(57)【要約】【課題】  物体から放射される電磁波を検知することにより、物体の温度を推定することが可能な光検知素子を提供する。【解決手段】  基板の上に第１の電極層が配置され、その上に第１の活性層が配置されている。第１の活性層は、第１のバリア層、及び第１のバリア層内に分布し、第１のバリア層より狭いバンドギャップを有する複数の第１の量子ドットを含む。第１の活性層の上に第２の電極層が配置されている。第２の電極層の上に第２の活性層が配置されている。第２の活性層は、第２のバリア層、及び第２のバリア層内に分布し、第２のバリア層より狭いバンドギャップを有する複数の第２の量子ドットを含む。第２の活性層の上に第３の電極層が配置されている。第１の量子ドットは第２の量子ドットより大きい。【選択図】  図１
2013120880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に配置された第１の電極層と、
前記第１の電極層の上に配置され、第１のバリア層、及び該第１のバリア層内に分布し、該第１のバリア層より狭いバンドギャップを有する複数の第１の量子ドットを含む第１の活性層と、
前記第１の活性層の上に配置された第２の電極層と、
前記第２の電極層の上に配置され、第２のバリア層、及び該第２のバリア層内に分布し、該第２のバリア層より狭いバンドギャップを有する複数の第２の量子ドットを含む第２の活性層と、
前記第２の活性層の上に配置された第３の電極層と
を有し、前記第１の量子ドットは前記第２の量子ドットより大きい光検知素子。
【請求項２】
前記基板の表面に平行な仮想平面に、前記第１の量子ドットを垂直投影した像の面積の平均が、前記第２の量子ドットを垂直投影した像の面積の平均の２倍以上である請求項１に記載の光検知素子。
【請求項３】
前記第１の量子ドットの基底量子準位と前記第１のバリア層の伝導帯下端とのエネルギ差に対応する前記第１の活性層の光吸収スペクトルのピークの面積をＳ１、前記第２の量子ドットの基底量子準位と前記第２のバリア層の伝導帯下端とのエネルギ差に対応する前記第２の活性層の光吸収スペクトルのピークの面積をＳ２、前記第１の活性層の前記光吸収スペクトルのピークと前記第２の活性層の前記光吸収スペクトルのピークとの重なり部分の面積をＳ３としたとき、Ｓ３≦０．１×Ｓ１、かつＳ３≦０．１×Ｓ２である請求項１または２に記載の光検知素子。
【請求項４】
さらに、
前記第３の電極層の上に配置され、第３のバリア層、及び該第３のバリア層内に分布し、該第３のバリア層より狭いバンドギャップを有する複数の第３の量子ドットを含む第３の活性層と、
前記第３の活性層の上に配置された第４の電極層と
を有し、前記第２の量子ドットは、前記第３の量子ドットより大きい請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光検知素子。
【請求項５】
基板の上に、第１の電極層を形成する工程と、
前記第１の電極層の上に、複数の第１の量子ドットを含む第１の活性層を形成する工程と、
前記第１の活性層の上に第２の電極層を形成する工程と、
前記第２の電極層の上に、複数の第２の量子ドットを含む第２の活性層を形成する工程と、
前記第２の活性層の上に第３の電極層を形成する工程と
を有し、
前記第１の活性層を形成する工程において、前記第１のバリア層の一部となる第１の繰返し単位層の形成と、前記第１の繰返し単位層の上に前記第１の量子ドットを形成する工程とを繰り返し、
前記第２の活性層を形成する工程において、前記第２のバリア層の一部となる第２の繰返し単位層の形成と、前記第２の繰返し単位層の上に前記第２の量子ドットを形成する工程とを繰り返し、
前記第２の量子ドットを形成するときの基板温度が前記第１の量子ドットを形成するときの基板温度よりも低い光検知素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２の量子ドットを形成するときの成長速度が、前記第１の量子ドットを形成するときの成長速度より速くなる条件で原料を供給する請求項５に記載の光検知素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１の繰返し単位層を形成する工程において、前記第１の繰返し単位層の成長中に、基板温度を、前記第１の量子ドット形成時の基板温度から上昇させ、その後前記第１の量子ドット形成時の基板温度まで低下させ、
