(57)【要約】【課題】  量子ドット型赤外線検知素子、量子ドット型赤外線検知器及び量子ドット型赤外線撮像装置に関し、より高い感度雑音比を実現する。【解決手段】  上下の電極形成層と量子ドット積層構造の間にスペーサ層を設け、エミッタ電極側のスペーサ層の厚さをコレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄くする。【選択図】  図１
2015162478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、
前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、
前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と
前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、
前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極と
を有し、
前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄いことを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子。
【請求項２】
前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８であることを特徴とする請求項１に記載の量子ドット型赤外線検知素子。
【請求項３】
前記スペーサ層が、前記中間層と同じ材料からなる層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の量子ドット型赤外線検知素子。
【請求項４】
前記量子ドットがＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ（０≦ｘ＜１）からなり、前記中間層がＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜１）からなり、且つ、前記スペーサ層がＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検知素子。
【請求項５】
複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と、前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄い量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、
前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けたことを特徴とする量子ドット型赤外線検知器。
【請求項６】
前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８であることを特徴とする請求項５に記載の量子ドット型赤外線検知器。
【請求項７】
複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄い量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極の電極形成層に突起状電極を設けた量子ドット型赤外線検知器と、
前記各突起状電極に対応する位置に接続パッドを有するとともに、信号処理回路を備えた半導体集積回路装置と
を有する量子ドット型赤外線撮像装置。
【請求項８】
前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８であることを特徴とする請求項７に記載の量子ドット型赤外線撮像装置。
【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知素子、量子ドット型赤外線検知器及び量子ドット型赤外線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１０μｍ帯の赤外線を検知する赤外線検知器として量子構造を利用した量子型赤外線検知器が用いられている。量子型赤外線検知器は、赤外線に対し活性な半導体層（活性層）と、その両端に形成された電極層によって構成される。検知器素子に赤外線が入射すると、活性層において光電変換され、検知器素子に光電流が流れる。素子に流れる電流の変化を読み取ることで光信号を検出する。
【０００３】
その中でも垂直に入射した赤外線の検知が可能な量子ドット型赤外線検知器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＱＤＩＰ）が注目を集めている。量子ドット型赤外線検知器の活性層は量子ドットをバンドギャップがより大きい半導体層中に埋め込むことで形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、従来の量子ドット型赤外線検知素子の説明図であり、図７（ａ）は概念的断面図であり、図７（ｂ）は赤外線検知原理の説明図である。図７（ａ）に示すように、従来の量子ドット型赤外線検知素子は、ＩｎＡｓからなる複数の量子ドット５２で構成される量子ドット層を、量子ドット層よりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＡｓからなる中間層５３中に埋め込んだ活性層５１と、活性層５１の上下に形成されたｎ型ＧａＡｓからなる電極形成層５４，５５によって構成される。
【０００５】
また、各電極形成層５４，５５には、それぞれエミッタ電極５６及びコレクタ電極５７が形成され、赤外線を検知する際には、エミッタ電極５６及びコレクタ電極５７を介して電源により活性層５１に電圧を印加する。
【０００６】
