第３実施形態にかかる赤外線検出素子の構成は、図６に示す第２実施形態にかかる赤外線検出素子１０１と同様である。一方で、量子ドット１０Ａの感度スペクトルのピーク波長が長波長赤外線領域である点が、第２実施形態にかかる赤外線検出素子１０１と異なる。第２実施形態にかかる赤外線検出素子１０１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省く。
【００７２】
図８は、第３実施形態にかかる赤外線検出素子の素子部２０の要部を拡大した断面模式図である。図８は、一つの量子ドット１０Ａ近傍を拡大している。
【００７３】
図８に示すように、光変換層１０は、下部バリア層１５と、下地層１４と、量子ドット層１２と、量子井戸層１３と、キャップ層１６と、上部バリア層１７とを備える。
【００７４】
量子ドット層１２は、素子部２０に注入された電子を捕捉する。図９は、赤外線検出素子の伝導帯構造を模式的に示した図である。
【００７５】
量子ドット１０Ａの感度スペクトルのピーク波長が長いと、半導体部６がプラズモンアンテナ構造を形成するために必要な周期的な凹凸構造のサイズを大きくすることができる。例えば、赤外線検出素子の感度スペクトルが３〜５μｍの場合は、凹凸構造は１μｍ程度の間隔で設ける必要がある。一方で、赤外線検出素子の感度スペクトルが長波長赤外線領域まで長波長化する場合は、凹凸構造の周期間隔を数μｍ程度まで広げることができる。
【００７６】
凹凸構造の間隔が広がるとフォトリソグラフィー等による凹凸構造の作製が容易になる。フォトリソグラフィー法で最も簡便なコンタクト露光（密着露光）を行う場合、パターンのサイズの限界は、約２μｍ程度である。赤外線検出素子のピーク波長が５μｍ程度以下と短い場合、半導体層の屈折率が概ね３．０前後であることを考慮すると、周期構造の間隔が２μｍ以下となってしまう。つまり、周期構造をコンタクト露光法により作製することが困難になる。
【００７７】
これに対し、赤外線検出素子の感度スペクトルが６μｍ以上であると周期構造の間隔が２μｍを越え、コンタクト露光法を用いて容易に作製できる。更に、赤外線検出素子の感度スペクトルがより長波長の赤外線領域である概ね８〜１４μｍ帯の場合、凹凸周期構造の間隔を数μｍ（３〜４μｍ）程度まで広げることができる。そのため、複数の周期構造の凹凸構造を組み合わせることもできる。
【００７８】
例えば、図１０に示すように、周期間隔が広い第１周期構造（図１０（ａ））と、周期間隔が狭い第２周期構造（図１０（ｂ））と、を組み合わせた第３周期構造（図１０（ｃ））の凹凸構造を作製することもできる。赤外線検出素子の感度スペクトルピーク波長が長くなれば、それに対応して凹凸周期構造も大きくなるのでより効果が期待できる。
【００７９】
長波長赤外線領域、特に８〜１４μｍ帯の波長では大気による赤外線の吸収が少ない。これらの波長にピーク感度を有する赤外線検出素子に、対応する波長で共振するプラズモン構造を導入することにより発現する電場増強効果を利用することにより、より高感度な赤外線センシングが実現できる。この８〜１４μｍ帯の波長は、地表の表面温度を計測するのに重要な波長であり、火山活動、海流の状況、地質等の有益な情報を得ることができ、赤外線探査に有用な赤外線検出素子を提供することができる。
【００８０】
長波長赤外線領域で実現される量子ドットセンサの一例について具体的に説明する。図８に長波長赤外線検出素子を実現するための量子ドットの構造を示す。以下に示す構造パラメータを有する量子ドット構造に、対応する凹凸周期を有するプラズモン構造を付加することにより、赤外線感度スペクトルのピーク波長が６μｍ以上の高感度量子ドットセンサが実現できる。尚、対応する凹凸周期を有するプラズモン構造に関しては第１実施形態および第２実施形態と同様であり、記述を省略する。
【００８１】
図８に示す量子ドット層１２における量子ドット１０Ａは、ＩｎＧａＡｓから成る。ＩｎＧａＡｓを用いた量子ドットは図９に示す様にＩｎＡｓを用いた量子ドットと比較して最小エネルギーＥ１が高い。そのため量子ドット１０Ａは、基底状態ｕ１しかとらない。
【００８２】
