(57)【要約】【課題】優れた素子特性及びＳ／Ｎを得るも、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に所望に設定することができる光検出器を実現する。【解決手段】ＱＷＩＰは、ＩｎＰを含有する障壁層１１と、ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域１２及び第２領域１３を有する量子井戸層３と、障壁層１１及び量子井戸層３に電圧を印加するための電極６，７とを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰを含有する障壁層と、
ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層と、
前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極と
を備えたことを特徴とする光検出器。
【請求項２】
前記量子井戸層はＩｎＧａＡｓを含有する第３領域を有しており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に設けられており、前記第１領域及び前記第３領域よりもＩｎ組成が小さいことを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記第１領域はＩｎ組成が０．５３よりも大きく、前記第２領域はＩｎ組成が０．５３よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記第１領域及び前記第３領域はＩｎ組成が０．５３よりも大きく、前記第２領域はＩｎ組成が０．５３よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の光検出器。
【請求項５】
前記第１領域は、Ｉｎ組成が０．６以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項６】
前記第１領域及び前記第３領域は、Ｉｎ組成が０．６以上であることを特徴とする請求項２又は４に記載の光検出器。
【請求項７】
前記障壁層及び前記量子井戸層が交互に複数積層されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項８】
検知可能な光の波長が８μｍ〜１２μｍの範囲を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光検出器。
【請求項９】
複数の光検出器と、
前記光検出器を駆動する駆動部と
を備えており、
前記光検出器は、
ＩｎＰを含有する障壁層と、
ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層と、
前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極と
を備えたことを特徴とする撮像素子。
【請求項１０】
前記量子井戸層はＩｎＧａＡｓを含有する第３領域を有しており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に設けられており、前記第１領域及び前記第３領域よりもＩｎ組成が小さいことを特徴とする請求項９に記載の撮像素子。
【請求項１１】
光センサ部と、
前記光センサ部を制御する制御部と、
撮像された光画像を表示する表示部と
を備えており、
前記光センサ部は、
光撮像素子と、
前記光撮像素子を冷却する冷却部と、
前記光撮像素子に赤外線を入射させるためのレンズと
を備えており、
前記光撮像素子は、
複数の光検出器と、
前記光検出器を駆動する駆動部と
を備えており、
前記光検出器は、
ＩｎＰを含有する障壁層と、
ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層と、
前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極と
を備えたことを特徴とする撮像システム。
【請求項１２】
前記量子井戸層はＩｎＧａＡｓを含有する第３領域を有しており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に設けられており、前記第１領域及び前記第３領域よりもＩｎ組成が小さいことを特徴とする請求項１１に記載の撮像システム。
【請求項１３】
ＩｎＰを含有する障壁層を形成する工程と、
ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする光検出器の製造方法。
【請求項１４】
前記量子井戸層はＩｎＧａＡｓを含有する第３領域を有しており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に設けられており、前記第１領域及び前記第３領域よりもＩｎ組成が小さいことを特徴とする請求項１３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、光検出器及びその製造方法、撮像素子、並びに撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
