[发明专利]光检测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光检测器。

背景技术

作为利用量子子带(sub-band)间跃迁的光吸收的光检测器，众所周知有QWIP(量子阱红外探测器(Quantum well infrared photodetector))、QDIP(量子点红外探测器(Quantum dot infrared photodetector)、QCD(量子级联探测器)等。因为不利用能带隙跃迁，所以其具有波长范围的设计自由度大、暗电流比较小以及能够在室温下动作等的优点。

在这些光检测器中，QWIP和QCD具备具有量子阱结构或量子级联结构等的周期性的层叠结构的半导体层叠体。该半导体层叠体因为仅在所入射的光具有半导体层叠体的层叠方向的电场成分的情况下由该电场成分而产生电流，所以相对于不具有该层叠方向的电场成分的光(从半导体层叠体的层叠方向进行入射的平面波)不具有光敏性。

因此，对于由QWIP或者QCD来检测光来说，有必要以光的电场的振动方向与半导体层叠体的层叠方向相一致的方式使光入射。例如，在检测具有垂直于光的行进方向的波阵面的平面波的情况下，因为有必要从与半导体层叠体的层叠方向相垂直的方向使光入射，所以作为光检测器的使用变得繁琐。

因此，为了检测不具有半导体层叠体的层叠方向的电场成分的光而将金的薄膜设置于半导体层叠体的表面并且周期性地将具有该光的波长以下的直径的孔形成于该薄膜的光检测器是为人所知的(参照非专利文献1)。在该例子中，由金的薄膜上的表面等离子体共振的效应来调制光以具有半导体层叠体的层叠方向的电场成分。

另外，将光透过层设置于半导体层叠体的表面并将由凹凸图形构成的衍射光栅以及覆盖其的反射膜形成于该光透过层的表面的光检测器是为人所知的(参照专利文献1)。在该例子中，由取决于该衍射光栅以及反射膜的入射光的衍射以及反射的效应来调制光以具有半导体层叠体的层叠方向的电场成分。

另外，以入射面相对于半导体层叠体的层叠方向成为倾斜的方式进行加工的光检测器是为人所知的(参照专利文献2)。在该例子中，通过从该入射面折射而入射的光在芯片内重复全反射，从而以具有半导体层叠体的层叠方向的电场成分的方式调制光。

另外，原本利用量子阱的光检测器具有能够检测的波长带狭窄等的特性，作为用于实现其波长宽带化的尝试而形成具有不同的屏障(barrier)的厚度以及阱的宽度和高度的构造(参照专利文献3)、以及层叠组成不同的量子阱层并且取出来自各个层的信号(参照非专利文献2)是为人所知的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开2000-156513号公报

专利文献2：日本专利申请公开2012-69801号公报

专利文献3：日本专利公表2001-524757号公报

非专利文献

非专利文献1：W.Wu,et al.,“Plasmonic enhanced quantum well infrared photodetector with high detectivity”,Appl.Phys.Lett.,96,161107(2010).

非专利文献2：S.V.Bandara,et al.,“Multi-band and broad-band infrared detectors based on III-V materials for spectral imaging instruments”,Infrared Phys.Technol.,47,15(2005).

发明内容

发明所要解决的技术问题

这样，有各种方案提出为了检测不具有半导体层叠体的层叠方向的电场成分的光而以具有该层叠方向的电场成分的方式调制该光的技术、以及其波长宽带化的技术。

然而，非专利文献1所记载的光检测器具有作为量子阱结构的单纯地层叠相等的阱宽的量子阱的QWIP结构，为了将其作为光检测器并使之动作而有必要从外部施加偏置电压，由此引起的暗电流给予光敏性的坏影响不能够忽视。

另外，在专利文献1所记载的光检测器中，有必要为了获得实际有效的光敏性而无论哪个周期都层叠量子阱结构并且无论哪层都形成光吸收层。

另外，专利文献2所记载的光检测器，由衍射引起的光的传播方向完全不水平，只有极少一部分停留在有助于光电转换，并且不能够获得充分的光敏性。