JPH1065200A - 赤外受光素子 - Google Patents
赤外受光素子Info
- Publication number
- JPH1065200A JPH1065200A JP8215601A JP21560196A JPH1065200A JP H1065200 A JPH1065200 A JP H1065200A JP 8215601 A JP8215601 A JP 8215601A JP 21560196 A JP21560196 A JP 21560196A JP H1065200 A JPH1065200 A JP H1065200A
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- JP
- Japan
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- quantum well
- infrared light
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- receiving element
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多重量子井戸構造のバンド内遷移を用いる赤
外受光素子において受光感度波長帯域を広げることが可
能な赤外受光素子を実現する。 【解決手段】 赤外光により生じる量子井戸層からの光
励起電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤
外受光素子において、基板と、この基板上に形成され複
数種類の量子井戸層幅の量子井戸層を設けた多重量子井
戸光吸収層と、この多重量子井戸光吸収層にバイアス電
圧を印加する電極とを設ける。
外受光素子において受光感度波長帯域を広げることが可
能な赤外受光素子を実現する。 【解決手段】 赤外光により生じる量子井戸層からの光
励起電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤
外受光素子において、基板と、この基板上に形成され複
数種類の量子井戸層幅の量子井戸層を設けた多重量子井
戸光吸収層と、この多重量子井戸光吸収層にバイアス電
圧を印加する電極とを設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多重量子井戸構造
のバンド内遷移を用いる赤外受光素子に関し、特に受光
感度波長帯域を広げることが可能な赤外受光素子に関す
る。
のバンド内遷移を用いる赤外受光素子に関し、特に受光
感度波長帯域を広げることが可能な赤外受光素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の赤外受光素子に用いられる光吸収
層としては「ＨｇＣｄＴｅ層」があり、この「ＨｇＣｄ
Ｔｅ層」は３μｍ以上の赤外波長領域の赤外光を検出す
ることができる。
層としては「ＨｇＣｄＴｅ層」があり、この「ＨｇＣｄ
Ｔｅ層」は３μｍ以上の赤外波長領域の赤外光を検出す
ることができる。
【０００３】但し、「ＨｇＣｄＴｅ層」の結晶成長にお
いては液相成長法以外の気相成長法等はその技術が未熟
であり、液相成長法であっても「Ｈｇ」組成が小さい場
合には「ＨｇＣｄＴｅ」組成制御が困難であると言った
問題があった。
いては液相成長法以外の気相成長法等はその技術が未熟
であり、液相成長法であっても「Ｈｇ」組成が小さい場
合には「ＨｇＣｄＴｅ」組成制御が困難であると言った
問題があった。
【０００４】また、「ＨｇＣｄＴｅ」バルク結晶成長法
としてブリッジマン法等を用いることも可能であるが
「Ｈｇ」と「Ｃｄ」の偏析係数の違いにより組成制御が
難しいと言った問題があった。
としてブリッジマン法等を用いることも可能であるが
「Ｈｇ」と「Ｃｄ」の偏析係数の違いにより組成制御が
難しいと言った問題があった。
【０００５】このため、上記製造方法の困難性を改善す
るために、赤外光により生じる量子井戸層からの光励起
電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤外受
光素子がある。
るために、赤外光により生じる量子井戸層からの光励起
電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤外受
光素子がある。
【０００６】図６はこのような従来の赤外受光素子の一
例を示す断面図である。図６において１は窓層、２は多
重量子井戸光吸収層、３は基板、１００は入射光、１０
１はバイアス電圧である。
例を示す断面図である。図６において１は窓層、２は多
重量子井戸光吸収層、３は基板、１００は入射光、１０
１はバイアス電圧である。
【０００７】基板３上には多重量子井戸光吸収層２が形
成され、多重量子井戸光吸収層２上には窓層１が形成さ
れる。入射光１００は窓層１を介して多重量子井戸吸収
層２に入射され、バイアス電圧１０１は窓層１に印加さ
れ、基板３は接地される。
成され、多重量子井戸光吸収層２上には窓層１が形成さ
れる。入射光１００は窓層１を介して多重量子井戸吸収
層２に入射され、バイアス電圧１０１は窓層１に印加さ
れ、基板３は接地される。
【０００８】ここで、図６に示す従来例の動作を図７を