量子型光検知器は、光に対して活性な半導体層（活性層）と、その両端に形成された電極層とによって構成される。量子型光検知器に光が入射すると、活性層において光電変換され、量子型光検知器に光電流が流れる。量子型光検知器に流れる電流の変化を読み取ることにより、光信号を検出する。
【０００３】
量子井戸型赤外線検知器（Quantum Well Infrared Photodetector ：ＱＷＩＰ）は、量子型光検知器の一種である。ＱＷＩＰの活性層には量子井戸構造が形成されており、量子井戸の基底束縛準位にキャリアが束縛されている。ＱＷＩＰに赤外線が入射すると、量子井戸に束縛されているキャリアが赤外線を吸収して励起され、サブバンド間遷移することで束縛を脱して自由キャリアとなる。電極層間に電圧を印加することで励起された自由キャリアは電極に集められ、光電流を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６４２１７号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５３７５号公報
【特許文献３】特開平７−７４３８１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Applied Physics Letters, 58, 2024 (1991)
【非特許文献２】Applied Physics Letters, 79, 2508 (2001)
【非特許文献３】Applied Physics Letters, 60, 636 (1992)
【非特許文献４】IEEE Journal of Quantum Electronics, 34, 1873 (1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＱＷＩＰの中でも、障壁層材料にＩｎＰ、量子井戸層材料にＩｎＧａＡｓを用いたもの（ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系ＱＷＩＰ）は、高い感度を持つことが報告されており、高感度の赤外線検知器として有望である。この材料系において、量子井戸層のＩｎＧａＡｓが特定の組成Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓの場合にのみ障壁層のＩｎＰと格子整合し、他の組成では格子整合しない。
【０００７】
ＱＷＩＰの設計において、量子井戸層に形成される基底準位及び励起準位のエネルギー位置を制御することは、以下の観点から重要である。第１に、基底準位と励起準位とのエネルギー差により、ＱＷＩＰの検知波長が規定される。両準位間のエネルギー差が検知される光のエネルギーとなる。第２に、励起準位と障壁層の伝導帯底とのエネルギー差により、光吸収後の電子の脱出エネルギー障壁が規定される。脱出エネルギー障壁が大きいとＱＷＩＰの感度は低くなる。これらのことから、通常、量子井戸層の量子準位が以下を満たすようにＱＷＩＰは設計される。
【０００８】
（１）基底準位と励起準位のエネルギー差を、所望の検知波長の光エネルギーに対応させる。
（２）励起準位のエネルギー位置を、障壁層の伝導帯底と十分に近接させる（脱出エネルギー障壁を十分小さくする。）。
【０００９】
このような量子準位の制御は、具体的には、量子井戸層の厚さ、及び量子井戸層と障壁層との伝導帯底のエネルギー差を調整することによって実現される。しかしながら、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系ＱＷＩＰにおいては、特定の組成Ｉｎ0.53Ｇａ0.47ＡｓのみがＩｎＰと整合するため、格子整合する条件下では量子井戸層と障壁層の伝導帯底のエネルギー差を調整することができない。そのため、有効な設計パラメータが量子井戸層の厚みのみに限られる。この場合、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に設定することができない。脱出エネルギー障壁をほぼ０とする構造では、検知波長は約７μｍ〜８μｍとなる。ＱＷＩＰは遠方物体が放射する赤外線を検知する目的で用いられることが多く、この場合、大気の透過率が高い波長帯（大気の窓）に検知波長がある必要がある。大気の窓は例えば約８μｍ〜１２μｍにあるため、検知波長として約７μｍ〜８μｍでは短過ぎる。
【００１０】
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系ＱＷＩＰにおいて、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に設定するため、以下の方法が採られることがある。