前記第２の繰返し単位層を形成する工程において、前記第２の繰返し単位層の成長中に、基板温度を、前記第２の量子ドット形成時の基板温度から上昇させ、その後前記第２の量子ドット形成時の基板温度まで低下させる請求項５または６に記載の光検知素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子ドット構造を有する光検知素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
室温近傍の物体から放射される電磁波は、赤外線の波長域で大きな強度を有するため、物体から放射された赤外線を検知することにより、物体を捕捉することが可能である。また、物体から放射される赤外線の強度は、物体の温度に依存するため、赤外線の検知は、物体の温度の推定にも利用される。赤外検知素子として、量子ドット構造を利用したものが注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８４５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
物体から放射された電磁波は、物体からの距離が遠くなるに従って、強度が弱くなる。すなわち、物体から放射される電磁波のある波長成分の強度は、物体の温度と、物体からの距離との両方に依存する。従って、物体からの距離が不明確である場合には、電磁波の強度のみに基づいて物体の温度を高精度に推定することが困難である。
【０００５】
以下に説明する本願の実施例においては、物体から放射される電磁波を検知することにより、物体の温度を推定することが可能な光検知素子及びその製造方法が示される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
基板の上に配置された第１の電極層と、
前記第１の電極層の上に配置され、第１のバリア層、及び該第１のバリア層内に分布し、該第１のバリア層より狭いバンドギャップを有する複数の第１の量子ドットを含む第１の活性層と、
前記第１の活性層の上に配置された第２の電極層と、
前記第２の電極層の上に配置され、第２のバリア層、及び該第２のバリア層内に分布し、該第２のバリア層より狭いバンドギャップを有する複数の第２の量子ドットを含む第２の活性層と、
前記第２の活性層の上に配置された第３の電極層と
を有し、前記第１の量子ドットは前記第２の量子ドットより大きい光検知素子が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
基板の上に、第１の電極層を形成する工程と、
前記第１の電極層の上に、複数の第１の量子ドットを含む第１の活性層を形成する工程と、
前記第１の活性層の上に第２の電極層を形成する工程と、
前記第２の電極層の上に、複数の第２の量子ドットを含む第２の活性層を形成する工程と、
前記第２の活性層の上に第３の電極層を形成する工程と
を有し、
前記第１の活性層を形成する工程において、前記第１のバリア層の一部となる第１の繰返し単位層の形成と、前記第１の繰返し単位層の上に前記第１の量子ドットを形成する工程とを繰り返し、
前記第２の活性層を形成する工程において、前記第２のバリア層の一部となる第２の繰返し単位層の形成と、前記第２の繰返し単位層の上に前記第２の量子ドットを形成する工程とを繰り返し、
前記第２の量子ドットを形成するときの基板温度が前記第１の量子ドットを形成するときの基板温度よりも低い光検知素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
