(57)【要約】【課題】  量子井戸の厚さにより離散準位を制御し、複数の波長を検知できる分光器を提供することを課題とする。【解決手段】  相互間に電界が形成される第１層及び第２層と、前記第１層及び前記第２層にそれぞれ接続される第１絶縁層及び第２絶縁層と、前記第１層と前記第２層の間に前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層を介して配置され、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層のいずれの伝導帯の底よりも低い電子側の離散準位と、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層のいずれの価電子帯の頂上よりも低い正孔側の離散準位とを有するように層厚が設定される複数の量子井戸層と、前記第１層及び第２層に電気的に接続され、前記量子井戸層が受光したときに当該量子井戸層を介して前記第１層と前記第２層との間に通流する電流を検出する電流検出手段とを含み、前記複数の量子井戸層の層厚は複数種類設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互間に電界が形成される第１層及び第２層と、
前記第１層及び前記第２層にそれぞれ接続される第１絶縁層及び第２絶縁層と、
前記第１層と前記第２層の間に前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層を介して配置され、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層のいずれの伝導帯の底よりも低い電子側の離散準位と、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層のいずれの価電子帯の頂上よりも低い正孔側の離散準位とを有するように層厚が設定される複数の量子井戸層と、
前記第１層及び第２層に電気的に接続され、前記量子井戸層が受光したときに当該量子井戸層を介して前記第１層と前記第２層との間に通流する電流を検出する電流検出手段と
を含み、前記複数の量子井戸層の層厚は複数種類設定される、分光器。
【請求項２】
前記複数の量子井戸層は、互いに層厚の異なる複数の量子井戸層が並列に階段状に接続されるように形成されたものである、請求項１に記載の分光器。
【請求項３】
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、前記複数の量子井戸層の各々に対応して分離されており、分離された第１絶縁層及び第２絶縁層と前記量子井戸層との積層体は平面視マトリクス状に配列されている、請求項１に記載の分光器。
【請求項４】
前記第１層及び前記第２層は、前記複数の量子井戸層の各々に対応して分離されており、分離された各第１層及び各第２層の幅は、前記複数の量子井戸層の各々の幅よりも狭い、請求項１乃至３のいずれかに記載の分光器。
【請求項５】
前記電流検出手段は、前記複数の量子井戸層の各々に対応する位置において前記第１層及び第２層に接続される複数対の電極を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の分光器。
【請求項６】
前記第１層と前記第２層は、第１導電型と第２導電型の半導体層である、請求項１乃至５のいずれかに記載の分光器。
【請求項７】
前記第１層と前記第２層に接続される電界形成用の外部電源を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子井戸を光吸収層に利用した分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、グレーティング（回折格子）とＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）を用いた光波長分光器や、マイケルソン干渉計を用いたＦＴ−ＩＲ（Fourier-Transform  Infrared  Spectroscopy：赤外フーリエ変換分光器））のような光波長分光器が利用されていた。