（１）量子井戸層材料として、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＡｌＧａＡｓの４元半導体を用いる。この場合、その組成によって格子整合を保ちながら伝導帯底のエネルギーを制御することができる。
（２）量子井戸層のＩｎＧａＡｓをＩｎＰに整合しない組成とする。この場合、格子整合にはならないが、量子井戸層組成によって伝導帯底のエネルギーを制御することができる。
【００１１】
これらの方法には、夫々に以下の問題がある。量子井戸層材料としてＩｎＧａＡｓＰを用いる場合、量子井戸層にはＶ族元素が２種類用いられることになる。その比率は結晶成長条件によって変動し、特に成長温度によって変化する。結晶成長時の基板面内の成長温度分布によって基板面内で組成分布が生じ、歩留まりは低くなる。また、量子井戸層材料としてＩｎＡｌＧａＡｓを用いる場合、量子井戸層にはＡｌが含まれることになる。Ａｌは酸化され易い物質であるため、ＱＷＩＰの製造時における加工後の側面部において変質を生じ、素子特性を劣化させることがある。量子井戸層を、ＩｎＰに整合しない組成のＩｎＧａＡｓとする場合、格子整合していないために結晶内に歪を蓄積し、一定程度を超えると結晶欠陥が生じて素子特性が劣化する。欠陥の発生を抑制するため、活性層を厚くすることができない（量子井戸を多数積層することができない。）。量子井戸層数の増加は一般にＱＷＩＰのＳ／Ｎを向上させるため、このことはＳ／Ｎの改善を制限することになる。
【００１２】
本発明は、優れた素子特性及びＳ／Ｎを得るも、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に所望に設定することができる光検出器及びその製造方法、撮像素子、並びに撮像システム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】
【００１３】
一つの態様では、光検出器は、ＩｎＰを含有する障壁層と、ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層と、前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極とを備えている。
【００１４】
一つの態様では、撮像素子は、複数の光検出器と、前記光検出器を駆動する駆動部とを備えており、前記光検出器は、ＩｎＰを含有する障壁層と、ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量と、前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極とを備えている。
【００１５】
一つの態様では、撮像システムは、光センサ部と、前記光センサ部を制御する制御部と、撮像された光画像を表示する表示部とを備えており、前記光センサ部は、光撮像素子と、前記光撮像素子を冷却する冷却部と、前記光撮像素子に赤外線を入射させるためのレンズとを備えており、前記光撮像素子は、複数の光検出器と、前記光検出器を駆動する駆動部とを備えており、前記光検出器は、ＩｎＰを含有する障壁層と、ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層と、前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極とを備えている。
【００１６】
一つの態様では、光検出器の製造方法は、ＩｎＰを含有する障壁層を形成する工程と、ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層を形成する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１７】
一つの側面では、優れた素子特性及びＳ／Ｎを得るも、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に所望に設定することができる光検出器が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２】図１に引き続き、第１の実施形態によるＱＷＩＰの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図２に引き続き、第１の実施形態によるＱＷＩＰの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続き、第１の実施形態によるＱＷＩＰの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第１の実施形態によるＱＷＩＰにおいて、中央付近及び両端部付近におけるＩｎ組成を変えた量子井戸のエネルギーを示す特性図である。
【図６】第１の実施形態によるＱＷＩＰにおける検知波長と脱出エネルギー障壁との関係について、比較例との比較に基づいて示す特性図である。