ここで、ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎ組成比ｘは、一例として０．５３とした。この値は一例であり、所望の赤外線検出素子の感度スペクトルピーク波長に応じて他の構造パラメータを決定すれば異なる値をとることもできる。
【００８３】
また量子ドット１０Ａの高さは一例として４．５ｎｍ、サイズは２０〜３０ｎｍ程度とした。ここで量子ドット１０Ａのサイズとは、量子ドット１０Ａの積層方向の下面の平均長さを指す。量子ドット１０Ａのサイズや高さは、量子ドット層１２の伝導帯構造を変化させる。例えば、量子ドット１０Ａのサイズや高さが大きすぎると、量子ドット層１２内に捕捉される電子数が増える。捕捉される電子数が増すと、それぞれが相互作用を生じ、赤外線検出の感度が低下するおそれがある。
【００８４】
また量子ドット１０Ａの積層方向の上面１０ａは、平坦化されている。複数の量子ドット１０Ａの高さが揃うと、それぞれの量子ドット１０Ａ中の準位Ｅ１（図９参照）が揃う。各量子ドット１０Ａにおける準位Ｅ１が一定になると、赤外線により遷移するエネルギー準位差ΔＥが一定になる。赤外線検出素子は、量子ドット層１２内の準位Ｅ１と励起状態の準位とのエネルギー準位差ΔＥにより吸収波長が決定する。すなわち、特定の波長の赤外線に対する赤外線検出素子の感度が高まる。
【００８５】
量子ドット層１２には、複数個の量子ドット１０Ａが存在している。量子ドット層１２における量子ドット１０Ａの密度は、５×１０１０個／ｃｍ２とした。赤外線吸収体である量子ドット１０Ａの数は吸収媒体の総体積を増加させるという観点からはより多い方が好ましい。一方で、量子ドット１０Ａの数が多くなりすぎると、隣接する量子ドット１０Ａ同士の距離が近くなりすぎ、互いに影響を及ぼしあう。その結果、量子ドット１０Ａの３次元閉じ込め効果が低下する。そのため、量子ドット１０Ａが所定の密度範囲で存在することで、赤外線Ｌの吸収効率が高まる。
【００８６】
また量子ドット１０Ａにはシリコン（Ｓｉ）１８が適宜ドープされている。量子ドット１０ＡにＳｉをドープすると、キャリアとなる電子が増加する。赤外線検出素子は、電子の動きを光電流として読み出す。すなわち、キャリア数が増加すると、赤外線検出素子の検出感度が向上する。特に、後述する下部バリア層１５及び上部バリア層１７を設ける場合は、Ｓｉをドープすることが好ましい。これらのバリア層は、電子の流れを阻害する。そのため、赤外線検出素子内のキャリア数を増加させることで、検出感度の低下をより防ぐことができる。
【００８７】
量子井戸層１３は、量子ドット１０Ａの全体を被覆する。量子井戸層１３が量子ドット１０Ａの上面１０ａを被覆すると、エネルギー準位において中間準位が設けられ、光電流が流れやすくなる。量子井戸層１３は、量子ドット１０ＡよりＩｎの組成比ｘが低い物質を含む。例えば、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ａｓ等を用いることができる。量子井戸層１３のエネルギー準位は、キャップ層１６と量子ドット層１２の中間に位置する。つまり量子井戸層１３は、束縛された電子が励起される際の中間準位として機能する。中間準位が存在すると、光電流が流れやすくなり、赤外線検出素子の感度が向上する。
【００８８】
量子井戸層１３の厚みは、例えば量子ドット上部において１．５ｎｍ、量子ドット１０Ａが存在しない部分において６．０ｎｍとする。量子井戸層１３の幅が厚すぎると、量子ドット１０Ａによる量子閉じ込め効果が小さくなる。そのため、暗電流が増大し、赤外線検出素子の感度低下の原因となる。
【００８９】
下部バリア層１５は、量子ドット層１２の積層方向の下方に位置する。下部バリア層１５の伝導帯端は、基準となるＧａＡｓのエネルギー準位よりエネルギー準位が高い。このような伝導帯オフセットを持つ物質としては、ＡｌＧａＡｓが挙げられる。より具体的には、Ａｌの組成比が０．２であるＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓを用いることができる。