【０００３】
しかしながら、グレーティングを用いた光波長分光器は、分光を行うための光学回路が必要であり、この光学回路には十分な光路長が必要であるため、小型化が困難であった。
【０００４】
また、ＦＴ−ＩＲは可動ミラーを利用したフーリエ変換によって分光を行っており、可動ミラーを駆動させるための空間が不可欠であり、小型化に限界があった。
【０００５】
これらに対して、小型化を図ったものとして、量子井戸を光吸収層に用いる光監視装置や半導体光微分器が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平６−３０２８８０号公報
【特許文献２】特開平６−６７２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１、２に記載の光監視装置や半導体光微分器では、量子井戸の両端に印加する電圧値を制御することによって吸収光の波長を能動的に変更しているため、吸収光の波長を変更するためには（すなわち、量子井戸の離散電位を変更するためには）、外部から電圧を印加する必要があるという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、量子井戸の厚さにより離散準位を制御し、複数の波長を検知できる分光器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】
【０００８】
本発明の一局面の分光器は、相互間に電界が形成される第１層及び第２層と、前記第１層及び前記第２層にそれぞれ接続される第１絶縁層及び第２絶縁層と、前記第１層と前記第２層の間に前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層を介して配置され、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層のいずれの伝導帯の底よりも低い電子側の離散準位と、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層のいずれの価電子帯の頂上よりも低い正孔側の離散準位とを有するように層厚が設定される複数の量子井戸層と、前記第１層及び第２層に電気的に接続され、前記量子井戸層が受光したときに当該量子井戸層を介して前記第１層と前記第２層との間に通流する電流を検出する電流検出手段とを含み、前記複数の量子井戸層の層厚は複数種類設定される。
【０００９】
また、前記複数の量子井戸層は、互いに層厚の異なる複数の量子井戸層が並列に階段状に接続されるように形成されたものであってもよい。
【００１０】
また、この代わりに、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、前記複数の量子井戸層の各々に対応して分離されており、分離された第１絶縁層及び第２絶縁層と前記量子井戸層との積層体は平面視マトリクス状に配列されていてもよい。
【００１１】
また、前記第１層及び前記第２層は、前記複数の量子井戸層の各々に対応して分離されており、分離された各第１層及び各第２層の幅は、前記複数の量子井戸層の各々の幅よりも狭くてもよい。
【００１２】
また、前記電流検出手段は、前記複数の量子井戸層の各々に対応する位置において前記第１層及び第２層に接続される複数対の電極を含んでもよい。
【００１３】
また、前記第１層と前記第２層は、第１導電型と第２導電型の半導体層であってもよい。
【００１４】
また、前記第１層と前記第２層に接続される電界形成用の外部電源を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、量子井戸の厚さにより離散準位を制御し、複数の波長を検知できる分光器を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の分光器を適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
「実施の形態１」
図１は、実施の形態１の分光器１０の構成を示す断面図である。
【００１８】