【図７】第１の実施形態によるＱＷＩＰにおいて、高Ｉｎ組成領域のより好適なＩｎ組成についてシミュレーションで調べた結果を示す特性図である。
【図８】第２の実施形態による赤外線撮像素子の概略構成を示す斜視図である。
【図９】第２の実施形態による赤外線撮像素子の一部を拡大して示す概略断面図である。
【図１０】第３の実施形態による赤外線撮像システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について説明する。本実施形態では、光検出器として赤外線検出器であるＱＷＩＰを開示し、その構成について製造方法と共に説明する。
図１〜図４は、第１の実施形態によるＱＷＩＰの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００２０】
図１（ｂ）〜図２（ｂ）において、各層は、例えば分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）を用いたエピタキシャル成長法により形成される。その他、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）等を用いても良い。
【００２１】
先ず、図１（ａ）に示すように、基板として、例えば半絶縁性のＩｎＰ基板１を用意する。
続いて、図１（ｂ）に示すように、下部コンタクト層２を形成する。
詳細には、ＩｎＰ基板１上に化合物半導体として、ｎ型不純物をドープした例えばｎ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓを、例えば２０００ｎｍ程度の厚みに成長する。ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、１×１０18／ｃｍ3程度の密度でドープする。Ｓｉ以外にもＧｅ等を用いることもできる。以上により、ＩｎＰ基板１上に、下部コンタクト層２が形成される。
【００２２】
続いて、図１（ｃ）に示すように、障壁層１１を形成する。
詳細には、下部コンタクト層２上に化合物半導体として、例えばＩｎＰを例えば５０ｎｍ程度の厚みに成長する。これにより、下部コンタクト層２上に障壁層１１が形成される。
【００２３】
続いて、図１（ｄ）に示すように、第１領域１２、第２領域１３、及び第３領域１４が順次積層されてなる量子井戸層３を形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体としてＩｎ組成が０．５３よりも大きく、好ましくは０．６以上であるＩｎＧａＡｓ、例えばＩｎ組成が０．７０であるＩｎ0.70Ｇａ0.30Ａｓを、例えば０．９ｎｍ程度の厚みに成長する。これにより、第１領域１２が形成される。次に、化合物半導体として第１領域１２よりもＩｎ組成が小さいＩｎＧａＡｓ、例えばＩｎ組成が０．４６であるＩｎ0.46Ｇａ0.54Ａｓを、例えば３．６ｎｍ程度の厚みに成長する。これにより、第２領域１３が形成される。次に、化合物半導体としてＩｎ組成が０．５３よりも大きく、好ましくは０．６以上であるＩｎＧａＡｓ、例えばＩｎ組成が第１領域１２と同じ０．７０であるＩｎ0.70Ｇａ0.30Ａｓを、例えば０．９ｎｍ程度の厚みに成長する。以上により、障壁層１１上に、第１領域１２、第２領域１３、及び第３領域１４が順次積層されてなる量子井戸層３が形成される。
以上により、下部コンタクト層２上に、障壁層１１及び量子井戸層３が順次積層されてなる量子井戸構造４が形成される。
【００２４】
続いて、図２（ａ）に示すように、活性層１０を形成する。
詳細には、図１（ｃ）〜図１（ｄ）の一連工程を複数回、例えば１０回繰り返し行う。その後、障壁層１１を形成する。以上により、複数層（ここでは１０層）の量子井戸構造４及び最上層の障壁層１１からなる活性層１０が形成される。
【００２５】
続いて、図２（ｂ）に示すように、上部コンタクト層５を形成する。
詳細には、活性層１０上に化合物半導体として、ｎ型不純物をドープした例えばｎ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓを、例えば１５００ｎｍ程度の厚みに成長する。ｎ型ドーパントとして例えばＳｉを用い、１×１０18／ｃｍ3程度の密度でドープする。Ｓｉ以外にもＧｅ等を用いることもできる。以上により、活性層１０上に、上部コンタクト層５が形成される。
【００２６】
続いて、図３（ａ）に示すように、上部コンタクト層５に回折格子構造５ａを形成する。
詳細には、リソグラフィ及びエッチングにより上部コンタクト層５の表面の一部を凹凸状に加工する。これにより、上部コンタクト層５の表面の一部に回折格子構造５ａが形成される。
【００２７】
続いて、図３（ｂ）に示すように、活性層１０及び上部コンタクト層５をエッチングする。
詳細には、レジストマスク等を用いたエッチングにより、下部コンタクト層２の表面が露出するまで、活性層１０及び上部コンタクト層５を選択的にエッチングする。ここで、下部コンタクト層２と活性層１０との間に所定のエッチングストッパ層を形成しておき、上記の選択的エッチングの際にエッチングストッパとして用いるようにしても良い。