【００９０】
一方で上部バリア層１７は、量子ドット層１２の積層方向の上方に位置する。上部バリア層１７の伝導帯端は、基準となるＧａＡｓのエネルギー準位よりエネルギー準位が高い。上部バリア層１７には、下部バリア層１５と同様の物質を用いることができる。
【００９１】
量子ドット層１２に束縛された電子は、下部バリア層１５及び上部バリア層１７をトンネル効果又は熱励起により通過する。換言すると、下部バリア層１５及び上部バリア層１７は電子の流れを阻害する。下部バリア層１５及び上部バリア層１７は、赤外線検出素子の暗電流を抑制する。
【００９２】
下部バリア層１５及び上部バリア層１７の厚みは２ｎｍとする。これらの厚みが厚すぎると、電子がこれらの障壁を通過することが難しくなる。つまり、赤外線検出素子の暗電流だけでなく、必要な光電流の流れも阻害するおそれがある。その結果、赤外線検出素子の感度の低下の原因となりうる。
【００９３】
下地層１４は、下部バリア層１５と量子ドット層１２の間に位置する。下地層１４は、中間層１１と同様にＧａＡｓからなる。Ａｌがドープされた下部バリア層１５はＡｌを含有しているためＧａＡｓに比べて成長表面が荒れる傾向があるため、その上には、高品質な量子ドット層１２を積層するのが難しい。下地層１４を設けることで、表面荒れを改善することができ量子ドット層１２の結晶性が高まる。
【００９４】
またキャップ層１６は、上部バリア層１７と量子ドット層１２の間に位置する。キャップ層１６も中間層１１と同様にＧａＡｓからなる。下地層１４及びキャップ層１６のエネルギー準位は、量子ドット層１２と下部バリア層１５又は上部バリア層１７の間に位置する。つまり下地層１４及びキャップ層１６は、束縛された電子が励起される際の中間準位として機能する。中間準位が存在すると、光電流が流れやすくなり、赤外線検出素子の感度が向上する。
【００９５】
下地層１４及びキャップ層１６の厚みは、１．０ｎｍとした。下地層１４及びキャップ層１６により形成される量子井戸の幅が厚すぎると、量子ドット１０Ａによる量子閉じ込め効果が小さくなる。そのため、暗電流が増大し、赤外線検出素子の感度低下の原因となる。
【００９６】
光変換層１０において赤外線Ｌ（図６参照）を吸収するのは、量子ドット層１２である。そのため、必須の層は量子ドット層１２である。一方で、その他の層も光吸収に大きな寄与を及ぼすため、赤外線検出素子は上述のその他の層も備えることが好ましい。
【００９７】
素子部２０において光変換層１０は、中間層１１を介して積層されている。中間層１１は、ＧａＡｓからなることが好ましい。中間層１１の厚みは、５０ｎｍとした。
【００９８】
以上の構造パラメータを有する量子ドット層１２を用いることにより、感度スペクトルのピーク波長が約７．５μｍの赤外線検出素子が実現できる。この赤外線検出素子に、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、検出波長に対応する凹凸周期構造を具備する赤外線検出素子を作製すると、感度スペクトルピーク波長が６μｍ以上である高感度な赤外線検出素子が実現できる。尚、他の波長領域で動作する長波長赤外線センサを実現する場合は上記の構造パラメータを適宜変更すれば良い。
【００９９】
ここまで、赤外線検出素子の具体的な構成について説明した。次いで、赤外線検出素子の動作について図を用いて説明する。図６に示すように赤外線検出素子１０１に赤外線Ｌが入射する。入射した赤外線Ｌは、光変換層１０で吸収される。光変換層１０は、赤外線Ｌを吸収し、光電流を生み出す。発生した光電流は、外部に出力される。
【０１００】
光変換層１０で吸収されなかった赤外線は、反射構造体３０の反射面２１ｂで反射する。反射した赤外線Ｌは再度、光変換層１０で吸収される。反射面２１ｂが凹凸構造であると、界面に束縛されたプラズモンを光励起し、電場増強効果が生じる。電場増強効果により赤外線の一部は捕捉され、光変換層１０での光吸収効率が高まる。
【０１０１】