第１の活性層に含まれる第１の量子ドットと、第２の活性層に含まれる第２の量子ドットとの大きさを異ならせることにより、波長が異なる２つの成分の光強度を検知することが可能になる。これにより、物体からの距離の影響を排除し、物体の温度を推定することが可能になる。基板側に配置される量子ドットを相対的に大きくすることにより、量子ドットが受ける熱履歴の影響を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１による光検知素子の断面図である。
【図２】実施例１による光検知素子の、製造途中段階における断面図である。
【図３】実施例１による光検知素子の成膜工程の基板温度の時間変化を示すグラフである。
【図４】第１及び第２の活性層の光吸収スペクトルの例を示すグラフである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ実施例１及び比較例による光検知素子の量子ドットの寸法変化を示す断面図である。
【図６】実施例２による光検知素子の断面図である。
【図７】実施例３による撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施例１］
図１に、実施例１による光検知素子の断面図を示す。半導体基板１０の上に、第１の電極層１１が形成されている。半導体基板１０は、例えば半絶縁性のＧａＡｓで形成される。第１の電極層１１は、例えばｎ型ＧａＡｓで形成され、その厚さは１０００ｎｍである。ｎ型不純物としてＳｉが用いられ、第１の電極層１１のｎ型不純物濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ−３である。
【００１１】
第１の電極層１１の一部の領域上に第１の活性層１５が配置されている。第１の活性層１５は、第１のバリア層１３と、第１のバリア層１３内に分布する複数の第１の量子ドット１４とで構成される。第１の量子ドット１４は、第１のバリア層１３よりも狭いバンドギャップを有する。第１のバリア層１３は、複数の第１の繰返し単位層１３Ａが積層された構造を有する。第１の量子ドット１４は、積層方向に隣り合う第１の繰返し単位層１３Ａの界面に分布している。
【００１２】
第１の繰返し単位層１３Ａは、例えば、Ａｌ組成比が０．２のノンドープのＡｌＧａＡｓで形成される。第１の繰返し単位層１３Ａの各々の厚さは、例えば５０ｎｍである。第１の量子ドット１４は、例えばＩｎＡｓで形成される。第１のバリア層１３は、例えば１１層の第１の繰返し単位層１３Ａを含む。
【００１３】
第１の活性層１５の上に、第２の電極層１７が形成されている。第２の電極層１７の材料、不純物濃度、及び厚さは、第１の電極層１１の材料、不純物濃度、及び厚さと同一である。
【００１４】
第２の電極層１７の一部の領域上に、第２の活性層２０が配置されている。第２の活性層２０は、第２のバリア層１８と、第２のバリア層１８内に分布する複数の第２の量子ドット１９とで構成される。第２の量子ドット１９は、第２のバリア層１８よりも狭いバンドギャップを有する。第２のバリア層１８は、複数の第２の繰返し単位層１８Ａが積層された構造を有する。第２の量子ドット１９は、積層方向に隣り合う第２の繰返し単位層１８Ａの界面に分布している。また、第２の量子ドット１９の体積は、第１の量子ドット１４の体積よりも小さい。
【００１５】
第２の繰返し単位層１８Ａの各々の材料及び厚さは、第１の繰返し単位層１３Ａの材料及び厚さと同一である。第２の量子ドット１９の材料は、第１の量子ドット１４の材料と同一である。第２の繰返し単位層１８Ａの積み重ね層数は、第１の繰返し単位層１３Ａの積み重ね層数と同一である。
【００１６】
第２の活性層２０の上に、第３の電極層２２が形成されている。第３の電極層２２の材料、不純物濃度、及び厚さは、第１の電極層１１の材料、不純物濃度、及び厚さと同一である。
【００１７】
第１の電極層１１、第２の電極層１７、及び第３の電極層２２に、それぞれ第１の電極２５、第２の電極２６、及び第３の電極２７がオーミック接触している。第１〜第３の電極２５〜２７は、例えばＡｕＧｅ層とＡｕ層とが積層された２層構造を有する。
【００１８】