用いて説明する。図７はバイアス電圧１０１印加時の状
態を示すバンド構造図であり、図７中”イ”は量子井戸
層、”ロ”は伝導帯である。
用いて説明する。図７はバイアス電圧１０１印加時の状
態を示すバンド構造図であり、図７中”イ”は量子井戸
層、”ロ”は伝導帯である。
【０００９】量子井戸層”イ”の基底準位にある電子は
入射光１００を吸収して”ハ”に示すようにヘテロ接合
界面に存在する不連続バンドを越えて伝導帯”ロ”に励
起される。
入射光１００を吸収して”ハ”に示すようにヘテロ接合
界面に存在する不連続バンドを越えて伝導帯”ロ”に励
起される。
【００１０】また、赤外受光素子にはバイアス電圧１０
１が印加され電界が生じているので伝導帯”ロ”に励起
された電子は”ニ”に示すようにドリフトして電流信号
として取り出すことができる。
１が印加され電界が生じているので伝導帯”ロ”に励起
された電子は”ニ”に示すようにドリフトして電流信号
として取り出すことができる。
【００１１】さらに、図６に示す赤外受光素子の形成は
容易であるので、「ＨｇＣｄＴｅ層」を用いる場合の問
題が解決できる。（←この表現で良いですか？）この結
果、形成が容易で赤外光の検出が可能な赤外受光素子が
実現できる。
容易であるので、「ＨｇＣｄＴｅ層」を用いる場合の問
題が解決できる。（←この表現で良いですか？）この結
果、形成が容易で赤外光の検出が可能な赤外受光素子が
実現できる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図６に示す従
来例では量子井戸層内の電子の量子状態は離散的な量子
準位となるので、従来例の受光感度波長特性は前記量子
準位から伝導帯への遷移エネルギーの近くに幅の狭いピ
ークを有する特性となってしまう。言い換えれば受光感
度波長帯域が狭くなってしまうと言った問題点があっ
た。従って本発明が解決しようとする課題は、多重量子
井戸構造のバンド内遷移を用いる赤外受光素子において
受光感度波長帯域を広げることが可能な赤外受光素子を
実現することにある。
来例では量子井戸層内の電子の量子状態は離散的な量子
準位となるので、従来例の受光感度波長特性は前記量子
準位から伝導帯への遷移エネルギーの近くに幅の狭いピ
ークを有する特性となってしまう。言い換えれば受光感
度波長帯域が狭くなってしまうと言った問題点があっ
た。従って本発明が解決しようとする課題は、多重量子
井戸構造のバンド内遷移を用いる赤外受光素子において
受光感度波長帯域を広げることが可能な赤外受光素子を
実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、赤外光により生じる量子井戸層からの光励起
電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤外受
光素子において、基板と、この基板上に形成され複数種
類の量子井戸層幅の前記量子井戸層を設けた多重量子井
戸光吸収層と、この多重量子井戸光吸収層にバイアス電
圧を印加する電極とを備えたことを特徴とするものであ
る。
るために、赤外光により生じる量子井戸層からの光励起
電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤外受
光素子において、基板と、この基板上に形成され複数種
類の量子井戸層幅の前記量子井戸層を設けた多重量子井
戸光吸収層と、この多重量子井戸光吸収層にバイアス電
圧を印加する電極とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１４】また、本発明の第２では、赤外光により生
じる量子井戸層からの光励起電子を検出することにより
前記赤外光を検出する赤外受光素子において、基板と、
この基板上に形成され複数種類の組成の前記量子井戸層
を設けた多重量子井戸光吸収層と、この多重量子井戸光
吸収層にバイアス電圧を印加する電極とを備えたことを
特徴とするものである。
じる量子井戸層からの光励起電子を検出することにより
前記赤外光を検出する赤外受光素子において、基板と、
この基板上に形成され複数種類の組成の前記量子井戸層
を設けた多重量子井戸光吸収層と、この多重量子井戸光
吸収層にバイアス電圧を印加する電極とを備えたことを
特徴とするものである。
【００１５】また、本発明の第３では、赤外光により生
じる量子井戸層からの光励起電子を検出することにより
前記赤外光を検出する赤外受光素子において、基板と、
この基板上に形成され前記量子井戸層を互いに隔てる複
数種類の組成の障壁層を設けた多重量子井戸光吸収層
と、この多重量子井戸光吸収層にバイアス電圧を印加す
る電極とを備えたことを特徴とするものである。
じる量子井戸層からの光励起電子を検出することにより
前記赤外光を検出する赤外受光素子において、基板と、
この基板上に形成され前記量子井戸層を互いに隔てる複
数種類の組成の障壁層を設けた多重量子井戸光吸収層
と、この多重量子井戸光吸収層にバイアス電圧を印加す
る電極とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る赤外受光素子の一実施例
を示す構成断面図である。
説明する。図１は本発明に係る赤外受光素子の一実施例
を示す構成断面図である。