反射面２１ｂで反射後に入射面２０ａまで到達した赤外線の多くは、素子部２０のｚ方向の厚みを制御しない場合は素子部２０の外部に放出される。これに対し、素子部２０のｚ方向の厚みを制御すると、検出波長の赤外線が開口端共鳴により素子部２０内に閉じ込められる。素子部２０内に閉じ込められた赤外線は、光変換層１０で吸収される。すなわち、赤外線検出素子１０１の感度が高まる。
【０１０２】
次いで、光変換層１０で吸収された赤外線が光電流を発生させる過程について説明する。図９に示すように、量子ドット層１２はエネルギー準位が最も低い。そのため、素子部２０に注入された電子は、量子ドット層１２に捕捉される。量子ドット層１２に捕捉された電子は、赤外線Ｌ（図６参照）により励起される。励起された電子は、トンネル効果又は熱励起により下部バリア層１５又は上部バリア層１７を通過し、光電流を発生させる。
【０１０３】
第３実施形態にかかる赤外線検出素子の製造方法は、第２実施形態にかかる赤外線検出素子と同様である。第２実施形態にかかる赤外線検出素子と同様の工程については説明を省き、図８において示す光変換層１０の具体的な各層の積層工程についてのみ説明する。
【０１０４】
厚み２ｎｍのＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ＝０．２）で表記される下部バリア層１５と、厚み１ｎｍのＧａＡｓからなる下地層１４とを、中間層１１上に順に積層する。
【０１０５】
その後、基板１９の温度を４８０℃前後まで低下させ、厚さが２〜３原子層分に相当するＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ＝０．５３）を積層する。ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓはＳＫモード成長に従い三次元島状に成長し、量子ドット１０Ａとなる。量子ドット１０Ａには、Ｓｉをドープする。Ｓｉドープは、分子線エピタキシャル装置により量子ドット層１２上にＳｉ分子線を所定の時間照射することにより行う。
【０１０６】
量子ドット１０Ａを作製した後には、フラッシングを行う。フラッシングとは、複数の量子ドット１０Ａの高さを揃えることをいう。フラッシングは、以下の手順で行う。まず量子ドット１０Ａを成長後、量子ドット１０Ａを構成する材料より蒸発しにくい材料（ここではＩｎ組成が量子ドットより小さいＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ＝０．１）。）からなる埋め込み層を、量子ドット１０Ａより低い所定の高さ（４．５ｎｍ）で、量子ドット１０Ａの周囲に形成する。その結果、量子ドット１０Ａは、埋め込み層内に頭頂部を露出した状態で埋め込まれる。
【０１０７】
基板１９を加熱し、埋め込み層により被覆されなかった量子ドット１０Ａを蒸発させる。このような手順を経ることで、複数の量子ドット１０Ａの高さが揃う。量子ドット１０Ａ中に含まれるＩｎは、Ｇａより昇華しやすい。そのため、加熱することで量子ドット１０Ａの頭頂部中に含まれるＩｎの一部が昇華し、量子ドット１０Ａの上面が平坦化し、量子ドットの高さが揃う。
【０１０８】
その後、平坦化された量子ドットの上部を覆うように所定の厚さ（残りの厚さ：１．５ｎｍ）の量子井戸層１３、厚み１ｎｍ程度のＧａＡｓからなるキャップ層１６と、厚み２ｎｍのＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（組成は下部バリア層と同じ）で表記される上部バリア層１７と、を順に積層する。これにより光変換層１０が形成される。
【０１０９】
上述のように、第３実施形態にかかる赤外線検出素子には、反射面２１ｂにおける凹凸構造による電場増強効果と、素子部２０のｚ方向の厚み制御による赤外線の閉じ込め効果とが、重畳して加わる。これらの効果が重畳すると、それぞれの効果を単独で用いた場合からは想定できないほど顕著に赤外線検出素子の検出感度が高まる。
【０１１０】
