JP2001358358A - 量子井戸型赤外線センサ - Google Patents
量子井戸型赤外線センサInfo
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- JP2001358358A JP2001358358A JP2000180992A JP2000180992A JP2001358358A JP 2001358358 A JP2001358358 A JP 2001358358A JP 2000180992 A JP2000180992 A JP 2000180992A JP 2000180992 A JP2000180992 A JP 2000180992A JP 2001358358 A JP2001358358 A JP 2001358358A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 量子井戸型赤外線光センサに関し、ドライエ
ッチング工程における加工制御性を改善する。 【解決手段】 多重量子井戸層１を構成する井戸層２と
して、ＧａＡｓＮ、或いは、ＧａＡｓとの格子定数の差
が０．１％以下のＧａＡｓＮＳｂを用いる。
ッチング工程における加工制御性を改善する。 【解決手段】 多重量子井戸層１を構成する井戸層２と
して、ＧａＡｓＮ、或いは、ＧａＡｓとの格子定数の差
が０．１％以下のＧａＡｓＮＳｂを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は量子井戸型赤外線セ
ンサに関するものであり、特に、多重量子井戸に生じた
サブレベルと伝導帯下端の連続帯との間の遷移による赤
外線吸収を利用した赤外線センサにおけるエッチング加
工性を向上するための多重量子井戸層に特徴のある量子
井戸型赤外線センサに関するものである。
ンサに関するものであり、特に、多重量子井戸に生じた
サブレベルと伝導帯下端の連続帯との間の遷移による赤
外線吸収を利用した赤外線センサにおけるエッチング加
工性を向上するための多重量子井戸層に特徴のある量子
井戸型赤外線センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、１０μｍ帯近傍の赤外線を検知す
る赤外線検知装置としては、ＨｇＣｄＴｅを用いたフォ
トダイオードアレイが用いられているが、近年この様な
ＨｇＣｄＴｅ系赤外線検知装置に代わるものとして、結
晶性の良好な大面積基板の入手が容易であるＧａＡｓ系
半導体を用い、且つ、多重量子井戸におけるサブレベル
間の遷移による光吸収を利用することにより１０μｍ帯
近傍の赤外線の検知を可能にした量子井戸型赤外線セン
サ（ＱＷＩＰ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｉｎｆｒａ
ｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）が注目を集めて
いる。
る赤外線検知装置としては、ＨｇＣｄＴｅを用いたフォ
トダイオードアレイが用いられているが、近年この様な
ＨｇＣｄＴｅ系赤外線検知装置に代わるものとして、結
晶性の良好な大面積基板の入手が容易であるＧａＡｓ系
半導体を用い、且つ、多重量子井戸におけるサブレベル
間の遷移による光吸収を利用することにより１０μｍ帯
近傍の赤外線の検知を可能にした量子井戸型赤外線セン
サ（ＱＷＩＰ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｉｎｆｒａ
ｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）が注目を集めて
いる。
【０００３】ここで、図８を参照して従来の量子井戸型
赤外線センサ（ＱＷＩＰ）を説明する。 図８（ａ）参照 図８（ａ）は、従来のＱＷＩＰの概略的断面図であり、
まず、共通電極層となるｎ+ 型ＧａＡｓ下部コンタクト
層４２上に、ＭＱＷ層４４を感光層とする複数の赤外線
センサ素子を設けたもので、各赤外線センサ素子のｎ型
ＧａＡｓ上部コンタクト層４５には乱反射構造を形成す
るための凹凸を形成し、部分的に設けたオーミック電極
４７を介してＡｕ反射電極４８を設けたものである。
赤外線センサ（ＱＷＩＰ）を説明する。 図８（ａ）参照 図８（ａ）は、従来のＱＷＩＰの概略的断面図であり、
まず、共通電極層となるｎ+ 型ＧａＡｓ下部コンタクト
層４２上に、ＭＱＷ層４４を感光層とする複数の赤外線
センサ素子を設けたもので、各赤外線センサ素子のｎ型
ＧａＡｓ上部コンタクト層４５には乱反射構造を形成す
るための凹凸を形成し、部分的に設けたオーミック電極
４７を介してＡｕ反射電極４８を設けたものである。
【０００４】なお、ｎ+ 型ＧａＡｓ下部コンタクト層４
２の上下には、製造工程上の理由でエッチングストッパ
層となるｉ型ＩｎＧａＰ層４１及びｎ型ＩｎＧａＰ層４
３を設けており、ｉ型ＩｎＧａＰ層４１の他方の面には
反射防止膜５２が設けられており、この反射防止膜を介
して赤外線５３を入射させるものである。
２の上下には、製造工程上の理由でエッチングストッパ
層となるｉ型ＩｎＧａＰ層４１及びｎ型ＩｎＧａＰ層４
３を設けており、ｉ型ＩｎＧａＰ層４１の他方の面には
反射防止膜５２が設けられており、この反射防止膜を介
して赤外線５３を入射させるものである。
【０００５】各赤外線センサ素子にはｎ+ 型ＧａＡｓ下
部コンタクト層４２側からほぼ垂直入射した入射赤外線
がＭＱＷ層４４において吸収されやすいように、凹凸及
びＡｕ反射電極４８からなる乱反射構造が設けられてお
り、この乱反射構造によって入射赤外線を斜め方向に偏
向させる。
部コンタクト層４２側からほぼ垂直入射した入射赤外線
がＭＱＷ層４４において吸収されやすいように、凹凸及
びＡｕ反射電極４８からなる乱反射構造が設けられてお
り、この乱反射構造によって入射赤外線を斜め方向に偏
向させる。
【０００６】この様な赤外線センサ素子を１次元アレイ