【００２８】
続いて、図４（ａ）に示すように、下部電極６及び上部電極７を形成する。
詳細には、リソグラフィにより、下部コンタクト層２の表面上に、下部コンタクト層２の表面の一部を露出させる開口を有するレジストマスクを形成し、全面に電極材料、例えばＡｕＧｅ／Ａｕを堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＡｕＧｅ／Ａｕを除去する。以上により、下部コンタクト層２の表面上には下部電極６が、上部コンタクト層５上には回折格子構造５ａの凹凸をＡｕＧｅ／Ａｕで埋め込む上部電極７がそれぞれ形成される。
【００２９】
続いて、図４（ｂ）に示すように、下部電極６と上部電極７との間に、電源８及び電流計９が設置される。電源８により下部電極６と上部電極７との間に電圧を印加し、その間に流れる電流を電流計９により計測することにより、光入射時の電流変化を観測することができ、赤外線検知器として機能する。
以上により、本実施形態によるＱＷＩＰが形成される。
【００３０】
以下、本実施形態によるＱＷＩＰの奏する作用効果について説明する。
本実施形態では、活性層１０を構成する各量子井戸構造４の障壁層１１がＩｎＰ、量子井戸層３がＩｎＧａＡｓからなる。この構成では、４元半導体等を材料に用いる場合に比べて優れた素子特性を得ることができる。
【００３１】
量子井戸層３は、その厚み方向において、０．５３よりも大きいＩｎ組成を持つ高Ｉｎ組成領域である第１領域１２及び第３領域１４と、０．５３よりも小さいＩｎ組成を持つ低Ｉｎ組成領域である第２領域１３とを有している。この場合、高Ｉｎ組成領域は、ＩｎＰに比べて格子定数が大きく、ＩｎＰ基板１上に形成すると圧縮歪が蓄積される。一方、低Ｉｎ組成領域は、ＩｎＰに比べて格子定数が小さく、引張歪が蓄積されることになる。高Ｉｎ組成領域と低Ｉｎ組成領域とでは歪みが逆方向であるため、これらが積層されると相互に歪補償層として働き、全体としてＩｎＰ基板１から作用する応力が相殺される。全体として歪が十分に補償されることにより、量子井戸構造４を多数層積層しても歪が蓄積されず、結晶欠陥の発生が抑制される。そのため、量子井戸層４の層数制限がなく、多数層積層してＱＷＩＰのＳ／Ｎを向上させることができる。
【００３２】
上述のような量子井戸層３内におけるＩｎ組成の変化の付け方（Ｉｎプロファイル）には、歪を補償する条件下でも任意性がある。Ｉｎプロファイルによって量子井戸層に形成される束縛準位位置は一般に異なるため、適切なＩｎプロファイルを選択することにより、ＱＷＩＰの検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に所望に設定することができる。
【００３３】
例えば、ＩｎＧａＡｓの量子井戸を中央付近と両端部付近とに分割してＩｎ組成を夫々で異なるように設定することを考える。
図５は、中央付近及び両端部付近におけるＩｎ組成を変えた量子井戸のエネルギーを示す特性図である。（ａ）は比較例１であり、中央付近でＩｎ組成が高く（エネルギーが低く）両端部付近でＩｎ組成が低い（エネルギーが高い）。（ｂ）は比較例２であり、均一なＩｎ組成とされている（Ｉｎ組成に変化がない）。（ｃ）は本実施形態であり、中央付近でＩｎ組成が低く（エネルギーが高く）両端部付近でＩｎ組成が高い（エネルギーが低い。）。
【００３４】
図６は、本実施形態によるＱＷＩＰにおける検知波長と脱出エネルギー障壁との関係について、比較例との比較に基づいて示す特性図である。図６に示される検知波長と脱出エネルギー障壁との関係は、各領域のＩｎ組成を固定し、低Ｉｎ組成領域層の総厚と高Ｉｎ組成領域層の総厚との比を一定に保つ条件下で、層厚を変化させた際の量的関係とされている。
【００３５】
比較例１では、定性的には基底準位のエネルギーが低く、励起準位のエネルギーが高くなる。この場合、脱出エネルギー障壁をほぼ０に設定したときの検知波長は約６μｍ前後となる。比較例２では、有効な設計パラメータが量子井戸層の厚さのみに限られ、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に設定することができない。この場合、脱出エネルギー障壁をほぼ０に設定したときの検知波長は約７μｍ〜８μｍとなる。これらに対して、本実施形態では、定性的には基底準位のエネルギーは高く、励起準位のエネルギーは低くなる。この場合、相対的に（一定の脱出エネルギー障壁に対して）検知波長を長くすることが可能となる。そのため、脱出エネルギー障壁をほぼ０としたときの検知波長を、ＱＷＩＰに要求される所望の検知波長、即ち８μｍを越えて大気の透過率が高い波長帯（大気の窓）である約８μｍ〜１２μｍ内に設定することができる。
【００３６】
本実施形態では、量子井戸層３が、その厚み方向において、高Ｉｎ組成領域である第１領域１２及び第３領域１４により、低Ｉｎ組成領域である第２領域１３を挟持する構成とされている。図７は、高Ｉｎ組成領域のより好適なＩｎ組成についてシミュレーションで調べた結果を示す特性図である。