第１の直流電圧源３０が、第２の電極２６に対して第１の電極２５に正の電圧を印加する。これにより、第１の活性層１５に厚さ方向の電流が流れる。第２の直流電圧源３１が、第２の電極２６に対して第３の電極２７に正の電圧を印加する。これにより、第２の活性層２０に厚さ方向の電流が流れる。第１の電流計３５によって、第１の活性層１５に流れる電流が測定され、第２の電流計３６によって、第２の活性層２０に流れる電流が測定される。
【００１９】
次に、図２Ａ、図２Ｂ、図３を参照して、実施例１による光検知素子の製造方法について説明する。
【００２０】
図２Ａに、各半導体層成膜後の断面図を示し、図３に、各半導体層の成膜時の基板温度の時間変化を示す。図３の横軸は、経過時間を表し、横軸に付された参照符号は、その時間帯に成膜される半導体層（図２Ａ）に対応する。図３の縦軸は、基板温度を表す。各半導体層の成膜には、例えば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）が適用される。
【００２１】
基板温度を室温から温度ＴＢまで上昇させる。温度ＴＢは、例えば６００℃である。基板温度を６００℃に維持し、半導体基板１０の上に、ｎ型ＧａＡｓからなる第１の電極層１１を形成する。さらに、ノンドープのＡｌＧａＡｓからなる第１の繰返し単位層１３Ａを形成する。繰返し単位層１３Ａの形成中に、基板温度をＴＢからＴＱ１まで低下させる。基板温度ＴＱ１は、例えば５００℃である。
【００２２】
基板温度をＴＱ１に維持した状態で、成長速度が０．１モノレイヤ／ｓとなる条件で、２．５モノレイヤ分のＩｎＡｓ原料を基板上に供給する。ＩｎＡｓ原料の供給過程で、成長モードが２次元成長から３次元成長に遷移し、自己組織的に第１の量子ドット１４が形成される。
【００２３】
第１の量子ドット１４を形成した後、ＡｌＧａＡｓ原料を供給することにより、第１の繰返し単位層１３Ａを形成する。第１の繰返し単位層１３Ａの成膜中に、基板温度をＴＱ１からＴＢまで上昇させた後、再度、基板温度をＴＱ１まで低下させる。その後、第１の量子ドット１４の形成と、第１の繰返し単位層１３Ａの形成とを、９回繰返し実行する。
【００２４】
最も上の第１の繰返し単位層１３Ａの成膜過程では、基板温度をＴＱ１からＴＢまで上昇させた後、基板温度をＴＢに維持したまま、第２の電極層１７を形成する。
【００２５】
第２の電極層１７を形成した後、第２の繰返し単位層１８Ａを形成する。第２の繰返し単位層１８Ａの成膜中に、基板温度をＴＢからＴＱ２まで低下させる。基板温度ＴＱ２は、第１の量子ドット１４を形成したときの基板温度ＴＱ１よりも低く、例えば４６０℃である。
【００２６】
基板温度をＴＱ２に維持した状態で、成長速度が０．２モノレイヤ／ｓとなる条件で、２．０モノレイヤ分のＩｎＡｓ原料を基板上に供給する。ＩｎＡｓ原料の供給過程で、成長モードが２次元成長から３次元成長に遷移し、自己組織的に第２の量子ドット１９が形成される。第２の量子ドット１９の形成時には、第１の量子ドット１４の形成時よりも基板温度が低い。このため、Ｉｎ原子及びＡｓ原子の凝集が抑制される。また、ＩｎＡｓ原料の供給速度（成膜速度）が速いことによっても、Ｉｎ原子及びＡｓ原子の凝集が抑制される。さらに、第２の量子ドット１９の形成時は、第１の量子ドット１４の形成時よりも原料の供給量が少ない。これらの要因により、第２の量子ドット１９が第１の量子ドット１４よりも小さくなる。ここで、「小さい」とは、体積が小さいこと、及び基板面に平行な仮想平面への垂直投影像の面積が小さいことを意味する。
【００２７】
上述の条件では、第１の量子ドット１４及び第２の量子ドット１９の、基板面に平行な仮想平面への垂直投影像が、直径３０ｎｍ及び１５ｎｍの円形で近似される形状になる。なお、厳密には、量子ドットの斜面には、成長速度が相対的に遅いミラー指数の結晶面が現れ、垂直投影像は多角形になるが、この多角形は、ほぼ円形で近似することができる。
【００２８】
第２の量子ドット１９を形成した後、ＡｌＧａＡｓ原料を供給することにより、第２の繰返し単位層１８Ａを形成する。第２の繰返し単位層１８Ａの成膜中に、基板温度をＴＱ２からＴＢまで上昇させた後、再度、温度ＴＱ２まで低下させる。その後、第２の量子ドット１９の形成と、第２の繰返し単位層１８Ａの形成とを、９回繰返し実行する。
【００２９】