状或いは２次元アレイ状に配置することによって赤外線
検知アレイを構成しており、各赤外線センサ素子に対す
る共通バイアスはｎ型ＩｎＧａＰ層４３に接するオーミ
ック電極４７を介して印加することになり、また、各赤
外線センサ素子からの出力は、各赤外線センサ素子に設
けたＩｎバンプ５１から取り出すことになる。
状或いは２次元アレイ状に配置することによって赤外線
検知アレイを構成しており、各赤外線センサ素子に対す
る共通バイアスはｎ型ＩｎＧａＰ層４３に接するオーミ
ック電極４７を介して印加することになり、また、各赤
外線センサ素子からの出力は、各赤外線センサ素子に設
けたＩｎバンプ５１から取り出すことになる。
【０００７】この様な量子井戸型赤外線センサにおいて
は、量子井戸内に閉じ込められたキャリア、この場合に
は、電子を赤外線５３によって励起し、ＭＱＷ層４４を
構成するｉ型ＡｌＧａＡｓバリア層の伝導帯側のバンド
端を越えて外部に流出させて光誘起電流として検知して
おり、量子井戸での光吸収効率を高めるためには、ＭＱ
Ｗ層３３を構成するｎ型ＧａＡｓウエル層のドーピング
濃度を大きくして量子井戸内のキャリア濃度、即ち、電
子濃度を増加させれば良い。
は、量子井戸内に閉じ込められたキャリア、この場合に
は、電子を赤外線５３によって励起し、ＭＱＷ層４４を
構成するｉ型ＡｌＧａＡｓバリア層の伝導帯側のバンド
端を越えて外部に流出させて光誘起電流として検知して
おり、量子井戸での光吸収効率を高めるためには、ＭＱ
Ｗ層３３を構成するｎ型ＧａＡｓウエル層のドーピング
濃度を大きくして量子井戸内のキャリア濃度、即ち、電
子濃度を増加させれば良い。
【０００８】しかし、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸
系を用いた場合には、５μｍ以下の短い波長の赤外線に
ついては、感度が落ちるという問題がある。即ち、５μ
ｍ以下の短波長を吸収するためには、量子井戸に形成さ
れた基底準位と伝導帯下端との間の遷移を利用すること
になるが、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓの伝導帯のエネルギ
ーギャップ、即ち、伝導帯下端の差ΔＥC に上限がある
ため、吸収効率が落ちることになる。
系を用いた場合には、５μｍ以下の短い波長の赤外線に
ついては、感度が落ちるという問題がある。即ち、５μ
ｍ以下の短波長を吸収するためには、量子井戸に形成さ
れた基底準位と伝導帯下端との間の遷移を利用すること
になるが、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓの伝導帯のエネルギ
ーギャップ、即ち、伝導帯下端の差ΔＥC に上限がある
ため、吸収効率が落ちることになる。
【０００９】図８（ｂ）参照 図８（ｂ）は、ＭＱＷ層４４の伝導帯側のバンドダイヤ
グラムであり、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸系を用
いた場合には、エネルギーギャップΔＥC を０．２５ｅ
Ｖ以上にすることができない。
グラムであり、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸系を用
いた場合には、エネルギーギャップΔＥC を０．２５ｅ
Ｖ以上にすることができない。
【００１０】そこで、５μｍ以下の短波長を吸収するた
めに、井戸層としてＧａＡｓの代わりに電子親和力χの
大きなＩｎＧａＡｓを用い、ＡｌＧａＡｓとの間の伝導
帯下端の差ΔＥC をより大きくすることが試みられてい
る。
めに、井戸層としてＧａＡｓの代わりに電子親和力χの
大きなＩｎＧａＡｓを用い、ＡｌＧａＡｓとの間の伝導
帯下端の差ΔＥC をより大きくすることが試みられてい
る。
【００１１】図８（ｃ）参照 図８（ｃ）は、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸系
の伝導帯側のバンドダイヤグラムであり、伝導帯のエネ
ルギーギャップΔＥC はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井
戸系を用いた場合よりも大きくすることができ、それに
よって、５μｍ以下の波長に対して充分な感度を持たせ
ることができる。
の伝導帯側のバンドダイヤグラムであり、伝導帯のエネ
ルギーギャップΔＥC はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井
戸系を用いた場合よりも大きくすることができ、それに
よって、５μｍ以下の波長に対して充分な感度を持たせ
ることができる。
【００１２】図９参照 図９は、ΔＥC と検出波長の相関の説明図であり、Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ａｓ／ＧａＡｓ量子井戸の場合には、ΔＥ
C ≒０．２ｅＶとなり、検出波長は約８．４μｍとな
る。また、図から明らかなように、５μｍ以下の短波長
に対して感度を持たせるためには、ΔＥC を０．３ｅＶ
以上にする必要があることが理解される。
0.25Ｇａ0.75Ａｓ／ＧａＡｓ量子井戸の場合には、ΔＥ
C ≒０．２ｅＶとなり、検出波長は約８．４μｍとな
る。また、図から明らかなように、５μｍ以下の短波長
に対して感度を持たせるためには、ΔＥC を０．３ｅＶ
以上にする必要があることが理解される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ウエル層とし
てＩｎＧａＡｓを用いた場合には、アレイ化のために素
子分離溝４９を形成する際のドライエッチング工程にお
いてエッチング速度が非常に小さくなり、加工制御性が
極端に悪くなるという問題がある。
てＩｎＧａＡｓを用いた場合には、アレイ化のために素
子分離溝４９を形成する際のドライエッチング工程にお
いてエッチング速度が非常に小さくなり、加工制御性が