分光器１０は、半導体層１１（１１ａ〜１１ｅ）と半導体層１２（１２ａ〜１２ｅ）との間に、絶縁層１３及び１４を介して量子井戸層１５が配設された構造を有する。また、半導体層１１ａ〜１１ｅと、半導体層１２ａ〜１２ｅには、それぞれ、金（Ａｕ）製の金属電極１６ａ〜１６ｅと１７ａ〜１７ｅが接続される。これらの金属電極１６ａ〜１６ｅと１７ａ〜１７ｅはサフィックスのアルファベットが同一のもの同士で対をなし、各対に電流計Ａ１〜Ａ５が接続されている。
【００１９】
各電流計Ａ１〜Ａ５にはＡ／Ｄ変換器１８Ａ、演算装置１８Ｂ、及び表示装置１８Ｃが接続されている。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器１８Ａは、電流計Ａ１〜Ａ５によって検出される微少な電流を表す電気信号をデジタル変換できる分解能を有するものであればよい。
【００２１】
演算装置１８Ｂは、図示しないバスを介して互いに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを中心として構成され、分光器１０によって検知され、Ａ／Ｄ変換器１８Ａでデジタル変換されたデータを波長毎の光強度を表す特性として処理・集計できるものであればよい。
【００２２】
また、表示装置１８Ｃは、演算装置１８Ｂで処理・集計された波長毎の光強度を表す特性を表示できる装置であればよく、例えば、液晶モニタであればよい。
【００２３】
各電流計Ａ１〜Ａ５で検出される電流値は、Ａ／Ｄ変換器１８Ａでデジタル信号に変換され、演算装置１８Ｂにおいて波長毎の光強度を表す特性として処理・集計され、この光強度を表す特性が表示装置１８Ｃに表示される。
【００２４】
なお、説明の便宜上、電流計Ａ１〜Ａ５の一部の図示を省略する。
【００２５】
量子井戸層１５は、厚さの異なる５つの領域１５ａ〜１５ｅを含み、これらの領域１５ａ〜１５ｅは並列に配置されるように形成されている。すなわち、領域１５ａ〜１５ｅは、互いに層厚の異なる複数の量子井戸層が並列に階段状に接続されるように形成されたものである。
【００２６】
図１では説明の便宜上、各層の厚さの縮尺を変えて表現してあるが、この量子井戸層１５は、厚さが５．５ｎｍ〜７．５ｎｍ程度のインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）で構成され、絶縁層１３及び１４に挟まれることにより、離散準位が形成される。各領域１５ａ〜１５ｅの厚さやバンド構造については後述する。
【００２７】
半導体層１１は、５つの半導体層１１ａ〜１１ｅに分離されており、各半導体層１１ａ〜１１ｅは、量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅに対応して配設されている。量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅの幅Ｗ１は、すべて同一幅に設定されており、厚さはＴａ〜Ｔｅの順に薄くなるように設定されている。
【００２８】
また、半導体層１１ａ〜１１ｅの幅Ｗ２は、すべて同一幅に設定されており、量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅの幅Ｗ１より狭く、かつ、幅方向において、半導体層１１ａ〜１１ｅの各々が各領域１５ａ〜１５ｅの幅の内側に位置するように配設されている。
【００２９】
この半導体層１１ａ〜１１ｅとしては、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）にベリリウム（Ｂｅ）を注入したＰ型の化合物半導体層を用いることができる。
【００３０】
同様に、半導体層１２は、５つの半導体層１２ａ〜１２ｅに分離されており、各半導体層１２ａ〜１２ｅは、量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅに対応して、半導体層１１ａ〜１１ｅに対向する位置に配設されている。量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅの幅Ｗ１は、すべて同一幅に設定されており、厚さはＴａ〜Ｔｅの順に薄くなるように設定されている。
【００３１】