【００３７】
ＩｎＧａＡｓの量子井戸層３における高Ｉｎ組成領域のＩｎ組成を独立なパラメータとし、以下の（１），（２）の各条件を満たすように、低Ｉｎ組成領域のＩｎ組成及び各領域の厚みを調整して検知波長を算出した。図７（ａ）に示すように、低Ｉｎ組成領域である第２領域１３の厚みをＬA、高Ｉｎ組成領域である第１領域１２及び第３領域１４の夫々の厚みをＬBとしている。
（１）量子井戸層内で歪が補償される。
（２）脱出エネルギー障壁が略０となる。
【００３８】
計算結果では、図７（ｂ）に示すように、高Ｉｎ組成領域のＩｎ組成が約０．６以上である場合に、ＱＷＩＰに要求される所望の検知波長として実用上望まれる波長域ある約８μｍ〜１２μｍが実現されることが示された。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態では、優れた素子特性及びＳ／Ｎを得るも、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に所望に設定することができるＱＷＩＰが実現する。
【００４０】
［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態によるＱＷＩＰを備えた赤外線撮像素子を開示する。
【００４１】
図８は、第２の実施形態による赤外線撮像素子の概略構成を示す斜視図である。図９は、第２の実施形態による赤外線撮像素子の一部を拡大して示す概略断面図である。
この赤外線撮像素子は、赤外線撮像パネル２１及び駆動回路２２を備えており、赤外線撮像パネル２１と駆動回路２２とがバンプ２３により電気的に接続されている。
【００４２】
赤外線撮像パネル２１は、第１の実施形態によるＱＷＩＰ２０が複数マトリクス状に平面配置されている。各ＱＷＩＰ２０が画素となる。赤外線撮像パネル２１では、各ＱＷＩＰ２０において、ＩｎＰ基板１、下部コンタクト層２、下部電極６が共通とされている。各ＱＷＩＰ２０の絶縁膜１５上には表面電極２４が形成されており、各表面電極２４上にバンプ２３が形成されている。バンプ２３の一部は各ＱＷＩＰ２０の共通電極２３ａとされている。各表面電極２４は、一端で下部電極６又は上部電極７と電気的に接続されている。
【００４３】
駆動回路２２は、各ＱＷＩＰ２０の駆動部であり、複数のトランジスタ２５と、電源電圧ＶAを印加する電源線２６とを有している。各トランジスタ２５は、バンプ２３と電気的に接続されており、電源線２６は、共通電極２３ａと電気的に接続されている。電源電圧ＶAを印加することにより、各ＱＷＩＰ２０に出力電流が流れる。
【００４４】
本実施形態によれば、優れた素子特性及びＳ／Ｎを得るも、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に所望に設定することができるＱＷＩＰ２０を備えた信頼性の高い赤外線撮像素子が実現する。
【００４５】
［第３の実施形態］
以下、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第２の実施形態による赤外線撮像素子を備えた赤外線撮像システムを開示する。
【００４６】
図１０は、第３の実施形態による赤外線撮像システムの概略構成を示す模式図である。
この赤外線撮像システムは、センサ部３１、制御演算部３２、及び表示部３３を備えている。
【００４７】
センサ部３１は、入射光を集光するレンズ３４と、第２の実施形態による赤外線撮像素子３０と、赤外線撮像素子３０を冷却するための冷却部３５とを備えている。制御演算部３２は、赤外線撮像素子３０の駆動回路２２を制御するものである。表示部３３は、制御演算部３２から送信された撮像信号に基づいて、赤外線撮像素子３０で撮像された赤外線画像を表示する。
【００４８】
本実施形態によれば、優れた素子特性及びＳ／Ｎを得るも、検知波長と脱出エネルギー障壁とを独立に所望に設定することができるＱＷＩＰ２０を備えた信頼性の高い赤外線撮像システムが実現する。
【００４９】
以下、光検出器及びその製造方法、撮像素子、並びに撮像システムの諸態様について、付記としてまとめて記載する。
【００５０】
（付記１）ＩｎＰを含有する障壁層と、
ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層と、
前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極と
を備えたことを特徴とする光検出器。
【００５１】
（付記２）前記量子井戸層はＩｎＧａＡｓを含有する第３領域を有しており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に設けられており、前記第１領域及び前記第３領域よりもＩｎ組成が小さいことを特徴とする付記１に記載の光検出器。
【００５２】