極端に悪くなるという問題がある。
【００１４】即ち、この様なドライエッチング工程にお
いてはＣｌを含む反応性ガスを用いるのが一般的である
が、Ｉｎを含む系ではＩｎとＣｌとが反応して、加工表
面に蒸気圧の低いＩｎＣｌx が形成されるためである。
いてはＣｌを含む反応性ガスを用いるのが一般的である
が、Ｉｎを含む系ではＩｎとＣｌとが反応して、加工表
面に蒸気圧の低いＩｎＣｌx が形成されるためである。
【００１５】したがって、本発明は、ドライエッチング
工程における加工制御性を改善することを目的とする。
工程における加工制御性を改善することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】ここで、図１を参照して
本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１（ａ）は、量子井戸型赤外線センサの要部断
面図であり、また、図１（ｂ）は量子井戸層の伝導帯側
のバンドダイヤグラムである。 図１（ａ）及び（ｂ）参照 上記の目的を達成するために、本発明においては、多重
量子井戸層１を構成する井戸層２として、ＧａＡｓＮ、
或いは、ＧａＡｓとの格子定数の差が０．１％以下のＧ
ａＡｓＮＳｂを用いたことを特徴とする。
本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１（ａ）は、量子井戸型赤外線センサの要部断
面図であり、また、図１（ｂ）は量子井戸層の伝導帯側
のバンドダイヤグラムである。 図１（ａ）及び（ｂ）参照 上記の目的を達成するために、本発明においては、多重
量子井戸層１を構成する井戸層２として、ＧａＡｓＮ、
或いは、ＧａＡｓとの格子定数の差が０．１％以下のＧ
ａＡｓＮＳｂを用いたことを特徴とする。
【００１７】この様に、井戸層２としてＧａＡｓＮまた
ＧａＡｓＮＳｂを用いることによって、井戸層２と障壁
層３との間の伝導帯のエネルギーギャップΔＥC を０．
３〜０．５ｅＶとすることができ、それによって、５μ
ｍより短い波長の赤外線８に対する感度を高めることが
できるとともに、多重量子井戸層１のドライエッチング
工程において、ＧａＡｓと同程度のエッチング速度で加
工することができる。
ＧａＡｓＮＳｂを用いることによって、井戸層２と障壁
層３との間の伝導帯のエネルギーギャップΔＥC を０．
３〜０．５ｅＶとすることができ、それによって、５μ
ｍより短い波長の赤外線８に対する感度を高めることが
できるとともに、多重量子井戸層１のドライエッチング
工程において、ＧａＡｓと同程度のエッチング速度で加
工することができる。
【００１８】特に、ＧａＡｓＮＳｂを用いることによっ
て、ほぼ同じΔＥC を保ったままで、ＧａＡｓとの格子
定数ａの差Δａを０．１％以下に、即ち、Δａ／ａを
０．１％以下にすることができ、それによって、井戸層
２を成長基板或いは障壁層３に対して格子整合させるこ
とができる。
て、ほぼ同じΔＥC を保ったままで、ＧａＡｓとの格子
定数ａの差Δａを０．１％以下に、即ち、Δａ／ａを
０．１％以下にすることができ、それによって、井戸層
２を成長基板或いは障壁層３に対して格子整合させるこ
とができる。
【００１９】また、本発明においては、多重量子井戸層
１を構成する障壁層３として、Ａｌ x Ｇａ1-x Ａｓ（０
≦ｘ≦１）を用いたことを特徴とする。
１を構成する障壁層３として、Ａｌ x Ｇａ1-x Ａｓ（０
≦ｘ≦１）を用いたことを特徴とする。
【００２０】この様に、障壁層３として、Ａｌx Ｇａ
1-x Ａｓ（０≦ｘ≦１）を用いることによって、ＧａＡ
ｓＮまたＧａＡｓＮＳｂからなる井戸層２に対するΔＥ
C を大きくすることができる。
1-x Ａｓ（０≦ｘ≦１）を用いることによって、ＧａＡ
ｓＮまたＧａＡｓＮＳｂからなる井戸層２に対するΔＥ
C を大きくすることができる。
【００２１】また、本発明においては、多重量子井戸層
１に接するコンタクト層６に乱反射構造を設けたことを
特徴とする。
１に接するコンタクト層６に乱反射構造を設けたことを
特徴とする。
【００２２】この様に、乱反射構造、例えば、凹凸と反
射電極７を利用した乱反射構造を設けることによって、
乱反射した入射赤外線８が多重量子井戸層１に対して斜
め方向から入射するので、サブレベル４間の遷移、或い
は、サブレベル４と連続帯５との間の遷移を効率的に行
うことができる。
射電極７を利用した乱反射構造を設けることによって、
乱反射した入射赤外線８が多重量子井戸層１に対して斜
め方向から入射するので、サブレベル４間の遷移、或い
は、サブレベル４と連続帯５との間の遷移を効率的に行
うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図７を参照し
て、本発明の実施の形態のＱＷＩＰを説明するが、ま
ず、図２乃至図５を参照してＱＷＩＰの製造工程を説明
する。 図２（ａ）参照 まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）によって、ｉ型ＧａＡｓバッフ
ァ層１２及びエッチングストッパ層となるｉ型ＩｎＧａ
Ｐ層１３を介して、厚さが、０．５〜３．０μｍ、例え
ば、２．０μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１
０18ｃｍ-3、例えば、１×１０18ｃｍ-3のｎ+ 型ＧａＡ
ｓ下部コンタクト層１４、エッチングストッパ層となる
ｎ型ＩｎＧａＰ層１５、ＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１
６、及び、厚さが、１．０〜３．０μｍ、例えば、１．
０μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ
-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ上部コン