図７（ｂ）に示すように、外部から電圧が印加されることにより、エミッタ電極５６はコレクタ電極５７よりもエネルギー的に高い状態となり、活性層５１には電界傾斜が形成される。赤外線６０が活性層５１に入射すると、量子ドット５２の伝導帯側の量子準位５８に束縛されていた電子５９が励起されて束縛から脱出し、電界によってコレクタ電極５７へ移動して光電流を形成する。
【０００７】
また、この時、電子５９が活性層５１から流出することにより活性層５１では平均空間電荷が電子１個分正に傾くため、活性層５１のポテンシャル（電位障壁）が低下し、エミッタ電極５６から活性層５１への電子の流入が促進される。
【０００８】
エミッタ電極５６から活性層５１に流入した後、そのままコレクタ電極５７へ流出する電子もまた、光電流を形成する。したがって、電子５９が励起されて束縛から脱出する際のポテンシャル変化量が大きいほど発生する光電流も大きいため、赤外線入射量の変化に対するポテンシャル変化量が大きい検知器は感度が大きくなる。
【０００９】
また、電子５９が脱出した量子ドット５２は、電子を再捕獲するまで電子のない状態であり、入射赤外線に応答しない。検知器が継続的に赤外線を検知するためには、光励起による電子５９の脱出と量子準位５８が空状態の量子ドット５２による電子の捕獲が平行して発生する必要がある。
【００１０】
電子５９の捕獲が十分に行われない状態では赤外線に対する応答性が低く、検知器の感度雑音比が悪い。高い感度雑音比を持つ量子ドット型赤外線検知素子を実現するには、十分に電子の捕獲が行われる状態にする必要がある。なお、電極形成層をｐ型半導体で形成した場合には、価電子帯側に形成された量子準位に拘束された正孔により光電流が流れる。
【００１１】
一方、量子ドット型赤外線検知素子の感度を向上させるために、活性層を挟むようにスペーサ層を配置することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図８は、従来のスペーサ層を設けた量子ドット型赤外線検知素子の説明図であり、図８（ａ）は概念的断面図であり、図８（ｂ）はバンドダイアグラムである。
【００１２】
ＩｎＡｓからなる複数の量子ドット５２で構成される量子ドット層を、量子ドット層よりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＡｓからなる中間層５３中に埋め込んだ活性層５１の上下にｎ型ＡｌＧａＡｓからなるスペーサ層６１，６２を設ける。また、このスペーサ層６１，６２の外側には、ｎ型ＧａＡｓからなる電極形成層５４，５５が設けられ、この電極形成層５４，５５には、それぞれエミッタ電極５６及びコレクタ電極５７が形成される。
【００１３】
スペーサ層６１，６２を設けた場合には、光励起された電子５９の抜け出しによるポテンシャルの変動は、活性層５１における変動ΔＥ１の他に、スペーサ層６１，６２における変動ΔＥ２も生起する。したがって、電極形成層５４，５５からみた電子に対するポテンシャル変動は、ΔＥ１＋ΔＥ２となり、スペーサ層５４，５５を設けない場合の変動ΔＥ１より、ΔＥ２だけ大きくなる。その結果、光励起された電子５９の抜け出しによる光電流に引きずられて誘起される光電流が増加することになる。
【００１４】
この時、スペーサ層の厚さの量子ドット積層構造の厚さに対する比を０．５〜１．４にすることで、光電流の増加を確実にすることができる。この場合、スペーサ層６１，６２は両側に対称に設けており、変動ΔＥ２に対する寄与は両方のスペーサ層６１，６２によるものであるので、上下のスペーサ層の厚さの和の量子ドット積層構造の厚さに対する比としては、１〜２．８となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−１９８６７７号公報
【特許文献２】特開２０１２−０１９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
赤外線検知器は、精度良く赤外線を検知するために高い感度雑音比特性を持つことが望まれ、高い感度雑音比を持つ赤外線検知素子を実現するには、上述のように、十分にキャリアの捕獲が行われる状態にする必要がある。
【００１７】
しかし、感度向上のためにスペーサ層を設けた量子ドット型赤外線検知器においては、キャリアの再捕獲が困難になるという問題がある。図８（ｂ）に示すように、エミッタ電極５６から活性層５１に流入した電子６３は、何らかの散乱によってエネルギーを失わない限り一定のエネルギーを保つ。
【００１８】
印加されている電界により、活性層５１のエネルギーポテンシャルはコレクタ電極５７に近い側で低くなるため、電子６３はコレクタ電極５７に近い領域で運動エネルギーが大きく、即ち、速度が大きくなる。このため、コレクタ電極５７により近い位置にある量子ドット層を電子６３は短時間で横断するため、量子準位に捕獲されにくくなる。
【００１９】
したがって、スペーサ層を設けた量子ドット型赤外線検知素子において、より高い感度雑音比を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
開示する一観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄いことを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子が提供される。
【００２１】
また、開示する別の観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と、前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄い量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けたことを特徴とする量子ドット型赤外線検知器が提供される。
【００２２】
