[發(fā)明專利]光檢測器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380025424.7
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN104285135A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 中嶋和利;山西正道;藤田和上;新垣實;廣畑徹;山下博行;赤堀亙
• 申請（專利權）人: 浜松光子學株式會社
• 主分類號: G01J1/02
• 分類號: G01J1/02;H01L31/10
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權代理有限公司 11322
• 代理人: 楊琦

技術領域

本發(fā)明涉及一種光檢測器。

背景技術

作為利用量子子帶(sub-band)間躍遷的光吸收的光檢測器，眾所周知有QWIP(量子阱紅外探測器(Quantum?well?infrared?photodetector))、QDIP(量子點紅外探測器(Quantum?dot?infrared?photodetector)、QCD(量子級聯(lián)探測器)等。因為不利用能帶隙躍遷，所以其具有波長范圍的設計自由度大、暗電流比較小以及能夠在室溫下動作等的優(yōu)點。

在這些光檢測器中，QWIP和QCD具備具有量子阱結構或量子級聯(lián)結構等的周期性的層疊結構的半導體層疊體。該半導體層疊體因為僅在所入射的光具有半導體層疊體的層疊方向的電場成分的情況下由該電場成分而產(chǎn)生電流，所以相對于不具有該層疊方向的電場成分的光(從半導體層疊體的層疊方向進行入射的平面波)不具有光敏性。

因此，對于由QWIP或者QCD來檢測光來說，有必要以光的電場的振動方向與半導體層疊體的層疊方向相一致的方式使光入射。例如，在檢測具有垂直于光的行進方向的波陣面的平面波的情況下，因為有必要從與半導體層疊體的層疊方向相垂直的方向使光入射，所以作為光檢測器的使用變得繁瑣。

因此，為了檢測不具有半導體層疊體的層疊方向的電場成分的光而將金的薄膜設置于半導體層疊體的表面并且周期性地將具有該光的波長以下的直徑的孔形成于該薄膜的光檢測器是為人所知的(參照非專利文獻1)。在該例子中，由金的薄膜上的表面等離子體共振的效應來調制光以具有半導體層疊體的層疊方向的電場成分。

另外，將光透過層設置于半導體層疊體的表面并將由凹凸圖形構成的衍射光柵以及覆蓋其的反射膜形成于該光透過層的表面的光檢測器是為人所知的(參照專利文獻1)。在該例子中，由取決于該衍射光柵以及反射膜的入射光的衍射以及反射的效應來調制光以具有半導體層疊體的層疊方向的電場成分。

另外，以入射面相對于半導體層疊體的層疊方向成為傾斜的方式進行加工的光檢測器是為人所知的(參照專利文獻2)。在該例子中，通過從該入射面折射而入射的光在芯片內(nèi)重復全反射，從而以具有半導體層疊體的層疊方向的電場成分的方式調制光。

另外，原本利用量子阱的光檢測器具有能夠檢測的波長帶狹窄等的特性，作為用于實現(xiàn)其波長寬帶化的嘗試而形成具有不同的屏障(barrier)的厚度以及阱的寬度和高度的構造(參照專利文獻3)、以及層疊組成不同的量子阱層并且取出來自各個層的信號(參照非專利文獻2)是為人所知的。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利申請公開2000-156513號公報

專利文獻2：日本專利申請公開2012-69801號公報

專利文獻3：日本專利公表2001-524757號公報

非專利文獻

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

非專利文獻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).

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的技術問題

這樣，有各種方案提出為了檢測不具有半導體層疊體的層疊方向的電場成分的光而以具有該層疊方向的電場成分的方式調制該光的技術、以及其波長寬帶化的技術。

然而，非專利文獻1所記載的光檢測器具有作為量子阱結構的單純地層疊相等的阱寬的量子阱的QWIP結構，為了將其作為光檢測器并使之動作而有必要從外部施加偏置電壓，由此引起的暗電流給予光敏性的壞影響不能夠忽視。

另外，在專利文獻1所記載的光檢測器中，有必要為了獲得實際有效的光敏性而無論哪個周期都層疊量子阱結構并且無論哪層都形成光吸收層。

另外，專利文獻2所記載的光檢測器，由衍射引起的光的傳播方向完全不水平，只有極少一部分停留在有助于光電轉換，并且不能夠獲得充分的光敏性。