タクト層１７を順次エピタキシャル成長させる。
て、本発明の実施の形態のＱＷＩＰを説明するが、ま
ず、図２乃至図５を参照してＱＷＩＰの製造工程を説明
する。 図２（ａ）参照 まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）によって、ｉ型ＧａＡｓバッフ
ァ層１２及びエッチングストッパ層となるｉ型ＩｎＧａ
Ｐ層１３を介して、厚さが、０．５〜３．０μｍ、例え
ば、２．０μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１
０18ｃｍ-3、例えば、１×１０18ｃｍ-3のｎ+ 型ＧａＡ
ｓ下部コンタクト層１４、エッチングストッパ層となる
ｎ型ＩｎＧａＰ層１５、ＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１
６、及び、厚さが、１．０〜３．０μｍ、例えば、１．
０μｍで、キャリア濃度が１×１０17〜５×１０18ｃｍ
-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ上部コン
タクト層１７を順次エピタキシャル成長させる。
【００２４】なお、この場合のＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ
層１６は、例えば、厚さが５０ｎｍのｉ型Ａｌ0.25Ｇａ
0.75Ａｓバリア層と、厚さが５．５ｎｍでキャリア濃度
が２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ0.95Ｎ0.01Ｓｂ0.04
ウエル層とを、ｎ型ＧａＡｓ 0.95Ｎ0.01Ｓｂ0.04ウエル
層が２０層になるように交互に堆積させて形成するもの
である。また、この場合のｉ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓバ
リア層は、隣接するｎ型ＧａＡｓ0.95Ｎ0.01Ｓｂ0.04ウ
エル層間において電子がトンネルしないように、且つ、
量子井戸内に基底準位のみが形成されるように十分に厚
く形成しておく。
層１６は、例えば、厚さが５０ｎｍのｉ型Ａｌ0.25Ｇａ
0.75Ａｓバリア層と、厚さが５．５ｎｍでキャリア濃度
が２×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ0.95Ｎ0.01Ｓｂ0.04
ウエル層とを、ｎ型ＧａＡｓ 0.95Ｎ0.01Ｓｂ0.04ウエル
層が２０層になるように交互に堆積させて形成するもの
である。また、この場合のｉ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓバ
リア層は、隣接するｎ型ＧａＡｓ0.95Ｎ0.01Ｓｂ0.04ウ
エル層間において電子がトンネルしないように、且つ、
量子井戸内に基底準位のみが形成されるように十分に厚
く形成しておく。
【００２５】図２（ｂ）参照 次いで、レジストパターン１８をマスクとして、各赤外
線センサ素子に乱反射構造を形成するために、深さが、
例えば、０．６μｍの凹部１９をｎ型ＧａＡｓ上部コン
タクト層１７に形成する。
線センサ素子に乱反射構造を形成するために、深さが、
例えば、０．６μｍの凹部１９をｎ型ＧａＡｓ上部コン
タクト層１７に形成する。
【００２６】図３（ｃ）参照 次いで、レジストパターン１８を除去したのち、全面に
ＳｉＯＮ膜２０を設け、通常のフォトリソグラフィー工
程によって、共通電極を形成するための開口部をＳｉＯ
Ｎ膜２０に形成し、このＳｉＯＮ膜２０をマスクとして
ウェット・エッチングを施すことによってｎ型ＩｎＧａ
Ｐ層１５に達するコンタクト用開口２１を形成する。
ＳｉＯＮ膜２０を設け、通常のフォトリソグラフィー工
程によって、共通電極を形成するための開口部をＳｉＯ
Ｎ膜２０に形成し、このＳｉＯＮ膜２０をマスクとして
ウェット・エッチングを施すことによってｎ型ＩｎＧａ
Ｐ層１５に達するコンタクト用開口２１を形成する。
【００２７】この場合、エッチャントとしてＨＦ＋Ｈ2
Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏを用いることによって、ｎ型ＩｎＧａＰ層
１５がエッチングストッパ層となってＧａＡｓ、ＡｌＧ
ａＡｓ、及び、ＧａＡｓＮＳｂが選択的にエッチングさ
れ、ｎ型ＩｎＧａＰ層１５の表面においてエッチングは
自動的に停止する。
Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏを用いることによって、ｎ型ＩｎＧａＰ層
１５がエッチングストッパ層となってＧａＡｓ、ＡｌＧ
ａＡｓ、及び、ＧａＡｓＮＳｂが選択的にエッチングさ
れ、ｎ型ＩｎＧａＰ層１５の表面においてエッチングは
自動的に停止する。
【００２８】図３（ｄ）参照 次いで、ＳｉＯＮ膜２０を除去したのち、全面に新たに
ＳｉＯＮ膜２２を設け、レジストパターン（図示せず）
を用いて共通電極形成部及びセンサ電極形成部のＳｉＯ
Ｎ膜２２を選択的に除去し、次いで、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉ
からなるオーミック電極２３を部分的に設けたのち、Ａ
ｕ反射電極２４を設けて共通電極及びセンサ電極を選択
的に形成する。
ＳｉＯＮ膜２２を設け、レジストパターン（図示せず）
を用いて共通電極形成部及びセンサ電極形成部のＳｉＯ
Ｎ膜２２を選択的に除去し、次いで、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉ
からなるオーミック電極２３を部分的に設けたのち、Ａ
ｕ反射電極２４を設けて共通電極及びセンサ電極を選択
的に形成する。
【００２９】図４（ｅ）参照 次いで、レジストパターン（図示せず）を除去したの
ち、新たにフォトレジストを塗布し、素子分離溝２５に
対応する開口部を有するレジストマスク（図示せず）を
設け、このレジストマスクをマスクとしてドライエッチ