また、開示するさらに別の観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄い量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けた量子ドット型赤外線検知器と、前記各突起状電極に対応する位置に接続パッドを有するとともに、信号処理回路を備えた半導体集積回路装置とを有する量子ドット型赤外線撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
開示の量子ドット型赤外線検知素子、量子ドット型赤外線検知器及び量子ドット型赤外線撮像装置によれば、より高い感度雑音比を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検知素子の説明図である。
【図２】Ｓ／Ｎ比のスペーサ層の厚さ配分依存性の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検知素子の製造工程の途中までの説明図である。
【図４】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検知素子の製造工程の図３以降の途中までの説明図である。
【図５】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検知素子の製造工程の図４以降の説明図である。
【図６】本発明の実施例２の量子ドット型赤外線撮像装置の概念的斜図である。
【図７】従来の量子ドット型赤外線検知素子の説明図である。
【図８】従来のスペーサ層を設けた従来の量子ドット型赤外線検知素子の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検知素子を説明する。図１は本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検知素子の説明図であり、図１（ａ）は、概念的断面図であり、図１（ｂ）はバンドダイアグラムである。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、複数の量子ドット２からなる量子ドット層と量子ドット層を挟み込むとともに量子ドット２よりバンドギャップが広い中間層３からなる積層構造を複数積層して量子ドット積層構造１を形成する。この量子ドット積層構造１を挟み込むように、上下のスペーサ層４，５を設けるとともに、上下のスペーサ層４，５の外側に上下の電極形成層６，７を設ける。また、一方の電極形成層６にエミッタ電極８を設け、他方の電極形成層７にコレクタ電極９を設ける。
【００２７】
ここで、エミッタ電極８側のスペーサ層４の厚さを、コレクタ電極９側のスペーサ層５の厚さより薄くするとともに、上下のスペーサ層４，５の厚さの和が量子ドット積層構造１の厚さの１倍から２．８倍となるようにして光電流の増加をより確実にする。また、スペーサ層４，５は典型的には中間層３と同じ組成とする。
【００２８】
なお、各層の組成は検出する赤外線の波長に応じて任意である。典型的には、量子ドット２としてはＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ（０≦ｘ＜１）を、中間層３としては、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜１）を、スペーサ層４，５としてはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）を用いる。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検知素子においては、エミッタ電極８側のスペーサ層４の厚さを、コレクタ電極９側のスペーサ層５の厚さより薄くしている。したがって、エミッタ電極８から活性層に流入したキャリア１０は、運動エネルギーの少ない状態で量子ドット積層構造１を横断することになるため、量子ドット２に形成された量子準位に捕獲されやすく、高い感度雑音比を得られる。
【００３０】
図２は、Ｓ／Ｎ比のスペーサ層の厚さ配分依存性の説明図であり、ここでは、量子ドット積層構造の厚さを３００ｎｍとし、スペーサ層４，５の総厚さを一定の７２５ｎｍとし、スペーサ層をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓとし、中間層もＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓとした場合の結果を示している。図２における３点の試料のスペーサ層４の厚さ：スペーサ層５の厚さは、左から１９５ｎｍ：５３０ｎｍ、３６５ｎｍ：３６０ｎｍ、５３５ｎｍ：１９０ｎｍである。図２から明らかなように、エミッタ電極８側のスペーサ層４がより薄い条件において、より高い感度雑音比が得られていることがわかる。
【００３１】
また、この量子ドット型赤外線検知素子を二次元マトリクス状に集積化することによって、量子ドット型赤外線検知器となる。また、量子ドット型赤外線検知素子の陽極側の電極形成層に突起状電極を設け、この各突起状電極に対応する位置に接続パッドを有する信号処理回路を備えた半導体集積回路装置と接合することによって量子ドット型赤外線撮像装置となる。
【実施例１】
【００３２】
次に、図３乃至図５を参照して、本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検知素子を説明する。図３（ａ）に示すように、まず、分子線エピタキシー法により、基板温度を６００℃とした状態で、半絶縁性ＧａＡｓ基板２１上に下部電極形成層となる厚さが１０００ｎｍで、Ｓｉを２×１０１８ｃｍ−３ドープしたｎ型ＧａＡｓ層２２を成長する。
【００３３】
引き続いて、図３（ｂ）に示すように、下部スペーサ層となる厚さが２００ｎｍでＳｉを１×１０１６ｃｍ−３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層２３を成長する。引き続いて、下地層となる厚さが３０ｎｍのノンドープのｉ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層２４を成長する。この下地層は後述する中間層と実効的に同じ機能を有する。