【００１７】図１において４ａ及び４ｂは電極、５及び
７はｎ+ コンタクト層、６は多重量子井戸光吸収層、８
はＧａＡｓ基板、１００ａは入射光である。
７はｎ+ コンタクト層、６は多重量子井戸光吸収層、８
はＧａＡｓ基板、１００ａは入射光である。
【００１８】ＧａＡｓ基板８上にはｎ+ コンタクト層７
が形成され、 ｎ+ コンタクト層７上には電極４ｂ及び
多重量子井戸光吸収層６がそれぞれ形成される。
が形成され、 ｎ+ コンタクト層７上には電極４ｂ及び
多重量子井戸光吸収層６がそれぞれ形成される。
【００１９】多重量子井戸光吸収層６上にはｎ+ コンタ
クト層５が形成され、さらにｎ+ コンタクト層５の上に
は電極４ａが形成される。また、電極４ａ及び４ｂ間に
は図示しない手段によりバイアス電圧が印加される。
クト層５が形成され、さらにｎ+ コンタクト層５の上に
は電極４ａが形成される。また、電極４ａ及び４ｂ間に
は図示しない手段によりバイアス電圧が印加される。
【００２０】また、電界ベクトル”イ”は多重量子井戸
光吸収層６の積層方向と垂直になるように偏光された入
射光１００ａが入射される構成になっている。例えば、
電界ベクトル”イ”が多重量子井戸光吸収層６の積層方
向と垂直になるようにＧａＡｓ基板８側から斜めに入射
光１００ａが入射されている。
光吸収層６の積層方向と垂直になるように偏光された入
射光１００ａが入射される構成になっている。例えば、
電界ベクトル”イ”が多重量子井戸光吸収層６の積層方
向と垂直になるようにＧａＡｓ基板８側から斜めに入射
光１００ａが入射されている。
【００２１】ここで、図１に示す実施例を図２，図３及
び図４を用いて説明する。図２は無バイアス時の状態を
示すバンド構造図、図３はバイアス電圧印加時の状態を
示すバンド構造図、図４は受光感度波長特性の一例を示
す特性曲線図である。
び図４を用いて説明する。図２は無バイアス時の状態を
示すバンド構造図、図３はバイアス電圧印加時の状態を
示すバンド構造図、図４は受光感度波長特性の一例を示
す特性曲線図である。
【００２２】図２において５及び７は図１と同一符号を
付してあり図２中”イ”は障壁層、”ロ”及び”ハ”は
量子井戸層を示している。
付してあり図２中”イ”は障壁層、”ロ”及び”ハ”は
量子井戸層を示している。
【００２３】また、図２中”ロ”及び”ハ”に示すよう
に量子井戸層の幅は２種類存在し、このため、図２中”
ロ”と”ハ”に示す量子井戸層内の電子の基底準位が異
なる状態になっている。言い換えれば、吸収される赤外
光の波長が異なることを示している。
に量子井戸層の幅は２種類存在し、このため、図２中”
ロ”と”ハ”に示す量子井戸層内の電子の基底準位が異
なる状態になっている。言い換えれば、吸収される赤外
光の波長が異なることを示している。
【００２４】この状態で、赤外受光素子にバイアス電圧
が印加されると図３に示すようなバンド構造になる。図
３において５及び７は図１と同一符号を付してある。
が印加されると図３に示すようなバンド構造になる。図
３において５及び７は図１と同一符号を付してある。
【００２５】図３中”イ”に示すような波長”λ１”の
赤外光が入射光１００ａとして入射されると図３中”
ロ”及び”ハ”等に示す量子井戸層内の電子はこの赤外
光を吸収して伝導帯に励起される。
赤外光が入射光１００ａとして入射されると図３中”
ロ”及び”ハ”等に示す量子井戸層内の電子はこの赤外
光を吸収して伝導帯に励起される。
【００２６】同様に、図３中”ニ”に示すような波長”
λ２”の赤外光が入射光１００ａとして入射されると図
３中”ホ”及び”ヘ”等に示す量子井戸層内の電子はこ
の赤外光を吸収して伝導帯に励起される。
λ２”の赤外光が入射光１００ａとして入射されると図
３中”ホ”及び”ヘ”等に示す量子井戸層内の電子はこ
の赤外光を吸収して伝導帯に励起される。
【００２７】このように伝導帯に励起された電子は印加
されたバイアス電圧により生じる電界によりドリフトし
て電極４ａ及び４ｂから電流信号として取り出され、こ
の電流信号と波長との関係は図４に示すようになる。
されたバイアス電圧により生じる電界によりドリフトし
て電極４ａ及び４ｂから電流信号として取り出され、こ
の電流信号と波長との関係は図４に示すようになる。
【００２８】図４から分かるように赤外光の吸収による
電流信号特性”イ”は図４中”ロ”に示す波長”λ１”
に起因する電流信号特性”ハ”と、図４中”ニ”に示す
波長”λ２”に起因する電流信号特性”ホ”とが重畳さ
れた特性であることが分かる。
電流信号特性”イ”は図４中”ロ”に示す波長”λ１”
に起因する電流信号特性”ハ”と、図４中”ニ”に示す
波長”λ２”に起因する電流信号特性”ホ”とが重畳さ
れた特性であることが分かる。
【００２９】このため、赤外光の吸収による電流信号特
性”イ”は波長”λ２”から”λ１”の間で広い受光感
度波長帯域を有することになる。
性”イ”は波長”λ２”から”λ１”の間で広い受光感
度波長帯域を有することになる。
【００３０】この結果、量子井戸光吸収層６内に２種類
の量子井戸層幅の量子井戸層を設けて量子井戸層内電子
の基底準位を２種類にすることにより、受光感度波長帯
域を広げることが可能になる。
の量子井戸層幅の量子井戸層を設けて量子井戸層内電子
の基底準位を２種類にすることにより、受光感度波長帯