ングを施すことによって、ＳｉＯＮ膜２２の一部を除去
し、引き続いて、Ｃｌ系ガスを用いてドライエッチング
を施すことによってｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１７
及びＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６を除去してｎ型Ｉｎ
ＧａＰ層１５に達する素子分離溝２５を形成する。
ち、新たにフォトレジストを塗布し、素子分離溝２５に
対応する開口部を有するレジストマスク（図示せず）を
設け、このレジストマスクをマスクとしてドライエッチ
ングを施すことによって、ＳｉＯＮ膜２２の一部を除去
し、引き続いて、Ｃｌ系ガスを用いてドライエッチング
を施すことによってｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１７
及びＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６を除去してｎ型Ｉｎ
ＧａＰ層１５に達する素子分離溝２５を形成する。
【００３０】なお、この場合のＣｌ系ガスとしては、Ｓ
ｉＣｌ4 ＋ＳＦ6 を用いるが、ＧａＡｓＮＳｂはこの様
なＣｌ系ガスに対しＧａＡｓと同程度のエッチング速度
を有するので、加工制御性が劣化することがない。
ｉＣｌ4 ＋ＳＦ6 を用いるが、ＧａＡｓＮＳｂはこの様
なＣｌ系ガスに対しＧａＡｓと同程度のエッチング速度
を有するので、加工制御性が劣化することがない。
【００３１】図４（ｆ）参照 次いで、レジストパターンを除去したのち、新たに保護
絶縁膜となるＳｉＯＮ膜２６を堆積させ、通常のフォト
リソグラフィー工程により共通電極部及びセンサ電極部
のＡｕ反射電極２４の一部を露出させ、露出部にバリア
層及び密着性改善層となるＴｉ／Ａｕ膜２７を介してＩ
ｎバンプ２８を蒸着法により形成する。
絶縁膜となるＳｉＯＮ膜２６を堆積させ、通常のフォト
リソグラフィー工程により共通電極部及びセンサ電極部
のＡｕ反射電極２４の一部を露出させ、露出部にバリア
層及び密着性改善層となるＴｉ／Ａｕ膜２７を介してＩ
ｎバンプ２８を蒸着法により形成する。
【００３２】図５（ｇ）参照 次いで、エッチャントとしてＨＦ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏを
用いて半絶縁性ＧａＡｓ基板１１及びｉ型ＧａＡｓバッ
ファ層１２を選択的に除去する。この場合のｉ型ＩｎＧ
ａＰ層１３がエッチングストッパ層となるので、エッチ
ングはｉ型ＩｎＧａＰ層１３で自動的に停止する。次い
で、ｉ型ＩｎＧａＰ層１３の表面に反射防止膜２９を設
けることによって、ＱＷＩＰの基本構成が完成する。
用いて半絶縁性ＧａＡｓ基板１１及びｉ型ＧａＡｓバッ
ファ層１２を選択的に除去する。この場合のｉ型ＩｎＧ
ａＰ層１３がエッチングストッパ層となるので、エッチ
ングはｉ型ＩｎＧａＰ層１３で自動的に停止する。次い
で、ｉ型ＩｎＧａＰ層１３の表面に反射防止膜２９を設
けることによって、ＱＷＩＰの基本構成が完成する。
【００３３】この様なＱＷＩＰにおいて、反射防止膜２
９に対し垂直に近い方向から入射した赤外線の大半はＧ
ａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６で吸収されずに透過してし
まうが、ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１７の表面に設
けた凹部１９による凹凸構造及びＡｕ反射電極２４によ
って乱反射されて斜め方向に偏向されて、再びＧａＡｓ
ＮＳｂ系ＭＱＷ層１６に対して斜め方向に入射されるこ
とになり、斜め方向から入射することによって効果的に
吸収される。
９に対し垂直に近い方向から入射した赤外線の大半はＧ
ａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６で吸収されずに透過してし
まうが、ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１７の表面に設
けた凹部１９による凹凸構造及びＡｕ反射電極２４によ
って乱反射されて斜め方向に偏向されて、再びＧａＡｓ
ＮＳｂ系ＭＱＷ層１６に対して斜め方向に入射されるこ
とになり、斜め方向から入射することによって効果的に
吸収される。
【００３４】また、ＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６に吸
収されずに透過した斜め方向の赤外線は、ｎ型ＩｎＧａ
Ｐ層１５或いはｉ型ＩｎＧａＰ層１３の界面で全反射さ
れてＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６に、再び斜め方向か
ら入射して吸収されることになる。なお、この場合のＧ
ａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６における吸収波長帯は、約
４μｍとなる。
収されずに透過した斜め方向の赤外線は、ｎ型ＩｎＧａ
Ｐ層１５或いはｉ型ＩｎＧａＰ層１３の界面で全反射さ
れてＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６に、再び斜め方向か
ら入射して吸収されることになる。なお、この場合のＧ
ａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層１６における吸収波長帯は、約
４μｍとなる。
【００３５】図６（ａ）参照 図６（ａ）は、無バイアス状態のＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱ
Ｗ層１６における伝導帯側のバンドダイヤグラムであ
り、量子井戸に、基底準位３３のみしか存在しないよう
に、ＡｌＧａＡｓバリア層３１の混晶比及び膜厚を制御
している。