最も上の第２の繰返し単位層１８Ａの成膜過程では、基板温度をＴＱ２からＴＢまで上昇させた後、基板温度をＴＢに維持したまま、第３の電極層２２を形成する。ここまでで、半導体層の成膜工程が終了する。
【００３０】
図２Ｂに示すように、一般的なフォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて、第１の電極層１１の上面までエッチングすることにより、第１の電極層１１の一部を露出させる。さらに、他の領域を第２の電極層１７の上面までエッチングすることにより、第２の電極層１７の一部を露出させる。
【００３１】
図１に示したように、第１の電極層１１の露出した上面、第２の電極層１７の露出した上面、及び第３の電極層２２の上面に、それぞれ第１の電極２５、第２の電極２６、及び第３の電極２７を、金属蒸着法及びリフトオフにより形成する。
【００３２】
次に、実施例１による光検知素子の動作について説明する。第１の量子ドット１４の伝導帯の基底量子準位と、第１のバリア層１３の伝導帯下端とのエネルギ差が、赤外域の波長に相当する。同様に、第２の量子ドット１９の伝導帯の基底量子準位と、第２のバリア層１８の伝導帯下端とのエネルギ差も、赤外域の波長に相当する。
【００３３】
量子ドットを含む活性層に、量子ドットの基底量子準位とバリア層の伝導帯下端とのエネルギ差に相当する波長の赤外線が入射すると、赤外線が吸収されて、量子ドットの基底量子準位に捕獲されていた電子が、バリア層の伝導帯まで励起される。伝導帯まで励起された電子は、活性層に印加されている電界により正の電極層まで輸送される。
【００３４】
量子ドットに捕獲されていた電子が電極層まで輸送されることにより、活性層の負極性の空間電荷密度が低下する。これにより、伝導帯下端の、電子に対するポテンシャルが低下する。活性層の伝導帯下端のポテンシャルは、活性層を厚さ方向に輸送される電子に対して、ポテンシャル障壁となっている。このポテンシャル障壁が低くなることにより、活性層に流れる電流が増加する。この電流増加分を、「光電流」という。
【００３５】
相対的に大きな第１の量子ドット１４の基底量子準位は、相対的に小さな第２の量子ドット１９の基底量子準位より深い。このため、第１の活性層１５内の量子ドットの基底量子準位とバリア層の伝導帯下端とのエネルギ差は、第２の活性層２０内のそれよりも大きい。従って、第１の活性層１５の赤外線吸収スペクトルのピークは、第２の活性層２０の赤外線吸収スペクトルのピークよりも短波長側に現れる。
【００３６】
図４Ａに、第１及び第２の活性層１５、２０の赤外線吸収スペクトルの一例を示す。第１の活性層１４による吸収ピークｐ１のピーク波長はλ１であり、第２の活性層２０による吸収ピークｐ２のピーク波長はλ２である。ここで、λ１＜λ２が成立する。
【００３７】
第１の活性層１５及び第２の活性層２０の光電流を別々に計測することにより、光検知素子に入射する赤外線の、波長λ１及び波長λ２の成分の強度を検知することができる。
【００３８】
物体から放射される赤外線の２つの波長の成分の強度の比は、物体の温度によって異なる。この２つの波長の成分の強度を計測することにより、物体からの距離、すなわち赤外線の減衰の影響をほとんど受けることなく、物体の温度を推定することができる。
【００３９】
赤外線の２つの波長の強度を別々に検知するためには、図４Ａに示したように、第１の活性層１５の吸収ピークｐ１と、第２の活性層２０の吸収ピークｐ２とが明確に分離されていることが好ましい。
【００４０】
図４Ｂに示すように、吸収ピークｐ１と吸収ピークｐ２とが、裾の部分で重なっていても、その重なり量が僅かであれば、２つの異なる波長の成分の強度を、別々に計測することが可能であるといえる。吸収ピークｐ１及び吸収ピークｐ２の面積を、それぞれＳ１、Ｓ２とし、両者が重なっている領域の面積をＳ３としたとき、Ｓ３≦０．１×Ｓ１、かつＳ３≦０．１×Ｓ２となるように、第１の活性層１５及び第２の活性層２０を設計することが好ましい。
【００４１】