また、半導体層１２ａ〜１２ｅの幅Ｗ２は、すべて同一幅に設定されており、量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅの幅Ｗ１より狭く、かつ、幅方向において、半導体層１２ａ〜１２ｅの各々が各領域１５ａ〜１５ｅの幅の内側に位置するように配設されている。
【００３２】
この半導体層１２ａ〜１２ｅとしては、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）にシリコン（Ｓｉ）を注入したＮ型の化合物半導体層を用いることができる。
【００３３】
絶縁層１３及び１４は、半導体層１１ａ〜１１ｅと１２ａ〜１２ｅとが形成される面は階段状になっている。
【００３４】
この絶縁層１３及び１４としては、例えば、アルミニウムヒ素（ＡｌＡｓ）層、又はアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）層を用いることができる。絶縁層１３及び１４のエネルギギャップは、量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅの電子側の離散準位と正孔側の離散準位との差よりも大きく、かつ、伝導帯の底が電子側の離散準位よりも高く、かつ、価電子帯の頂上が正孔側の離散準位よりも高く設定される必要がある。このバンド構造については後述する。
【００３５】
また、図１では説明の便宜上、各層の厚さの縮尺を変えて表現してあるが、例えば、半導体層１１ａ〜１１ｅと１２ａ〜１２ｅは、２００ｎｍであり、量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅについては、数ｎｍ〜１０ｎｍ程度であることが好ましく、例えば、Ｔａ＝３．０ｎｍ、Ｔｂ＝３．５ｎｍ、Ｔｃ＝４．０ｎｍ、Ｔｄ＝４．５、Ｔｅ＝５．０ｎｍ、である。
【００３６】
また、絶縁層１３及び１４は、５ｎｍであり、金属電極１６ａ〜１６ｅと１７ａ〜１７ｅは１００ｎｍである。絶縁層１３及び１４の厚さに関しては、半導体層１１ａ〜１１ｅと１２ａ〜１２ｅとの間におけるトンネル電流を通流させることができ、かつ、量子井戸層１５の各領域１５ａ〜１５ｅ内に離散準位を形成できる厚さであることが必要である。
【００３７】
なお、分光器１０は、平面視において５００μｍ角である。
【００３８】
このような分光器１０において、量子井戸層１５の領域１５ａは、絶縁層１３、１４、半導体層１１ａ、及び１２ａに挟まれており、領域１５ｂは、絶縁層１３、１４、半導体層１１ｂ、及び１２ｂに挟まれている。これは領域１５ｃ〜１５ｅ、絶縁層１３、１４、半導体層１１ｃ〜１１ｅ、及び１２ｃ〜１２ｅの関係においても、それぞれ同様であり、５つの素子が並列接続されたように構成されている。
【００３９】
領域１５ａ〜１５ｅを含む各素子は、半導体層１１ａ〜１１ｅと１２ａ〜１２ｅとの間に量子井戸を挟んだＰＮ接合を有し、量子井戸を挟んだＰＮ接合間に電界が形成されている。
【００４０】
なお、このような分光器１０は、半導体製造プロセスによって作成することが可能である。
【００４１】
図２は、量子井戸層の厚さと離散準位との関係を示す概念図であり、（ａ）は量子井戸層１５の領域１５ａを含むバンド構造、（ｂ）は領域１５ａ、１５ｂをそれぞれ含むバンド構造、（ｃ）は他の形態のバンド構造を示す。
【００４２】
なお、ここでは、電子のエネルギ準位を表す場合は、図２に示すバンド構造において、下側が低エネルギ準位であり、上側が高エネルギ準位となる。また、正孔のエネルギ準位を表す場合は、電子の場合とは上下が逆転し、下側が高エネルギ準位であり、上側が低エネルギ準位である。これは特許請求の範囲における表現においても同様である。
【００４３】
図２（ａ）に示すバンド構造を有する量子井戸層１５の領域１５ａは、絶縁層１３、１４、及び半導体層１１ａ、１２ａに挟まれている。
【００４４】
ここで、伝導帯をＥｃ、価電子帯をＥｖ、半導体素子１１ａ及び１１ｂのエネルギギャップをＥｇ１、量子井戸層１５の領域１５ａの電子側の離散準位をＥｒ１、領域１５ｂの離散準位をＥｒ２、絶縁層１３のエネルギギャップをＥｇ２とする。
【００４５】