Ｗ層１６における伝導帯側のバンドダイヤグラムであ
り、量子井戸に、基底準位３３のみしか存在しないよう
に、ＡｌＧａＡｓバリア層３１の混晶比及び膜厚を制御
している。
【００３６】図６（ｂ）参照 図６（ｂ）は、ｎ+ 型ＧａＡｓ下部コンタクト層１４と
ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１７との間に、ｎ型Ｇａ
Ａｓ上部コンタクト層１７が正になるように、例えば、
５．０Ｖの電圧を印加した状態の伝導帯側のバンドダイ
ヤグラムである。
ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１７との間に、ｎ型Ｇａ
Ａｓ上部コンタクト層１７が正になるように、例えば、
５．０Ｖの電圧を印加した状態の伝導帯側のバンドダイ
ヤグラムである。
【００３７】この状態で、赤外線３５がＧａＡｓＮＳｂ
系ＭＱＷ層に対し斜め方向から入射した場合、基底準位
３３と伝導帯側の連続帯３６との間の遷移によって赤外
線３５が吸収され、連続帯３６に励起された電子３４は
光誘起電流３７としてｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１
７を介して取り出されることになる。
系ＭＱＷ層に対し斜め方向から入射した場合、基底準位
３３と伝導帯側の連続帯３６との間の遷移によって赤外
線３５が吸収され、連続帯３６に励起された電子３４は
光誘起電流３７としてｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層１
７を介して取り出されることになる。
【００３８】図７参照 図７は、ＧａＡｓＮＳｂ組成と検出波長の相関の説明図
であり、ウエル層としてＧａＡｓＮＳｂを用いることに
よって、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓバリア層に対し、ΔＥC
を０．２〜０．６５ｅＶとすることができ、８．４〜３
μｍの赤外線に対応させることができる。因に、ＡｌＧ
ａＡｓバリア層３１の混晶比をＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ、
ＧａＡｓＮＳｂウエル層３２の混晶比をＧａＡｓ0.95Ｎ
0.01Ｓｂ0.04とした場合には、ΔＥC ≒０．３８ｅＶと
なり、約４μｍの赤外線に対する感度を持たせることが
できる。
であり、ウエル層としてＧａＡｓＮＳｂを用いることに
よって、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓバリア層に対し、ΔＥC
を０．２〜０．６５ｅＶとすることができ、８．４〜３
μｍの赤外線に対応させることができる。因に、ＡｌＧ
ａＡｓバリア層３１の混晶比をＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ、
ＧａＡｓＮＳｂウエル層３２の混晶比をＧａＡｓ0.95Ｎ
0.01Ｓｂ0.04とした場合には、ΔＥC ≒０．３８ｅＶと
なり、約４μｍの赤外線に対する感度を持たせることが
できる。
【００３９】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は実施の形態に記載した構成・条件に限られ
るものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上
記の実施の形態においては、一個の凹凸によって乱反射
構造を形成しているが、より多くの凹凸或いは複雑な形
状の凹凸によって乱反射構造を形成しても良く、さらに
は、回折格子を利用しても良いものである。
が、本発明は実施の形態に記載した構成・条件に限られ
るものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上
記の実施の形態においては、一個の凹凸によって乱反射
構造を形成しているが、より多くの凹凸或いは複雑な形
状の凹凸によって乱反射構造を形成しても良く、さらに
は、回折格子を利用しても良いものである。
【００４０】また、上記の実施の形態の説明において
は、５μｍ帯より短波長に対する感度を問題としている
ため、量子井戸における量子準位を基底準位のみとし
て、基底準位−連続帯間の遷移を利用しているが、本発
明はこの様な基底準位−連続帯間の遷移に限られるもの
ではない。即ち、量子井戸内に複数の量子準位（サブレ
ベル）が形成されるよう多重量子井戸層を構成し、サブ
レベル間の遷移を利用しても良いし、或いは、上位の量
子準位と−連続帯間の遷移を用いても良いものである。
は、５μｍ帯より短波長に対する感度を問題としている
ため、量子井戸における量子準位を基底準位のみとし
て、基底準位−連続帯間の遷移を利用しているが、本発
明はこの様な基底準位−連続帯間の遷移に限られるもの
ではない。即ち、量子井戸内に複数の量子準位（サブレ
ベル）が形成されるよう多重量子井戸層を構成し、サブ
レベル間の遷移を利用しても良いし、或いは、上位の量
子準位と−連続帯間の遷移を用いても良いものである。
【００４１】また、上記の実施の形態においては、ウエ
ル層が基板或いはバリア層に格子整合するように、Ｓｂ
の組成比を制御して、ＧａＡｓの格子定数ａに対する差
Δａを、Δａ／ａ≦０．１％としているが、必ずしも格
子整合する必要はなく、ウエル層をＧａＡｓＮによって
形成しても良いものである。
ル層が基板或いはバリア層に格子整合するように、Ｓｂ
の組成比を制御して、ＧａＡｓの格子定数ａに対する差
Δａを、Δａ／ａ≦０．１％としているが、必ずしも格
子整合する必要はなく、ウエル層をＧａＡｓＮによって
形成しても良いものである。
【００４２】即ち、ΔＥC はＧａＡｓＮＳｂのＮ組成比
に大きく依存し、Ｓｂ組成比にはあまり依存しないの
で、ＧａＡｓＮ、例えば、ＧａＡｓ0.99Ｎ0.01を用いて
も良いものである。このＧａＡｓ0.99Ｎ0.01はＧａＡｓ