また第３実施形態にかかる赤外線検出素子は、感度スペクトルのピーク波長が長いため、プラズモンアンテナ構造を生み出す凹凸構造の自由度が高く、容易に周期構造が作製可能である。更に、感度スペクトルのピーク波長が８μｍ以上１４μｍ以下である場合は、大気の窓の中の波長領域に感度スペクトルのピーク波長を有するため、大気の窓の中で特に高感度に赤外線を検出できる。また、一般的に化合物半導体量子ドットを利用した赤外線検出素子の受光感度は感度スペクトルのピーク波長が１０μｍより大きくなると検出する感度が大幅に低下する傾向がある。本実施形態の赤外線検出素子にはこの感度低下を補う効果もある。
【０１１１】
「第４実施形態」
第４実施形態にかかる赤外線検出器は、第１実施形態〜第３実施形態にかかる赤外線検出素子を複数備える。
【０１１２】
図１１は、第４実施形態にかかる赤外線検出器の斜視模式図である。図１１に示すように、赤外線検出器２００は、赤外線検出素子１０１と、読み出し基板１０２と、はんだバンプ１０３とを有する。
【０１１３】
また図１２は、第４実施形態にかかる赤外線検出器２００の要部を拡大した断面模式図である。図１２では、第２実施形態にかかる赤外線検出素子１０１を用いた場合を例に図示したが、第１実施形態又は第３実施形態にかかる赤外線検出素子を用いてもよい。
【０１１４】
読み出し基板１０２は、複数の金属電極１０２Ａを備える集積回路である。読み出し基板１０２は、赤外線検出素子１０１に対向する。読み出し基板１０２の複数の金属電極１０２Ａは、赤外線検出素子１０１の反射構造体３０とはんだバンプ１０３により接続されている。
【０１１５】
次いで、第４実施形態にかかる赤外線検出器２００の製造方法について、図１３を基に説明する。まず赤外線検出素子１０１を作製するまでの工程は、図７に示す赤外線検出素子の製造方法と同一である。図１３では赤外線検出素子１０１の一部を略して図示している。
【０１１６】
作製した赤外線検出素子１０１の周囲に誘電体層３１を形成する。この際、赤外線検出素子１０１の最外層にあたる金属部２２の上面は露出させる。そして、金属部２２の露出面上に、後述する電界めっきのためのシードメタル層３２を蒸着する（図１３（ａ））。シードメタル層３２は、例えばＴｉ、Ｃｕ等を用いることができる。
【０１１７】
次いで、シードメタル層３２上にレジスト３３を塗布する。レジスト３３は、例えば１５μｍ程度の厚みで成膜する。その後、積層体上部にあたる位置におけるレジスト３３を除去し、金属メッキ層３４を形成する（図１３（ｂ））。金属メッキ層３４には、例えば、Ｎｉ、Ｉｎ等を用いることができる。
【０１１８】
次いで、レジスト３３及びレジスト３３直下に存在するシードメタル層３２を除去し、それぞれの赤外線素子の大きさにダイシングする（図１３（ｃ））。そして、金属メッキ層３４を加熱により溶融させて、読み出し基板１０２とフリップチップボンディングする（図１３（ｄ））。最後に、各素子を保護するための樹脂３５を、赤外線検出素子の周囲に充填し、赤外線検出器が得られる。
【０１１９】
上述のように、第４実施形態にかかる赤外線検出器は、第１実施形態〜第３実施形態にかかる赤外線検出素子を備える。したがって、第４実施形態にかかる赤外線検出器は、電場増強効果と赤外線の閉じ込め効果とを重畳して得ることができ、高い検出感度をもつ。
【０１２０】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１、２０：素子部
２、３０：反射構造体
４、１０：光変換層
１０Ａ：量子ドット
５、１１：中間層
６、２１：半導体部
７、２２：金属部
１Ａ、２０ａ：入射面
２Ａ、２１ｂ：反射面
１００、１００ａ、１００ｂ、１０１：赤外線検出素子
Ｐ：柱状体
１２：量子ドット層
１３：量子井戸層
１４：下地層
１５：下部バリア層
１６：キャップ層
１７：上部バリア層
１８：シリコン（Ｓｉ）
１９：基板
３１：誘電体層
３２：シードメタル層
３３：レジスト
３４：金属メッキ層
３５：樹脂
４０：低反射膜
１０２：読み出し基板
１０２Ａ：金属電極
１０３：はんだバンプ
Ｌ：赤外線
Ｐ：柱状体
【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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