第１の量子ドット１４の、基板面に平行な仮想平面への垂直投影像の面積の平均が、第２の量子ドット１９のそれの２倍以上であれば、２つの吸収ピークｐ１とｐ２とが、明確に分離される。なお、第１の量子ドット１４の、基板面に平行な仮想平面への垂直投影像の面積の平均が、第２の量子ドット１９のそれの１．５倍以上であっても、十分なピークの分離が可能である。
【００４２】
次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、第１の量子ドット１４を第２の量子ドット１９より大きくすることの効果について説明する。
【００４３】
図５Ａに示すように、第１の量子ドット１４及び第１の繰返し単位層１３Ａを形成した後、第２の電極層１７、第２の繰返し単位層１８Ａ、及び第２の量子ドット１９を形成する。図３に示したように、第１の量子ドット１４を形成した後、第１の量子ドット１４は、その上の半導体層の形成時の熱履歴の影響を受ける。この熱履歴により、第１の量子ドット１４内のＩｎが繰返し単位層１３Ａ内に拡散する。これにより、第１の量子ドット１４が、破線で示すように小さくなってしまう。第２の量子ドット１９が受ける熱履歴は、第１の量子ドット１４が受ける熱履歴よりも少ない。ここで、「熱履歴」は、温度と時間との積の累積値を意味する。
【００４４】
図５Ｂに、第１の量子ドット１４を第２の量子ドット１９より小さくした比較例による光検知素子の部分断面図を示す。この比較例においても、第１の量子ドット１４が、その後の熱履歴により小さくなる。
【００４５】
図５Ａ及び図５Ｂに示した例において、Ｉｎの拡散距離は、ほぼ同一になると考えられる。そうすると、図５Ａに示した実施例１による第１の量子ドット１４の体積の減少率は、図５Ｂに示した比較例による第１の量子ドット１４の体積の減少率よりも小さい。ここで、形成直後の第１の量子ドット１４の体積をＶ０、体積減少後の第１の量子ドット１４の体積をＶ１としたとき、「体積の減少率」は、（Ｖ０−Ｖ１）／Ｖ０で表される。
【００４６】
量子ドットの体積の減少、Ｉｎが拡散することによる伝導帯下端のポテンシャル形状の崩れ等により、基底量子準位の深さが変化してしまう。実施例１では、第１の量子ドット１４の体積の減少率を低減させることにより、基底量子準位の深さの変動を抑制し、光吸収ピークが現れる波長の変動を抑制することができる。これにより、所望の検知特性を有する光検知素子を得ることができる。
【００４７】
［実施例２］
図６に、実施例２による光検知素子の断面図を示す。以下、図１に示した実施例１による光検知素子との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００４８】
実施例２においては、第３の電極層２２の上に、さらに第３の活性層４２及び第４の電極層４３が形成されている。第３の活性層４２は、第１の活性層１５、第２の活性層２０と同様に、第３のバリア層４０及び第３の量子ドット４１を含む。第３のバリア層４０は、複数の第３の繰返し単位層４０Ａで構成されている。第３の量子ドット４１は、第２の量子ドット１９よりも小さい。
【００４９】
第４の電極層４３の上面に、第４の電極４５がオーミック接触している。第３の直流電圧源４６が、第３の電極２７と第４の電極４５との間に、直流電圧を印加する。この電圧によって、第３の活性層４２に厚さ方向の電流が流れる。第３の電流計が、第３の活性層４２に流れる電流を計測する。
【００５０】
第３の活性層４２の光吸収スペクトルのピーク波長は、第２の活性層２０のそれよりも長い。実施例２による光検知素子は、赤外線の３つの波長の成分の強度を検知することができる。これにより、物体の温度の推定精度を高めることができる。この場合、例えば、第２の量子ドット１９を、基板面に平行な仮想平面に垂直投影した像の面積を、第３の量子ドット４１を、基板面に平行な仮想平面に垂直投影した像の面積の１．５倍以上とすることが好ましい。
【００５１】
［実施例３］
図７に、実施例３による撮像装置の概略断面図を示す。半導体基板１０の表面に、複数の光検知素子５０が配置されている。光検知素子５０の各々は、図１に示した実施例１による光検知素子と同一の構成を有する。図７において、光検知素子５０の各構成部分に、図１に示した実施例１による光検知素子の対応する構成部分に付された参照符号と同一の参照符号が付されている。光検知素子５０は、１次元的または２次元的に分布している。