に対し、Δａ／ａ≒０．２５％となるが、この様なＧａ
ＡｓＮを用いて多重量子井戸を結晶成長させることは可
能である。
に大きく依存し、Ｓｂ組成比にはあまり依存しないの
で、ＧａＡｓＮ、例えば、ＧａＡｓ0.99Ｎ0.01を用いて
も良いものである。このＧａＡｓ0.99Ｎ0.01はＧａＡｓ
に対し、Δａ／ａ≒０．２５％となるが、この様なＧａ
ＡｓＮを用いて多重量子井戸を結晶成長させることは可
能である。
【００４３】また、上記の実施の形態においては、バリ
ア層としてＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを用いているが、この
様な混晶比に限られるものではなく、必要とする特性に
応じて適宜変更されるものであり、極端な場合にはＧａ
Ａｓを用いても良いものである。
ア層としてＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを用いているが、この
様な混晶比に限られるものではなく、必要とする特性に
応じて適宜変更されるものであり、極端な場合にはＧａ
Ａｓを用いても良いものである。
【００４４】また、上記の実施の形態においては、成長
基板を最終的には除去しているが、必ずしも除去する必
要はなく、成長基板を残存した状態で赤外線センサとし
て使用しても良いものである。
基板を最終的には除去しているが、必ずしも除去する必
要はなく、成長基板を残存した状態で赤外線センサとし
て使用しても良いものである。
【００４５】ここで、再び、図１を参照して、本発明の
付記を説明する。 図１（ａ）及び（ｂ）参照 （付記１） 多重量子井戸層１を構成する井戸層２とし
て、ＧａＡｓＮＳｂを用いたことを特徴とする量子井戸
型赤外線センサ。 （付記２） 上記ＧａＡｓＮＳｂの組成比が、ＧａＡｓ
との格子定数の差が０．１％以下になる組成比であるこ
とを特徴とする付記１記載の量子井戸型赤外線センサ。 （付記３） 多重量子井戸層１を構成する井戸層２とし
て、ＧａＡｓＮを用いたことを特徴とする量子井戸型赤
外線センサ。 （付記４） 上記多重量子井戸層１を構成する障壁層３
として、Ａｌx Ｇａ1- x Ａｓ（０≦ｘ≦１）を用いたこ
とを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の量子
井戸型赤外線センサ。 （付記５） 上記多重量子井戸層１に接するコンタクト
層６に、乱反射構造を設けたことを特徴とする付記１乃
至４のいずれか１に記載の量子井戸型赤外線センサ。 （付記６） 上記多重量子井戸層１における、サブレベ
ル４間の遷移、或いは、サブレベル４と連続帯５との間
の遷移のいずれかを用いたことを特徴とする付記１乃至
５のいずれか１に記載の量子井戸型赤外線センサ。
付記を説明する。 図１（ａ）及び（ｂ）参照 （付記１） 多重量子井戸層１を構成する井戸層２とし
て、ＧａＡｓＮＳｂを用いたことを特徴とする量子井戸
型赤外線センサ。 （付記２） 上記ＧａＡｓＮＳｂの組成比が、ＧａＡｓ
との格子定数の差が０．１％以下になる組成比であるこ
とを特徴とする付記１記載の量子井戸型赤外線センサ。 （付記３） 多重量子井戸層１を構成する井戸層２とし
て、ＧａＡｓＮを用いたことを特徴とする量子井戸型赤
外線センサ。 （付記４） 上記多重量子井戸層１を構成する障壁層３
として、Ａｌx Ｇａ1- x Ａｓ（０≦ｘ≦１）を用いたこ
とを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の量子
井戸型赤外線センサ。 （付記５） 上記多重量子井戸層１に接するコンタクト
層６に、乱反射構造を設けたことを特徴とする付記１乃
至４のいずれか１に記載の量子井戸型赤外線センサ。 （付記６） 上記多重量子井戸層１における、サブレベ
ル４間の遷移、或いは、サブレベル４と連続帯５との間
の遷移のいずれかを用いたことを特徴とする付記１乃至
５のいずれか１に記載の量子井戸型赤外線センサ。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、多重量子井戸層を構成
する井戸層としてＧａＡｓＮＳｂ或いはＧａＡｓＮを用
いているので、ΔＥC を大きくした状態で、エッチング
工程の加工制御性を高めることができ、それによって、
５μｍより短い波長の赤外線に感度を有する量子井戸型
赤外線センサを精度良く形成することができ、ひいて
は、大面積の高集積度で且つ高解像度の赤外線固体撮像
装置の実用化に寄与するところが大きい。
する井戸層としてＧａＡｓＮＳｂ或いはＧａＡｓＮを用
いているので、ΔＥC を大きくした状態で、エッチング
工程の加工制御性を高めることができ、それによって、
５μｍより短い波長の赤外線に感度を有する量子井戸型
赤外線センサを精度良く形成することができ、ひいて
は、大面積の高集積度で且つ高解像度の赤外線固体撮像
装置の実用化に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態のＱＷＩＰの途中までの製
造工程の説明図である。
造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態のＱＷＩＰの図２以降の途
中までの製造工程の説明図である。
中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態のＱＷＩＰの図３以降の途
中までの製造工程の説明図である。
中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態のＱＷＩＰの図４以降の製
造工程の説明図である。
造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態のＱＷＩＰの検出動作の説
明図である。
明図である。
【図７】ＧａＡｓＮＳｂ組成と検出波長の相関の説明図
である。
である。
【図８】従来のＱＷＩＰの説明図である。
【図９】ΔＥC と検出波長の相関の説明図である。