【００３４】
次いで、図３（ｃ）に示すように、基板温度を６００℃から４７０℃に降下させ、成長速度を０.２ＭＬ／ｓとして、ＩｎＡｓを２．０ＭＬ分供給して多数のＩｎＡｓ量子ドット２５からなる量子ドット層を成長する。この時、ある程度の量のＩｎＡｓを供給することによりＩｎＡｓに加わる圧縮歪が増し、ＩｎＡｓが3次元成長をしてＩｎＡｓ量子ドット２５が自己形成される。
【００３５】
次いで、図４（ｄ）に示すように、基板温度を４７０℃から再び６００℃まで上昇させて、中間層として、厚さが３０ｎｍのアンドープのｉ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層２６を成長する。この量子ドット層の成長と中間層の成長をさらに９回繰り返すことによって１０層の量子ドット層を有する量子ドット積層構造からなる活性層２７を形成する。
【００３６】
次いで、図４（ｅ）に示すように、基板温度を６００℃としたままで、上部スペーサ層となる厚さが５００ｎｍでＳｉを１×１０１６ｃｍ−３ドープしたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層２８を成長する。引き続いて、上部電極形成層となる厚さが１０００ｎｍでＳｉを１×１０１８ｃｍ−３ドープしたｎ型ＧａＡｓ層２９を成長させる。
【００３７】
次いで、図５（ｆ）に示すように、標準的なリソグラフィー及びドライエッチングにより、ｎ型ＧａＡｓ層２２の一部を露出させる。次いで、図５（ｇ）に示すように、標準的な金属蒸着法により、ｎ型ＧａＡｓ層２２の露出部及びｎ型ＧａＡｓ層２９の表面に、ＡｕＧｅ層及びＡｕ層を順次蒸着してＡｕＧｅ／Ａｕ構造のエミッタ電極３０及びコレクタ電極３１を形成する。
【００３８】
このエミッタ電極３０及びコレクタ電極３１をＣＭＯＳ回路などに接続し、ｎ型ＧａＡｓ層２２とｎ型ＧａＡｓ層２９との間に電位差を与えてその間に流れる電流を検知器３２で計測する。なお、図５（ｆ）における電源３３はＣＭＯＳ回路などによる等価的な電源を示している。
【００３９】
本発明の実施例１においては、エミッタ電極側のスペーサ層の厚さをコレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄くしているので、エミッタ電極３０から注入された電子はＩｎＡｓ量子ドット２５に形成された量子準位に効率的に捕獲されることになる。その結果、上下のスペーサ層を同じ厚さにした場合に比べてより高い感度雑音比が得られる。
【実施例２】
【００４０】
次に、図６を参照して、本発明の実施例２の量子ドット型赤外線撮像装置を説明するが、基本的な製造工程は、上記の実施例１と全く同様であるので製造工程の図示は省略する。図６は、本発明の実施例２の量子ドット型赤外線撮像装置の概念的斜視図である。量子ドット型赤外線検知器４１が、半絶縁性ＧａＡｓ基板側がアップサイドになるようにして、バンプ４３を介して信号処理回路を備えたＳｉ集積回路装置４２上にフリップチップボンディングされている。
【００４１】
この場合の量子ドット型赤外線検知器４１は、実施例１における図５（ｆ）の工程において、二次元マトリクスアレイ状に素子を分離し、ｎ型ＧａＡｓ層２２に共通のエミッタ電極を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ層２９に個別のコレクタ電極を設けたものである。
【００４２】
また、バンプ４３はｎ型ＧａＡｓ層２９に設けた個別のコレクタ電極に接続するように設けられている。なお、この場合の画素数は任意であるが、例えば、数百×数百以上の画素数とする。
【００４３】
このように、本発明の実施例２においては、量子ドット積層構造の上下にスペーサ層を形成しているので、高い光電流を得ることが可能になり、且つ、エミッタ電極側のスペーサ層を薄くしているので、高い感度雑音比の赤外線撮像装置が得られる。
【００４４】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではない。例えば、成長方法として分子線エピタキシャル法を用いているが、分子線エピタキシャル法に限られるものではなく、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いても良い。
【００４５】
また、上記の各実施例においては、中間層とスペーサ層とを同じ組成比のＡｌＧａＡｓで形成しているが、組成比は必ずしも同じである必要はなく、例えば、スペーサ層のＡｌ組成比を中間層のＡｌ組成比より低くしても良い。この場合、電極形成層に存在する電子から見たスペーサ層による電位障壁は低くなる。
【００４６】
また、上記の各実施例においては、基板側をエミッタ側としているが、基板側をコレクタ層として基板側の電極形成層を成長層側の電極形成層より厚くしても良い。また、上記の各実施例においては、電極形成層等をｎ型として電子をキャリアにしているが、電極形成層等をｐ型として正孔をキャリアにしても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１  量子ドット積層構造
２  量子ドット
３  中間層
４，５  スペーサ層
６，７  電極形成層
８  エミッタ電極
９  コレクタ電極
１０  キャリア
２１  半絶縁性ＧａＡｓ基板
２２  ｎ型ＧａＡｓ層
２３  ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層
２４  ｉ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層
２５  ＩｎＡｓ量子ドット
２６  ｉ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層