図２（ａ）に示すように、絶縁層１３及び１４のエネルギギャップＥｇ２は、量子井戸層１５の領域１５ａの電子側の離散準位Ｅｒ１と正孔側の離散準位Ｅｒ２との差Ｅ１ａよりも大きく、かつ、絶縁層１３及び１４の伝導帯の底が電子側の離散準位Ｅｒ１よりも高く、かつ、価電子帯の頂上が正孔側の離散準位Ｅｒ２よりも高く設定されている。
【００４６】
測定したい波長帯のエネルギは、電子側の離散準位Ｅｒ１と正孔側の離散準位Ｅｒ２との差Ｅ１ａによって決まるため、絶縁層１３及び１４のエネルギギャップＥｇ２は、測定したい波長帯のエネルギと同一であることが必要である。
【００４７】
また、量子井戸層の離散準位は、その厚さと関係があり、量子井戸層の厚さが厚い方が電子側の離散準位は低くなるとともに、正孔側の離散準位は低くなる。すなわち、厚さが厚い方が離散準位同士の差は小さくなり、厚さが薄い方が離散準位同士の差は大きくなる。
【００４８】
ここで、図２（ｂ）を用いて領域１５ａと１５ｂとで比較すると、領域１５ｂの厚さＴｂは、領域１５ａの厚さＴａよりも薄いため、領域１５ｂでは領域１５ａよりも電子側の離散準位Ｅｒ１が高く、かつ、正孔側の離散準位Ｅｒ２の方が高くなる。
【００４９】
これにより、電子側の離散準位と正孔側の離散準位との差は、領域１５ｂにおける差Ｅ１ｂの方が、領域１５ａにおける差Ｅ１ａよりも大きくなる。
【００５０】
これは、領域１５ａ〜１５ｅのすべてにおいて同様であり、領域１５ａの厚さＴａから領域１５ｅの厚さＴｅの順に薄くなるため、離散準位同士の差はＥ１ａ〜Ｅ１ｅの順に大きくなる。
【００５１】
実施の形態１では、Ｔａ＝３．０ｎｍ、Ｔｂ＝３．５ｎｍ、Ｔｃ＝４．０ｎｍ、Ｔｄ＝４．５、Ｔｅ＝５．０ｎｍ、であるため、Ｅ１ａ＝１．１７（ｅＶ）、Ｅ１ｂ＝０．８６（ｅＶ）、Ｅ１ｃ＝０．６６（ｅＶ）、Ｅ１ｄ＝０．５２（ｅＶ）、Ｅ１ｅ＝０．４２（ｅＶ）である。これにより、領域１５ａ〜１５ｅで吸収される波長は、それぞれ、１０５７ｎｍ（１５ａ）、１４３９ｎｍ（１５ｂ）、１８８０ｎｍ（１５ｃ）、２３７９ｎｍ（１５ｄ）、２９３７ｎｍ（１５ｅ）となる。
【００５２】
実施の形態１の分光器１０は、量子井戸層１５に厚さの異なる領域１５ａ〜１５ｅを有し、各領域１５ａ〜１５ｅの離散準位同士の差は上述のように異なるため、例えば、図１における左側の光源から分光器１０に光を照射すると、各領域１５ａ〜１５ｅで吸収される光の波長は異なる。
【００５３】
各領域１５ａ〜１５ｅで光が吸収されると、各領域１５ａ〜１５ｅ内に電子・正孔対が発生し、この電子・正孔対が絶縁層１３及び１４を透過して取り出されることにより、電流として検出される。
【００５４】
このように、実施の形態１の分光器１０によれば、量子井戸層１５に含まれる領域１５ａ〜１５ｅの厚さが異なり、領域１５ａ〜１５ｅの厚さＴａ〜Ｔｅにより領域１５ａ〜１５ｅにおける離散準位同士の差が決まり、この離散準位の差によって吸収波長が決まるので、電流計Ａ１〜Ａ５の検出値に基づき、照射された光の波長を検知でき、これにより、照射光を分光することができる。
【００５５】
従来の量子井戸を用いた光監視装置や半導体光微分器では、素子に印加するバイアスを変化させないと吸収波長を変化させることができなかったが、実施の形態１によれば、量子井戸層１５に厚さの異なる５つの領域１５ａ〜１５ｅを形成することにより、５種類の吸収波長を有する分光器１０を提供することができる。
【００５６】
また、分光を行うための光学回路等が不要であるため、装置の小型化が可能である。
【００５７】
なお、光源としては、紫外領域から赤外領域にわたって強力な連続スペクトルの光を照射できるものであればよく、例えば、半導体層１１ａ〜１１ｅ、１２ａ〜１２ｅ、絶縁層１３、１４、量子井戸層１５の材質を適宜選択することにより、照射波長が２００ｎｍ〜２０００ｎｍのキセノン（Ｘｅ）ランプや、照射波長が２０００ｎｍ〜３５００ｎｍの近赤外線ランプを用いることができる。
【００５８】