１ 多重量子井戸層 ２ 井戸層 ３ 障壁層 ４ サブレベル ５ 連続帯 ６ コンタクト層 ７ 反射電極 ８ 赤外線 １１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 １２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層 １３ ｉ型ＩｎＧａＰ層 １４ ｎ+ 型ＧａＡｓ下部コンタクト層 １５ ｎ型ＩｎＧａＰ層 １６ ＧａＡｓＮＳｂ系ＭＱＷ層 １７ ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層 １８ レジストパターン １９ 凹部 ２０ ＳｉＯＮ膜 ２１ コンタクト用開口 ２２ ＳｉＯＮ膜 ２３ オーミック電極 ２４ Ａｕ反射電極 ２５ 素子分離溝 ２６ ＳｉＯＮ膜 ２７ Ｔｉ／Ａｕ膜 ２８ Ｉｎバンプ ２９ 反射防止膜 ３１ ＡｌＧａＡｓバリア層 ３２ ＧａＡｓＮＳｂウエル層 ３３ 基底準位 ３４ 電子 ３５ 赤外線 ３６ 連続帯 ３７ 光誘起電流 ４１ ｉ型ＩｎＧａＰ層 ４２ ｎ+ 型ＧａＡｓ下部コンタクト層 ４３ ｎ型ＩｎＧａＰ層 ４４ ＭＱＷ層 ４５ ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層 ４６ ＳｉＯＮ膜 ４７ オーミック電極 ４８ Ａｕ反射電極 ４９ 素子分離溝 ５０ Ｔｉ／Ａｕ膜 ５１ Ｉｎバンプ ５２ 反射防止膜 ５３ 赤外線
Claims (5)
- 【請求項１】 多重量子井戸層を構成する井戸層とし
て、ＧａＡｓＮＳｂを用いたことを特徴とする量子井戸
型赤外線センサ。 - 【請求項２】 上記ＧａＡｓＮＳｂの組成比が、ＧａＡ
ｓとの格子定数の差が０．１％以下になる組成比である
ことを特徴とする請求項１記載の量子井戸型赤外線セン
サ。 - 【請求項３】 多重量子井戸層を構成する井戸層とし
て、ＧａＡｓＮを用いたことを特徴とする量子井戸型赤
外線センサ。 - 【請求項４】 上記多重量子井戸層を構成する障壁層と
して、Ａｌx Ｇａ1- x Ａｓ（０≦ｘ≦１）を用いたこと
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の量
子井戸型赤外線センサ。 - 【請求項５】 上記多重量子井戸層に接するコンタクト
層に、乱反射構造を設けたことを特徴とする請求項１乃
至４のいずれか１項に記載の量子井戸型赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000180992A JP4331386B2 (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 量子井戸型赤外線センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000180992A JP4331386B2 (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 量子井戸型赤外線センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001358358A true JP2001358358A (ja) | 2001-12-26 |
| JP4331386B2 JP4331386B2 (ja) | 2009-09-16 |
Family
ID=18681984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000180992A Expired - Lifetime JP4331386B2 (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 量子井戸型赤外線センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4331386B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009124145A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Jds Uniphase Corp | 前面照射型アバランシェ・フォトダイオード |
| WO2010110317A1 (ja) * | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 浜松ホトニクス株式会社 | 裏面入射型固体撮像素子 |
-
2000
- 2000-06-16 JP JP2000180992A patent/JP4331386B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009124145A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Jds Uniphase Corp | 前面照射型アバランシェ・フォトダイオード |
| WO2010110317A1 (ja) * | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 浜松ホトニクス株式会社 | 裏面入射型固体撮像素子 |
| US9000492B2 (en) | 2009-03-27 | 2015-04-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Back-illuminated solid-state image pickup device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4331386B2 (ja) | 2009-09-16 |
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