２７  活性層
２８  ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層
２９  ｎ型ＧａＡｓ層
３０  エミッタ電極
３１  コレクタ電極
３２  検知器
３３  電源
４１  量子ドット型赤外線検知器
４２  Ｓｉ集積回路装置
４３  バンプ
５１  活性層
５２  量子ドット
５３  中間層
５４，５５  電極形成層
５６  エミッタ電極
５７  コレクタ電極
５８  量子準位
５９  電子
６０  赤外線
６１，６２  スペーサ層
６３  電子
【図１】
2015162478.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015162478.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015162478.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015162478.tif 000009
【図８】
2015162478.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月25日(2014.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、
前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、
前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と
前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、
前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極と
を有し、
前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、
前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８であることを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子。
【請求項２】
前記スペーサ層が、前記中間層と同じ材料からなる層であることを特徴とする請求項１に記載の量子ドット型赤外線検知素子。
【請求項３】
前記量子ドットがＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ（０≦ｘ＜１）からなり、前記中間層がＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜１）からなり、且つ、前記スペーサ層がＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなる請求項１または請求項２に記載の量子ドット型赤外線検知素子。
【請求項４】
複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と、前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８である量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、
前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けたことを特徴とする量子ドット型赤外線検知器。
【請求項５】
複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８である量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極の電極形成層に突起状電極を設けた量子ドット型赤外線検知器と、
前記各突起状電極に対応する位置に接続パッドを有するとともに、信号処理回路を備えた半導体集積回路装置と
を有する量子ドット型赤外線撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
開示する一観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８であることを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、開示する別の観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と、前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８である量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けたことを特徴とする量子ドット型赤外線検知器が提供される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、開示するさらに別の観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が１〜２．８である量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けた量子ドット型赤外線検知器と、前記各突起状電極に対応する位置に接続パッドを有するとともに、信号処理回路を備えた半導体集積回路装置とを有する量子ドット型赤外線撮像装置が提供される。
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月1日(2015.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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