また、以上では、半導体層１１ａ〜１１ｅがベリリウム（Ｂｅ）の注入されたＰ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層であり、半導体層１２ａ〜１２ｅがシリコン（Ｓｉ）の注入されたＮ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）層であり、絶縁層１３及び１４がアルミニウムヒ素（ＡｌＡｓ）層、又はアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）層であり、量子井戸層１５がガリウムヒ素（ＧａＡｓ）である形態について説明したが、シリコン系の半導体層で構成してもよい。この場合、例えば、半導体層１１ａ〜１１ｅがホウ素（Ｂ）が注入されたＰ型のシリコン層であり、半導体層１２ａ〜１２ｅがヒ素（Ａｓ）の注入されたＮ型のシリコン層であり、絶縁層１３及び１４がシリコン酸化（ＳｉＯ２）層であり、量子井戸層１５がシリコン層にすることができる。
【００５９】
また、以上では、半導体層１１ａ〜１１ｅと１２ａ〜１２ｅが、それぞれ、Ｐ型とＮ型である場合について説明したが、分光器１０の半導体層１１ａ〜１１ｅと１２ａ〜１２ｅとの各対の間に、外部電源から電界を印加してもよい。具体的には、上述のように半導体層１１ａ〜１１ｅがＰ型、半導体層１２ａ〜１２ｅがＮ型の場合には、順方向バイアス（Ｐ型の半導体層１１ａ〜１１ｅに負バイアス、Ｎ型の半導体層１２ａ〜１２ｅに正バイアス）を印加すればよい。
【００６０】
また、このような外部電源から電界を印加する場合には、上述のように半導体層１１ａ〜１１ｅと１２ａ〜１２ｅがＰ型とＮ型である場合に限らず、半導体層１１ａ〜１１ｅと１２ａ〜１２ｅとには不純物が注入されていなくてもよい。この場合のバンド構造図は、図２（ｃ）に示すように、傾斜のないものとなる。なお、この場合、バイアス方向は問わない。
【００６１】
また、以上では、量子井戸層１５に５つの厚さの異なる領域１５ａ〜１５ｅが含まれる形態について説明したが、厚さの異なる領域の数は５つに限られず、複数であれば幾つであってもよい。
【００６２】
また、以上では、各金属電極１６ａ〜１６ｅと１７ａ〜１７ｅに５つの電流計Ａ１〜Ａ５が接続される形態について説明したが、図３に示すように、電流計は１つであってもよく、金属電極１６ａ〜１６ｅと１７ａ〜１７ｅをいずれかの組に切り替えるためのリレー１９Ａ、１９Ｂを備えてもよい。リレー１９Ａ及び１９Ｂの切替は、演算装置１８Ｂによって行われるようにすればよい。
【００６３】
「実施の形態２」
図４は、実施の形態２の分光器２０の構成を示す断面図である。実施の形態２の分光器２０は、量子井戸層１５の厚さの中心を領域１５ａ〜１５ｅにわたって形成された第２量子井戸層１５ｆを備える点が実施の形態１の分光器１０と異なる。
【００６４】
第２量子井戸層１５ｆの伝導帯の底は、量子井戸層１５に含まれる領域１５ａ〜１５ｅの伝導帯の底よりも低く、かつ、第２量子井戸層１５ｆの価電子帯の頂上は、量子井戸層１５に含まれる領域１５ａ〜１５ｅの価電子帯の頂上よりも伝導帯側に位置する必要がある。このような条件を満たす材料として、例えば、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）を第２量子井戸層１５ｆとして用いることができる。
【００６５】
図５は、実施の形態２の分光器のバンド構造を示す図である。ここでは、領域１５ａについて説明するが、領域１５ｂ〜１５ｅについても同様である。
【００６６】
図５（ａ）は、図４に示すように、領域１５ａの厚さ方向の中心に第２量子井戸層１５ｆが位置する場合のバンド構造である。このように、第２量子井戸層１５ｆ内では、伝導帯の底Ｅｃが領域１５ａよりも低く、かつ、価電子帯の頂上Ｅｖが領域１５ａよりも高くなっている。
【００６７】
これにより、領域１５ａ及び第２量子井戸層１５ｆによって量子井戸が二重構造になることで、離散準位を細かく上昇又は低下させることができ、これにより、吸収波長の分解能を向上させることができる。
【００６８】
図５（ｂ）は、第２量子井戸層１５ｆの幅方向（図４に示す分光器において半導体層１１から半導体層１２に向かう方向）の幅を調節することにより、図５（ａ）に示す場合よりも第１量子井戸の伝導帯側の離散準位及び価電子帯側の離散準位を上昇又は低下させた場合のバンド構造を示す。
【００６９】
