[發明專利]光檢測器

在審

• 申請號: 201380025442.5
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN104303030A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 中嶋和利;新垣實;廣畑徹;山下博行;赤堀亙;藤田和上;田中和典
• 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: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 楊琦

技術領域

本發明涉及一種光檢測器。

背景技術

作為利用量子子帶間躍遷的光吸收的光檢測器，已知有QWIP(量子阱型紅外探測器(Quantum?well?infrared?photodetector)、QDIP(量子點紅外探測器(Quantum?dot?infrared?photodetector)、QCD(量子級聯探測器)等。它們因為不利用能帶隙躍遷，所以具有波長范圍的設計自由度大并且暗電流比較小而能夠進行室溫動作等的優點。

在這些光探測器中，QWIP和QCD具備具有量子阱結構或量子級聯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)不具有光靈敏度。

因此，對于用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已知有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(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效應，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，已知有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(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果，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。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利申請公開2000-156513號公報

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).

發明內容

發明所要解決的技術問題

這樣，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，提出了各種以具有該層疊方向的電場成分的方式調制該光的技術。

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，為了獲得實際有效的光敏性而有必要無論哪個周期都層疊量子阱結構并且無論哪一層都形成光吸收層。

因此，本發明的目的在于，提供一種能夠以高靈敏度檢測不具有半導體層疊體的層疊方向的電場成分的光的光檢測器。

解決問題的技術手段

本發明的光檢測器，具備：光學元件，具有包含第1區域以及沿著垂直于規定的方向的面相對于第1區域被周期性地排列的第2區域的結構體并且在光沿著規定的方向進行入射的時候使規定的方向的電場成分產生；半導體層疊體，相對于光學元件被配置于與規定的方向上的一側相反側的另一側并且具有由通過光學元件產生的規定的方向的電場成分而產生電流的量子級聯結構；量子級聯結構包含電子被激發的活性區域和輸送電子的噴射區域，活性區域在量子級聯結構中相對于噴射區域被形成于一側的最表面。

該光檢測器所具備的光學元件在光沿著規定的方向進行入射的時候使規定的方向的電場成分產生。電子在活性區域被該電場成分激發，該活性區域是在半導體層疊體的量子級聯結構中相對于噴射區域被形成于一側的最表面的區域，通過該電子被噴射區域輸送從而在量子級聯結構中產生電流。即，該光檢測器沒有必要為了動作而從外部施加偏置電壓，因此，暗電流極小。因此，根據該光檢測器，能夠以高靈敏度檢測不具有半導體層疊體的層疊方向的電場成分的光。

在此，半導體層疊體也可以具有沿著規定的方向被層疊的多個量子級聯結構。在此情況下，因為在半導體層疊體產生更大的電流，所以光檢測器的光敏性變得更高。