（付記３）前記第１領域はＩｎ組成が０．５３よりも大きく、前記第２領域はＩｎ組成が０．５３よりも小さいことを特徴とする付記１又は２に記載の光検出器。
【００５３】
（付記４）前記第１領域及び前記第３領域はＩｎ組成が０．５３よりも大きく、前記第２領域はＩｎ組成が０．５３よりも小さいことを特徴とする付記２に記載の光検出器。
【００５４】
（付記５）前記第１領域は、Ｉｎ組成が０．６以上であることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の光検出器。
【００５５】
（付記６）前記第１領域及び前記第３領域は、Ｉｎ組成が０．６以上であることを特徴とする付記２又は４に記載の光検出器。
【００５６】
（付記７）前記障壁層及び前記量子井戸層が交互に複数積層されていることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の光検出器。
【００５７】
（付記８）検知可能な光の波長が８μｍ〜１２μｍの範囲を含むことを特徴とする付記１〜７のいずれか１項に記載の光検出器。
【００５８】
（付記９）複数の光検出器と、
前記光検出器を駆動する駆動部と
を備えており、
前記光検出器は、
ＩｎＰを含有する障壁層と、
ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層と、
前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極と
を備えたことを特徴とする撮像素子。
【００５９】
（付記１０）前記量子井戸層はＩｎＧａＡｓを含有する第３領域を有しており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に設けられており、前記第１領域及び前記第３領域よりもＩｎ組成が小さいことを特徴とする付記９に記載の撮像素子。
【００６０】
（付記１１）光センサ部と、
前記光センサ部を制御する制御部と、
撮像された光画像を表示する表示部と
を備えており、
前記光センサ部は、
光撮像素子と、
前記光撮像素子を冷却する冷却部と、
前記光撮像素子に赤外線を入射させるためのレンズと
を備えており、
前記光撮像素子は、
複数の光検出器と、
前記光検出器を駆動する駆動部と
を備えており、
前記光検出器は、
ＩｎＰを含有する障壁層と、
ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層と、
前記障壁層及び前記量子井戸層に電圧を印加するための電極と
を備えたことを特徴とする撮像システム。
【００６１】
（付記１２）前記量子井戸層はＩｎＧａＡｓを含有する第３領域を有しており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に設けられており、前記第１領域及び前記第３領域よりもＩｎ組成が小さいことを特徴とする付記１１に記載の撮像システム。
【００６２】
（付記１３）ＩｎＰを含有する障壁層を形成する工程と、
ＩｎＧａＡｓを含有しており、厚み方向でＩｎ組成が相異なる第１領域及び第２領域を有する量子井戸層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする光検出器の製造方法。
【００６３】
（付記１４）前記量子井戸層はＩｎＧａＡｓを含有する第３領域を有しており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に設けられており、前記第１領域及び前記第３領域よりもＩｎ組成が小さいことを特徴とする付記１３に記載の光検出器の製造方法。
【００６４】
（付記１５）前記第１領域は、Ｉｎ組成が０．６以上であることを特徴とする付記１３又は１４に記載の光検出器の製造方法。
【００６５】
（付記１６）前記第１領域及び前記第３領域は、Ｉｎ組成が０．６以上であることを特徴とする付記１４に記載の光検出器の製造方法。
【００６６】
（付記１７）前記障壁層及び前記量子井戸層を交互に複数積層することを特徴とする付記１３〜１６のいずれか１項に記載の光検出器の製造方法。
【符号の説明】
【００６７】
１  ＩｎＰ基板
２  下部コンタクト層
３  量子井戸層
４  量子井戸構造
５  上部コンタクト層
５ａ  回折格子構造
６  下部電極
７  上部電極
８  電源
９  電流計
１０  活性層
１１  障壁層
１２  第１領域
１３  第２領域
１４  第３領域
１５  絶縁膜
２０  赤外線検出器
２１  赤外線撮像パネル
２２  駆動回路
２３  バンプ
２３ａ  共通電極
２４  表面電極
２５  トランジスタ
２６  電源線
３０  赤外線撮像素子
３１  センサ部
３２  制御演算部
３３  表示部
【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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