このように、第２量子井戸層１５ｆの幅方向（図４に示す分光器において半導体層１１から半導体層１２に向かう方向）の幅を調節することによって量子井戸層１５に形成される伝導帯及び価電子帯側の離散準位を調整できるので、吸収波長の分解能の最適化を図ることができる。
【００７０】
なお、第２量子井戸層１５ｆの幅方向（図４に示す分光器において半導体層１１から半導体層１２に向かう方向）の幅を調節することに代えて、あるいは、これに加えて、第２量子井戸層１５ｆの奥行き方向（図４に示す分光器において紙面を貫く方向）の幅を調節することによって量子井戸層１５に形成される伝導帯及び価電子帯側の離散準位を調整してもよい。
【００７１】
図５（ｃ）は、領域１５ａの厚さ方向において第２量子井戸層１５ｆが形成される位置を絶縁層１４寄りに変更した場合のバンド構造を示す。
【００７２】
このように、第２量子井戸層１５ｆの厚さ方向における位置を調節することによって量子井戸層１５に形成される伝導帯及び価電子帯側の離散準位を調整できるので、吸収波長の分解能の最適化を図ることができる。
【００７３】
なお、ここでは、第２量子井戸層１５ｆの厚さが領域１５ａ〜１５ｅにわたって均一な場合について説明したが、第２量子井戸層１５ｆの厚さは、領域１５ａ〜１５ｅの厚さに応じて階段状に薄くなるように設定されてもよい。
【００７４】
「実施の形態３」
図６は、実施の形態３の分光器３０の構成を示す断面図である。実施の形態３の分光器３０は、Ｎ型の半導体層１２の上に一面に形成された絶縁層１４、量子井戸層１５、及び絶縁層１３がエッチング処理によって分離され、絶縁層１４、量子ドット３１、及び絶縁層１３の積層体がマトリクス状に配列されている点が実施の形態１と異なる。また、測定系では、切替スイッチ１９Ｃ、１９Ｄを備える点が実施の形態１と異なる。
【００７５】
量子ドット３１は、実施の形態１と同様に厚さの分布を有する量子井戸層１５が絶縁層１３及び１４とともにエッチング処理されることにより、三次元的に寸法が規定されることによって作成されるものである。各量子ドット３１は、エッチング処理によって分離された絶縁層１３及び１４に挟まれており、絶縁層１３、量子ドット３１、及び絶縁層１４の積層体がマトリクス状に配列さている。
【００７６】
なお、説明の便宜上、Ｐ型の半導体層１１を省略するが、実際には、絶縁層１３の上に半導体層１２と同様に一面に形成される。
【００７７】
また、各積層体に対応する位置の半導体層１１及び１２には、金属電極及び切替スイッチ１９Ｃ、１９Ｄを介して電流計Ａが接続されており、照射光が各積層体で吸収された場合に、切替スイッチ１９Ｃ、１９Ｄを切り替えることにより、電流計Ａで各積層体に通流する電流値を計測できるように構成されている。電流計Ａで検出される赤く積層体に通流する電流値は、Ａ／Ｄ変換器１８Ａでデジタルデータに変換され、演算装置１８Ｂで処理・集計されて波長毎の光強度を表す特性として導出され、表示装置１８Ｃに表示される。
【００７８】
切替スイッチ１９Ｃ、１９Ｄは、すべての量子ドットにおける光吸収によって生じた電流を分別して検出するために、接続を切り替えるための切替スイッチであり、図３に示すリレー１９Ａ、１９Ｂに代わるものである。
【００７９】
なお、図６には、半導体層１２が一体的に形成される形態を示すが、図１に示すように、分離されていてもよく、その場合は、図６に示す積層体毎に分離されていることが望ましく、それは図６には示さない半導体層１１についても同様である。
【００８０】
図７は、実施の形態３の分光器３０によって分光された光の波長毎の光強度を表す特性を示す特性図であり、（ａ）はドット厚及びドット幅に対する吸収波長の特性を示し、（ｂ）は（ａ）の結果をサンプル番号でまとめた特性である。
【００８１】
ここで、ドット厚Ｌｘとは、図６に示すＸＹＺ座標におけるＸ軸方向の長さによって表され、このドット厚Ｌｘは、実施の形態１における領域１５ａ〜１５ｅの厚さＴａ〜Ｔｅに相当する。
【００８２】
また、ドット幅Ｌｙ，Ｌｚとは、図６に示すＸＹＺ座標におけるＹ軸方向及びＺ軸方向の長さを表し、ドット幅Ｌｙは、実施の形態１において図１に示す領域１５ａ〜１５ｅの横方向の幅に相当し、ドット幅Ｌｚは、図１において紙面を貫通する方向の長さに相当する。