【００５２】
第１の電極２５、第２の電極２６、及び第３の電極２７に、それぞれ、突起電極（バンプ）５１が形成されている。
【００５３】
半導体基板１０の、光検知素子５０が形成された面に対向するように、集積回路基板６０が配置されている。集積回路基板６０には、図１に示した第１及び第２の直流電圧源３０、３１、第１及び第２の電流計３５、３６に相当するＣＭＯＳ回路が形成されている。集積回路基板６０の表面のうち、第１〜第３の電極２５〜２７に対応する位置に、電極パッド６１が形成され、その上に突起電極６２が形成されている。突起電極５１、６２は、例えばインジウム（Ｉｎ）で形成される。光検知素子５０に接続された突起電極５１と、集積回路基板６０に形成された突起電極６２とが、相互に固着されている。
【００５４】
集積回路基板６０の表面に、さらに、複数の電極端子６３が形成されている。電極端子６３を通して、集積回路基板６０に形成されたＣＭＯＳ回路に、制御信号が入力される。また、光検知素子５０で検知された画像信号が、電極端子６３を通して外部に出力される。
【００５５】
半導体基板１０の前方（集積回路基板６０が配置されていない方の空間）にレンズ６５が配置されている。物点から放射された赤外線が、レンズ６５により集光されることにより、光検知素子５０が配列する直線または平面上に赤外線像が形成される。
【００５６】
光検知素子５０に、上記実施例１による素子と同一の構造のものが用いられているため、赤外線の波長域の２つの波長の成分の強度を検知することができる。
【００５７】
上記実施例１〜実施例３では、赤外線用の光検知素子を示したが、実施例１〜実施例３の構成は、赤外線以外の波長域の光検知素子に適用することも可能である。また、上記実施例１〜３では、第１の活性層１５、第２の活性層２０、第３の活性層４２の半導体材料をノンドープとしたが、ｎ型の導電性を付与してもよい。これにより、素子抵抗を低減させることができる。
【００５８】
また、第１の電極層１１、第２の電極層１７、第３の電極層２２、及び第４の電極層４３の導電型をｐ型としてもよい。この場合には、赤外線を吸収することにより、量子ドットの価電子帯側の基底量子準位に捕獲された正孔が、バリア層の価電子帯まで励起される。電極層をｐ型にする場合には、オーミック電極としてＡｕＺｎが用いられる。
【００５９】
また、上記実施例１〜３では、バリア層にＡｌＧａＡｓを用い、量子ドットにＩｎＡｓを用いたが、量子ドットのバンドギャップがバリア層のバンドギャップより狭くなるという条件の下で、他の化合物半導体を用いてもよい。例えば、量子ドット及びバリア層に、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、またはこれらの化合物半導体の混晶を用いてもよい。
【００６０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６１】
１０  半導体基板
１１  第１の電極層
１３  第１のバリア層
１３Ａ  第１の繰返し単位層
１４  第１の量子ドット
１５  第１の活性層
１７  第２の電極層
１８  第２のバリア層
１８Ａ  第２の繰返し単位層
１９  第２の量子ドット
２０  第２の活性層
２２  第３の電極層
２５  第１の電極
２６  第２の電極
２７  第３の電極
３０  第１の直流電圧源
３１  第２の直流電圧源
３５  第１の電流計
３６  第２の電流計
４０  第３のバリア層
４０Ａ  第３の繰返し単位層
４１  第３の量子ドット
４２  第３の活性層
４３  第４の電極層
４５  第４の電極
４６  第３の直流電圧源
４７  第３の電流計
５０  光検知素子
５１  突起電極
６０  集積回路基板
６１  電極パッド
６２  突起電極
６３  電極端子
６５  レンズ
【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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