域を広げることが可能になる。
【００３１】なお、図２及び図３では同一量子井戸層幅
の量子井戸層を適宜形成した後に量子井戸層幅の異なる
量子井戸層を順次形成しているが、図５に示すように量
子井戸層幅の異なる量子井戸層を交互に形成しても良
い。
の量子井戸層を適宜形成した後に量子井戸層幅の異なる
量子井戸層を順次形成しているが、図５に示すように量
子井戸層幅の異なる量子井戸層を交互に形成しても良
い。
【００３２】また、図１に示した実施例では２種類の量
子井戸層幅としているが量子井戸層幅の種類をそれ以上
にすることにより、受光感度波長帯域をさらに広げるこ
とが可能になる。
子井戸層幅としているが量子井戸層幅の種類をそれ以上
にすることにより、受光感度波長帯域をさらに広げるこ
とが可能になる。
【００３３】例えば、波長”λ１”，”λ２”〜”λ
ｎ”に対応するように量子井戸層幅を形成することによ
り受光感度波長帯域を広げることができる。
ｎ”に対応するように量子井戸層幅を形成することによ
り受光感度波長帯域を広げることができる。
【００３４】また、図１に示す実施例では量子井戸光吸
収層６の量子井戸層幅を変化させることにより、量子井
戸層内電子の基底準位を変化させているが、量子井戸層
の組成若しくは障壁層の組成を変化させることにより、
量子井戸層内電子の基底準位を変化させても良い。
収層６の量子井戸層幅を変化させることにより、量子井
戸層内電子の基底準位を変化させているが、量子井戸層
の組成若しくは障壁層の組成を変化させることにより、
量子井戸層内電子の基底準位を変化させても良い。
【００３５】また、多重量子井戸構造は「ＡｌＧａＡｓ
／ＧａＡｓ」、「ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ」及び
「ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ」等の組み合わせにより容易
に形成することができる。
／ＧａＡｓ」、「ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ」及び
「ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ」等の組み合わせにより容易
に形成することができる。
【００３６】また、図１に示す実施例ではＧａＡｓ基板
８を用いているがＩｎＰ基板を用いて「ＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ」多重量子井戸構造等を形成して赤外受光素子
を制作することも可能である。
８を用いているがＩｎＰ基板を用いて「ＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ」多重量子井戸構造等を形成して赤外受光素子
を制作することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。量子井戸光吸収
層内に２種類の量子井戸層幅の量子井戸層を設けて量子
井戸層内電子の基底準位を２種類にすることにより、受
光感度波長帯域を広げることが可能な赤外受光素子が実
現できる。
本発明によれば次のような効果がある。量子井戸光吸収
層内に２種類の量子井戸層幅の量子井戸層を設けて量子
井戸層内電子の基底準位を２種類にすることにより、受
光感度波長帯域を広げることが可能な赤外受光素子が実
現できる。
【図１】本発明に係る赤外受光素子の一実施例を示す構
成断面図である。
成断面図である。
【図２】無バイアス時の状態を示すバンド構造図であ
る。
る。
【図３】バイアス電圧印加時の状態を示すバンド構造図
である。
である。
【図４】受光感度波長特性の一例を示す特性曲線図であ
る。
る。
【図５】無バイアス時の状態を示すバンド構造図であ
る。
る。
【図６】このような従来の赤外受光素子の一例を示す断
面図である。
面図である。
【図７】バイアス電圧印加時の状態を示すバンド構造図
である。
である。
１ 窓層 ２，６ 多重量子井戸光吸収層 ３ 基板 ４ａ，４ｂ 電極 ５，７ ｎ+ コンタクト層 ８ ＧａＡｓ基板 １００，１００ａ 入射光 １０１ バイアス電圧
Claims (3)
- 【請求項１】赤外光により生じる量子井戸層からの光励
起電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤外
受光素子において、 基板と、 この基板上に形成され複数種類の量子井戸層幅の前記量
子井戸層を設けた多重量子井戸光吸収層と、 この多重量子井戸光吸収層にバイアス電圧を印加する電
極とを備えたことを特徴とする赤外受光素子。 - 【請求項２】赤外光により生じる量子井戸層からの光励
起電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤外
受光素子において、 基板と、 この基板上に形成され複数種類の組成の前記量子井戸層
を設けた多重量子井戸光吸収層と、 この多重量子井戸光吸収層にバイアス電圧を印加する電
極とを備えたことを特徴とする赤外受光素子。 - 【請求項３】赤外光により生じる量子井戸層からの光励
起電子を検出することにより前記赤外光を検出する赤外