【００８３】
ドット厚Ｌｘは、０．５ｎｍ刻みで５．５ｎｍ〜８．０ｎｍとし、ドット幅については、ＬｙとＬｚの値を同一値としつつ、０．５ｎｍ刻みで５．５ｎｍ〜８．０ｎｍとした。
【００８４】
なお、サンプル番号は、量子ドットが大きい（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの値が大きい）方から量子ドットが小さい（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの値が小さい）方に向かって昇べきの順で付けられている。すなわち、電子側の離散準位と正孔側の離散準位との差が小さい方から大きい方に向かって昇べきの順でサンプル番号が付けられている。
【００８５】
図７から分かるように、分光器３０によれば、７０種類の量子ドットが光を吸収することにより、波長１２００ｎｍ〜３５００ｎｍの間の光を３５ｎｍ間隔で分光できることが確認できた。
【００８６】
従来の量子井戸を用いた光監視装置や半導体光微分器では、素子に印加するバイアスを変化させないと吸収波長を変化させることができなかったが、実施の形態３によれば、量子井戸層１５に大きさの異なる７０の量子ドットを形成することにより、７０種類の吸収波長を有する分光器３０を提供することができる。
【００８７】
なお、以上の説明における分光器１０〜３０の寸法は一例に過ぎず、その数値以外の値を除外する趣旨ではない。
【００８８】
以上、本発明の例示的な実施の形態の分光器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施の形態１の分光器１０の構成を示す断面図である。
【図２】量子井戸層の厚さと離散準位との関係を示す概念図であり、（ａ）は量子井戸層１５の領域１５ａを含むバンド構造、（ｂ）は領域１５ａ、１５ｂをそれぞれ含むバンド構造、（ｃ）は他の形態のバンド構造を示す。
【図３】実施の形態１の他の構成の分光器１０の構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態２の分光器２０の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態２の分光器のバンド構造を示す図である。
【図６】実施の形態３の分光器３０の構成を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態３の分光器３０によって分光された光の波長毎の光強度を表す特性を示す特性図であり、（ａ）はドット厚及びドット幅に対する吸収波長の特性を示し、（ｂ）は（ａ）の結果をサンプル番号でまとめた特性である。
【符号の説明】
【００９０】
１０、２０、３０  分光器
１１、１１ａ、１１ｂ、１１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ  半導体層
１２、１２ａ１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ  半導体層
１３、１４  絶縁層
１５  量子井戸層
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ  領域
１５ｆ  第２量子井戸層
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ  金属電極
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ  金属電極
１８Ａ  Ａ／Ｄ変換器
１８Ｂ  演算装置
１８Ｃ  表示装置
１８Ｄ  切替スイッチ
１９Ａ、１９Ｂ  リレー
１９Ｃ、１９Ｄ  切替スイッチ
３１  量子ドット
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ  電流計
【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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