受光素子において、 基板と、 この基板上に形成され前記量子井戸層を互いに隔てる複
数種類の組成の障壁層を設けた多重量子井戸光吸収層
と、 この多重量子井戸光吸収層にバイアス電圧を印加する電
極とを備えたことを特徴とする赤外受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8215601A JPH1065200A (ja) | 1996-08-15 | 1996-08-15 | 赤外受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8215601A JPH1065200A (ja) | 1996-08-15 | 1996-08-15 | 赤外受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1065200A true JPH1065200A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16675139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8215601A Pending JPH1065200A (ja) | 1996-08-15 | 1996-08-15 | 赤外受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1065200A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011149960A3 (en) * | 2010-05-24 | 2012-04-05 | University Of Florida Research Foundation Inc. | Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device |
| US10134815B2 (en) | 2011-06-30 | 2018-11-20 | Nanoholdings, Llc | Method and apparatus for detecting infrared radiation with gain |
| US10700141B2 (en) | 2006-09-29 | 2020-06-30 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Method and apparatus for infrared detection and display |
| US10749058B2 (en) | 2015-06-11 | 2020-08-18 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Monodisperse, IR-absorbing nanoparticles and related methods and devices |
-
1996
- 1996-08-15 JP JP8215601A patent/JPH1065200A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10700141B2 (en) | 2006-09-29 | 2020-06-30 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Method and apparatus for infrared detection and display |
| WO2011149960A3 (en) * | 2010-05-24 | 2012-04-05 | University Of Florida Research Foundation Inc. | Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device |
| US8716701B2 (en) | 2010-05-24 | 2014-05-06 | Nanoholdings, Llc | Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device |
| US9997571B2 (en) | 2010-05-24 | 2018-06-12 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device |
| US10134815B2 (en) | 2011-06-30 | 2018-11-20 | Nanoholdings, Llc | Method and apparatus for detecting infrared radiation with gain |
| US10749058B2 (en) | 2015-06-11 | 2020-08-18 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Monodisperse, IR-absorbing nanoparticles and related methods and devices |
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